【Node-Red ESP8266 MQTT 发布示例】

这里展示了如何使用 ESP8266 使用 Node-Red 作为物联网平台在 Web 上发布基于 MQTT 的消息。MQTT 是一种用于构建物联网应用程序的轻量级 TCP 协议。这里使用 Mosqitto MQTT 服务器/客户端应用程序。Node-Red 是开源图形化编程平台，可用作物联网平台。

这里基于 ESP8266 的 NodeMCU 板用于从 DHT11 传感器读取温度和湿度数据，并通过 WiFi 将发布的数据发送到 WiFi 服务器，以便任何人都可以通过互联网访问。

为此，我们可以将工作分为 3 个步骤，如下所示。

ESP8266 与 DHT11 接口
ESP8266编程

3.设置并运行MQTT服务器

4.为MQTT服务设置Node-Red

5.发布MQTT服务

现在在下面描述这些步骤。

1. ESP8266 与 DHT11 接口
第一步是将 DHT11 连接到 ESP8266(NodeMCU) 模块。DHT11与NodeMCU ESP8266的接口图如下所示。

NodeMCU Node 红色工业物联网平台

ESP8266 3.3V 电源引脚连接到 DHT11 Vcc 引脚，ESP8266 的接地引脚连接到 DHT11 的地。DHT11 的数据引脚连接到 ESP8266 NodeMCU 模块的 D7 引脚。下图是在实际面包板上实现的硬件。

DHT11 和 NodeMCU

2. ESP8266编程
ESP8266 和 DHT11 之间的硬件连接完成后，下一步就是为 ESP8266 NodeMCU 编写程序。该程序将从DHT11模块读取湿度和温度数据，并通过WiFi将数据发送到MQTT服务器。以下是执行此操作的 ESP8266 程序。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include "DHT.h"

// DHT11 
#define DHTTYPE DHT11

// Credentials for WiFi
const char* ssid = "";
const char* password = "";

// MQTT Server(eg 192.168.1.4)
const char* mqtt_server = "Your MQTT IP address";

// WiFi Client
WiFiClient nodeClient;
PubSubClient client(nodeClient);

// DHT Sensor pin at GPIO 13(D7)
const int DHTPin = 13;

// Initialize DHT sensor
DHT dht(DHTPin, DHTTYPE);

// Function to connect NodeMCU to WiFi router
void wifiConfig(){
    
    
  delay(10);
  // We start by connecting to a WiFi network
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    
    
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.print("WiFi connected, NodeMCU IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

// Function to reconnect NodeMCU with MQTT broker
void reconnect(){
    
    
    while (!client.connected()) {
    
    
      Serial.print("Attempting MQTT connection...");
  
      if (client.connect("MQTTClient")){
    
    
        Serial.println("connected");  
      } 
      else{
    
    
        Serial.print("failed, State: ");
        Serial.print(client.state());
        Serial.println("try again in 5 seconds...");
        delay(5000);
      }
    }
}

void setup(){
    
    
  dht.begin();
  Serial.begin(115200);
  wifiConfig();
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
}

void loop() {
    
    

  if (!client.connected()) {
    
    
    reconnect();
  }
  if(!client.loop())
    client.connect("MQTTClient");
    
    // Read Humidity
    float H = dht.readHumidity();    
    // Read temperature as Celsius (the default)
    float T = dht.readTemperature();

    // Check if any reads failed and exit early (to try again).
    if (isnan(H) || isnan(T)) {
    
    
      Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
      return;
    } 

    //Convert float to string and store them in arrays
    static char humidity[7];
    dtostrf(H, 6, 2, humidity);
    static char temperature[7];
    dtostrf(T, 6, 2, temperature);

    // Publishes Temperature and Humidity values
    client.publish("dht11/temperature", temperature);
    client.publish("dht11/humidity", humidity);
    delay(5000);
}

上面的程序执行以下操作。

A。DHT11 库用于连接到 DHT11 模块并检索湿度和温度数据。这是在程序的各个部分使用以下语句完成的。

#include "DHT.h"
// DHT11 
#define DHTTYPE DHT11
// DHT Sensor pin at GPIO 13(D7)
const int DHTPin = 13;
// Initialize DHT sensor
DHT dht(DHTPin, DHTTYPE);

下面在 setup() 函数中启动 DHT 传感器。

dht.begin();

下面在loop()函数中读取湿度和温度数据。

// Read Humidity
float H = dht.readHumidity();    
// Read temperature as Celsius (the default)
float T = dht.readTemperature();

b. 设置与 WiFi 路由器的连接

这是使用 ESP8266WiFi 库完成的。以下是本步骤涉及的程序代码。调用库 ESP8266WiFi 并定义一些常量。

#include <ESP8266WiFi.h>
// Credentials for WiFi
const char* ssid = "Your_WiFI_SSID";
const char* password = "Your_WiFi_Password";

在 wifiConfig() 函数中，我们连接到本地 WiFi 网络并打印出有关连接状态的信息

// We start by connecting to a WiFi network
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    
    
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.print("WiFi connected, NodeMCU IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

上面的代码是在wifiConfig()被执行的时候执行的。

wifiConfig();

C。设置WiFi客户端并通过WiFi发布消息

下一步是创建一个 WiFi 客户端，然后将 DHT11 湿度和温度数据发送到 MQTT 服务器。客户端是使用 PubSubClient 库创建的。以下是程序中涉及的代码。

设置库，初始化 wifi 客户端对象并定义一些常量。

#include <PubSubClient.h>
// MQTT Server(eg 192.168.1.4)
const char* mqtt_server = "Your MQTT IP address";

// WiFi Client
WiFiClient nodeClient;
PubSubClient client(nodeClient);
reconnect() 函数用于重复建立与 MQTT 服务器的连接。

// Function to reconnect NodeMCU with MQTT broker
void reconnect(){
    
    
    while (!client.connected()) {
    
    
      Serial.print("Attempting MQTT connection...");
  
      if (client.connect("MQTTClient")){
    
    
        Serial.println("connected");  
      } 
      else{
    
    
        Serial.print("failed, State: ");
        Serial.print(client.state());
        Serial.println("try again in 5 seconds...");
        delay(5000);
      }
    }
}

在 setup() 函数中，MQTT 服务器设置了端口地址。

client.setServer(mqtt_server, 1883);

在 loop() 函数中，我们定期检查客户端连接。

 if (!client.connected()) {
    
    
    reconnect();
  }
  if(!client.loop())
    client.connect("MQTTClient");

同样在 loop() 函数中，我们检查读取的数据是否有效，如果有效，将浮点数据转换为字符串，保存在数组中，然后通过 wifi 发布数据。

// Check if any reads failed and exit early (to try again).
    if (isnan(H) || isnan(T)) {
    
    
      Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
      return;
    } 

    //Convert float to string and store them in arrays
    static char humidity[7];
    dtostrf(H, 6, 2, humidity);
    static char temperature[7];
    dtostrf(T, 6, 2, temperature);

    // Publishes Temperature and Humidity values
    client.publish("dht11/temperature", temperature);
    client.publish("dht11/humidity", humidity);
    delay(5000);

3.设置并运行MQTT服务器
这里使用 Windows 中的 Mosquitto MQTT 服务器/客户端应用程序。可以从以下链接免费下载 Mosquitto 并进行安装。

https://mosquitto.org

下载后，在下载 mosquitto 应用程序的文件夹中，您应该会看到 mosquitto.exe 应用程序。

蚊子服务器

在同一文件夹中，或者如果您创建了环境变量，请使用 CLI 命令启动 mosquitto MQTT 服务器（也称为 MQTT 代理）：

如下所示。

Mosquitto MQTT 经纪人

现在 MQTT 代理正在侦听本地主机端口 1883。

4.为MQTT服务设置Node-Red
下一步是设置 Node Red，以便我们可以通过 MQTT 代理发布。启动一个新流，并在该流中从仪表板库中拖入两个 mqtt_in 节点和两个仪表节点。创建流，如下所示。

节点 Red Mosquitto MQTT

上面流程中标记为dht11/humidity和dht11/temperature的节点中的两个mqtt可以在网络库下找到。

节点 Red Mosquitto MQTT

双击节点中的每个 mqtt 并为每个节点设置以下内容。

在这里插入图片描述

上图中，Server字段设置为localhost:1883，Action字段设置为Subscribe to single topic，Topic字段分别设置为dht11/humidity和dht11/temperature。将两者的服务质量 QoS 都设为 1。
标有湿度和温度的节点是仪表节点，可以在仪表板库下找到。Node Red IoT with Arduino DHT11教程解释了如何安装仪表板库。
在这里插入图片描述

仪表板节点需要选项卡和组名称。要创建选项卡和组名称，请转到如下所示的仪表板，然后从那里创建一个新选项卡。将选项卡命名为 DHT11。然后从新创建的 DHT11 选项卡中，创建一个新组并将其命名为 NodeMCU，如下所示。
在这里插入图片描述

现在单击组中的编辑按钮并将宽度设置为 10 并取消选中显示组名称，如下图所示。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

创建选项卡和组名称后，单击湿度和温度计节点，将新创建的选项卡/组分配给 [DHT11]NodeMCU。还将两个仪表节点的大小设置为 5x5。在标签字段中使用湿度和温度。然后在湿度值格式中添加 % 符号，在温度值格式中添加 ℃。
在这里插入图片描述

5.发布MQTT服务
此时，mosquitto MQTT 服务已准备好发布。ESP8266 将湿度和温度数据发送到 MQTT 代理，我们在 Node-Red 的节点中使用 mqtt 读取这些数据，并通过 Node-Red 物联网框架将其发布到互联网上。

要开始使用 MQTT 发布湿度和温度数据，请单击部署按钮，然后单击 Node Red 中的启动按钮。

在这里插入图片描述

打开浏览器输入 url https://localhost:1880/ui 可以看到仪表盘上显示的湿度和温度数据，如下图所示。

NodeMCU Node 红色工业物联网平台

如上图，数据显示使用的url是http://app.ee-diary.ga/ui。这是因为 Node Red 应用程序使用 cloudflare 托管在家庭服务器上。因此，使用 ESP8266 发布的 MQTT 数据在互联网上是公开的。这样做是为了说明使用 MQTT、ESP8266 和 NodeRed 进行简单物联网应用程序开发的示例。它可以很容易地扩展以制作工业物联网应用程序

要了解如何设置家庭服务器，请参阅教程如何在家中托管网站。要了解如何在自定义域名上托管和显示应用程序，请参阅教程使用 Cloudflare Tunnel 在 Web 上部署 Arduino Red Node 应用程序。

以下是节点红流代码。

[
    {
    
    
        "id": "6e8e647f55f19c65",
        "type": "tab",
        "label": "Flow 1",
        "disabled": false,
        "info": "",
        "env": []
    },
    {
    
    
        "id": "5afcb2f70fb4032f",
        "type": "mqtt in",
        "z": "6e8e647f55f19c65",
        "name": "",
        "topic": "dht11/humidity",
        "qos": "1",
        "datatype": "auto-detect",
        "broker": "62942e11fc49d33e",
        "nl": false,
        "rap": true,
        "rh": 0,
        "inputs": 0,
        "x": 320,
        "y": 180,
        "wires": [
            [
                "f0c5c71cb90a0d4b"
            ]
        ]
    },
    {
    
    
        "id": "f0c5c71cb90a0d4b",
        "type": "ui_gauge",
        "z": "6e8e647f55f19c65",
        "name": "",
        "group": "fecb1abb8b6d2678",
        "order": 1,
        "width": "5",
        "height": "5",
        "gtype": "gage",
        "title": "Humidity",
        "label": "",
        "format": "{
    
    {value}}%",
        "min": 0,
        "max": "100",
        "colors": [
            "#00b500",
            "#e6e600",
            "#ca3838"
        ],
        "seg1": "",
        "seg2": "",
        "className": "",
        "x": 540,
        "y": 180,
        "wires": []
    },
    {
    
    
        "id": "bf3fce1725291ee7",
        "type": "mqtt in",
        "z": "6e8e647f55f19c65",
        "name": "",
        "topic": "dht11/temperature",
        "qos": "1",
        "datatype": "auto-detect",
        "broker": "62942e11fc49d33e",
        "nl": false,
        "rap": true,
        "rh": 0,
        "inputs": 0,
        "x": 330,
        "y": 260,
        "wires": [
            [
                "6f2e240f9a0c13c8"
            ]
        ]
    },
    {
    
    
        "id": "6f2e240f9a0c13c8",
        "type": "ui_gauge",
        "z": "6e8e647f55f19c65",
        "name": "",
        "group": "fecb1abb8b6d2678",
        "order": 1,
        "width": "5",
        "height": "5",
        "gtype": "gage",
        "title": "Temperature",
        "label": "",
        "format": "{
    
    {value}}℃",
        "min": 0,
        "max": "100",
        "colors": [
            "#00b500",
            "#e6e600",
            "#ca3838"
        ],
        "seg1": "",
        "seg2": "",
        "className": "",
        "x": 550,
        "y": 260,
        "wires": []
    },
    {
    
    
        "id": "62942e11fc49d33e",
        "type": "mqtt-broker",
        "name": "",
        "broker": "localhost",
        "port": "1883",
        "clientid": "",
        "autoConnect": true,
        "usetls": false,
        "protocolVersion": "4",
        "keepalive": "60",
        "cleansession": true,
        "birthTopic": "",
        "birthQos": "0",
        "birthPayload": "",
        "birthMsg": {
    
    },
        "closeTopic": "",
        "closeQos": "0",
        "closePayload": "",
        "closeMsg": {
    
    },
        "willTopic": "",
        "willQos": "0",
        "willPayload": "",
        "willMsg": {
    
    },
        "userProps": "",
        "sessionExpiry": ""
    },
    {
    
    
        "id": "fecb1abb8b6d2678",
        "type": "ui_group",
        "name": "NodeMCU",
        "tab": "886288b874f81978",
        "order": 1,
        "disp": false,
        "width": "10",
        "collapse": false,
        "className": ""
    },
    {
    
    
        "id": "886288b874f81978",
        "type": "ui_tab",
        "name": "DHT11",
        "icon": "dashboard",
        "order": 8,
        "disabled": false,
        "hidden": false
    }
    ]

因此，通过这种方式，我们可以使用 Node Red 作为物联网平台来创建简单的物联网应用程序。我们可以添加到这个 MySQL 数据库来存储湿度和温度数据，从而创建一个物联网监控系统。

【Node-Red ESP8266 MQTT 发布示例】

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