Node-Red使用MQTT协议接收及发送消息到ESP32单片机

非亦是

By: 小皮子

24 August 2021 at 20:23

以下方法经本人验证通过，环境如下：

Node-RED V0.20.5

ESP32-CAM + HC-SR04 + Arduino IDE

mosquitto version 2.0.11

MatrixDB

前言：Node-RED 是构建物联网(IOT， Internet of Things)应用程序的一个强大工具，而MQTT则是当下使用广泛的物联网通信协议之一，为此我使用一块ESP-32单片机作为客户端，连接HC-SR04超声波测距模块做了两个简单的实验。

实验一：获取物体距离数据，使用MQTT协议发送消息，并在Node-Red端进行接收，将数据保存在MatrixDB数据库中
实验二：Node-Red使用MQTT协议发送消息，ESP32收到消息后对LED灯进行控制

实验中我使用了同一块ESP-32，实际应用中他们既可以是相同的物联网设备，当然也可以是不同的。实验目的是抛砖引玉，实际物联网中各类复杂场景都可以此为基础进行实现。

本实验的环境我在开篇已经列出，对于环境的准备，你可根据自己的情况参考下列文章做出调整：

Node-RED的安装可参考文章：群晖使用docker安装node-red
ESP-32开发环境的搭建可参考文章：win10利用arduino + esp32-cam搭建网络摄像头
私有MQTT服务端的搭建可参考文章：群晖使用Docker安装MQTT服务端 mosquitto
MatrixDB的安装可参考文章： CentOS 7 安装纵横数据库（MatrixDB）

第一步：连接HC-SR04超声波测距模块

HC-SR04 有4个针脚，分别是Vcc， Trig， Echo， Gnd。Vcc接5V供电，Trig 和 Echo接IO口，Gnd自然就是接地。我将Trig连接到IO12，Echo连接到IO13，连接示意图如下：

第二步：编写实验所需的程序，并烧录到ESP32

HC-SR04 的测距原理是向 Trig 口发一个10US 以上的高电平, 模块会发送8 个40khz 的方波并自动检测是否有信号返回，如有就通过 Echo 口输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

因此我们只需要将连接Trig口的 IO12 设置为OUTPUT，发一个持续时间为10US 的高电平，然后获取连接着Echo 口的 IO13 （设置为INPUT）高电平的持续时间，将取得的持续时间 *声速(340M/S)/2 就得到了距离。

实验中的LED为板载，使用的是IO4，将其设置为OUTPUT，通过高低电平即可控制开启和关闭

MQTT我使用的是PubSubClient库，如果你没安装，可通过库管理器进行安装加载

部分程序代码图如下：

代码编译通过后烧录到ESP32，上传烧录的方法在 win10利用arduino + esp32-cam搭建网络摄像头文章中有写，不再啰嗦。

第三步： Node-Red 编写实验流程

实验一：拖入mqtt输入节点，双击，添加mqtt broke服务端

添加后选择该服务端，订阅主题。我在单片机上设置的发送的主题是Distance，因此这里也要输入主题为Distance

接着我们使用节点管理器安装node-red-contrib-postgresql，安装后将postgresql节点拖入

配置MatrixDB数据库

接着在Server中选择配置好的数据库，在Query中编写插入语句（我事前已经在数据库中添加了测试表MQTT_Test，包含payload，msg_time两个字段）

最后将两个节点连接起来，部署即可

实验二：这个比较简单，拖入两个inject节点，一个控制开启LED，一个控制关闭LED。开启的节点设置如下，内容为“ON”，这个是ESP32程序中我设置的命令，当接收到主题为LED的消息，且内容为ON时，开启LED。同理关闭设置内容为“OFF”

接着再拖入一个mqtt输出节点，将它与两个inject连接起来，该节点只需要配置好服务端和主题即可。配置如下：

至此流程编写完毕

导出的流程如下：

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第四步：验证实验结果