树莓派通信协议——MQTT的安装及使用

MQTT是一种基于TCP/IP协议栈构建的异步通信协议，是一种轻量级的发布/订阅信息传输协议，基于topic订阅关系的发布和推送；在实践中可空间上，将消息发送者和接受者分离，可以再不可靠的网络环境中进行扩展，适用于设备硬件存储空间有限或网络带宽有限的场景。

上面是比较官方的解释，那么我们用我们听得懂的话来解释，现在的抖音很火，那我们就用抖音举个栗子：
抖音是一个短视频平台，任何人都可以发布自己拍的视频，也可以看别人的视频，那么我们假设有用户A和用户B；
用户A  ------关注------> 用户B
用户B  ---没有关注---> 用户A
那么就会出现下面的情况：
用户A发送视频  ----不会推送---->  用户B
用户B发送视频  -------推送------->  用户A

也就是说，用户B没有关注用户A，所以当用户A发布视频后，用户B是不会接收到用户A的视频的；
反之，用户B发布视频后，用户A会第一时间接收到；

那么，用户A为什么会第一时间接受到呢？
这是因为有抖音的服务器作为中间人，当存在订阅（关注）关系后，当用户B发送数据后，服务器会将数据推送给所有订阅（关注）的用户；MQTT就是这样基于topic订阅关系进行发布和推送的！

一、MQTT协议的元素

1. MQTT协议的角色：在MQTT中，就有三个角色，发布者、服务器和订阅者；

2. MQTT协议的主题：在MQTT中，主题可以理解成是发布者，即一个主题我可以发送多条信息，所有订阅了这个主题的用户，都可以接收到该主题信息；

3. MQTT协议的消息：在MQTT中，就可以理解成发布者发布的内容，当订阅者接收到信息后，就可以对信息进行处理；

4. 那么服务器在哪里体现呢？
   首先，每台主机都可以当做服务端和客户端，即都可以发布信息和接受信息；
   其次，一台主机可以发布或订阅多个主题的信息；

二、树莓派上安装Mosquitto

# 安装mosquitto服务
apt-get install mosquitto

# 安装mosquitto工具
apt-get install mosquitto-clients

三、启动Mosquitto服务

mosquitto -v

出现上面的信息，那就证明mosquitto服务已经安装成功，并且服务已经启动了，端口为1883；

四、订阅消息

mosquitto_sub -v -t test -h 10.168.1.193
# mosquitto_sub -v -t 主题 -h 地址

五、发布消息

mosquitto_pub -t test -h 10.168.1.193 -m "hello"
# mosquitto_pub -t 主题 -h 地址 -m 消息内容

六、使用Python来接受并处理数据

1. 安装Python MQTT库

   pip install paho-mqtt

2. 框架代码解释

   # -*- coding: utf-8 -*-  
   import paho.mqtt.client as mqtt    # 导入mqtt库
           
   # 连接成功回调函数
   def on_connect(client, userdata, flags, rc):
       print("Connected with result code " + str(rc))
       client.subscribe("mqtt_ttt")    # 这里即为订阅的主题
       # client.subscribe("mqtt_ttt")    这里可以订阅多个主题
    
   # 消息推送回调函数
   def on_message(client, userdata, msg):
       print(str(msg.topic),str(msg.payload))
       # 这里需要注意的是，如果想要对接收到的数据进行处理，那么要转换成str类型
       # msg.topic    主题名
       # msg.payload  接收的信息
    
   if __name__ == '__main__':
       client = mqtt.Client()            # 创建mqtt对象
       client.on_connect = on_connect    # 设置连接成功的回调函数
       client.on_message = on_message    # 设置接收到信息后的回调函数
       
       try:
           client.connect("10.168.1.193", 1883, 60)    # 创建连接
           client.loop_forever()    # 保持监测状态
       except KeyboardInterrupt:
           client.disconnect()    # 断开连接
   
   

3. 使用MQTT控制树莓派GPIO

   # -*- coding: utf-8 -*-  
   import paho.mqtt.client as mqtt
   import json
   import RPi.GPIO as GPIO
   
   GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
   GPIO.setup(16,GPIO.OUT)
           
   def on_connect(client, userdata, flags, rc):
       print("Connected with result code " + str(rc))
       client.subscribe("mqtt_ttt")
    
   # 消息推送回调函数
   def on_message(client, userdata, msg):
       st = json.loads(msg.payload)    # 这里用json对数据进行处理，方便后面对数据的解析
                                       # 还有一个原因是，我直接对数据进行判断，会出现问题，至今没有解决
       print(st)    # 输出解析后的数据
       # 对数据进行判断和处理
       if st['dt'] == 1:
           GPIO.output(16,GPIO.HIGH)
       elif st['dt'] == 0:
           GPIO.output(16,GPIO.LOW)
       else:
           print('err')
    
   if __name__ == '__main__':
       client = mqtt.Client()
       client.on_connect = on_connect
       client.on_message = on_message
       
       try:
           client.connect("10.168.1.193", 1883, 60)
           client.loop_forever()
       except KeyboardInterrupt:
           client.disconnect()
           GPIO.output(16,GPIO.LOW)
           GPIO.cleanup()