在ESP32-C3模块上使用MQTT进行通信

通信

1.本文概述

对于ESP32-C3模块，是乐鑫的第一个基于RISCV架构的芯片，其主要定位还是一个物联网模块，所以在使用上更多的去考虑物联网的应用。本文主要是介绍在ESP32-C3模块上使用MQTT进行通信。
MQTT在物联网领域的使用非常的广泛，其协议在众多的智能控制领域广泛的使用。
本次实验在使用上，可以将PC上搭建一个mosquitto的mqtt服务器，并且在手机上控制模块的行为。
2.环境搭建

主要是在Ubuntu20.04上进行开发，首先需要安装相关的开发环境，这一部分已经在前面的文章中介绍过了，现在主要介绍下面的步骤。
首先搭建mosquitto的mqtt服务器。下面用最简单的办法搭建好一个可以使用的mqtt服务器。
第一步：安装mosquitto
$ sudo apt-add-repository ppa:mosquitto-dev/mosquitto-ppa
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install mosquitto
第二步：安装开发包和客户端
$ sudo apt-get install libmosquitto-dev
$ sudo apt-get install mosquitto-clients
第三步：修改配置文件
正常情况下，上面步骤完成后，输入sudo service mosquitto start就可以启动了。
但是发现只能用localhost的ip地址或者127.0.0.1的ip地址，在本地才能访问。如果要让开发板正常的访问，显然是不行的。
所以此时修改了配置文件。
sudo vim /etc/mosquitto/mosquitto.conf
文件内容如下：
# Place your local configuration in /etc/mosquitto/conf.d/
#
# A full description of the configuration file is at
# /usr/share/doc/mosquitto/examples/mosquitto.conf.example

persistence true
persistence_location /var/lib/mosquitto/

bind_address 192.168.15.123

# 禁止匿名访问
allow_anonymous true

# 认证配置
#password_file /etc/mosquitto/pwfile

# 权限配置
#acl_file /etc/mosquitto/aclfile

log_dest file /var/log/mosquitto/mosquitto.log

include_dir /etc/mosquitto/conf.d

解释一下上述的配置

bind_address 192.168.15.123这里设置是服务器的ip地址，如果不设置，只能访问 127.0.0.1。后面的ip地址可以根据自己电脑的ip地址进行设置。
allow_anonymous true这里的参数配置为true表示可以不需要用户名和密码访问，否则如果填写成 false则需要配置认证和权限，这里简单起见，不用用户名密码。

第四步：启动mosquitto
输入下面的命令即可
sudo service mosquitto start
如果需要停止
sudo service mosquitto stop
还可以查看是否正常的启动。
sudo service mosquitto status
如下图所示，表示启动成功。

第五步：功能验证和环境测试
往往看服务器是否搭建成功，需要测试一下，这里先本地测试一下。
首先订阅一个topic
mosquitto_sub -h 192.168.15.123 -t "test_mqtt" -v
另外再开一个终端，往这个topic发布消息。
mosquitto_pub -t "test_mqtt" -h 192.168.15.123 -m "hello_mqtt"
最后可以看到效果如下

可以说明mqtt服务器基本成功。
3.esp32-c3 mqtt源代码编译与配置

前文已经搭建好开发环境，这里只说明操作步骤。
首先将ESP-IDF中的protocols的例程拷贝到自己的工作路径下。
cp -r $IDF_PATH/examples/protocols .
接着找到mqtt/tcp的例子。
cd protocols/mqtt/tcp
设置相关的编译目标为esp32c3。
idf.py set-target esp32c3
选择配置
idf.py menuconfig
这里有两个地方的配置需要自行填写。

其中的Example Connection Configuration用于配置wifi的连接信息。

而Example Configuration则是配置mqtt的服务器地址。

该地址前面记得加上mqtt://这样才能正常的解析，其地址为刚才搭建好的mqtt服务器的地址。
配置完成后开始编译
idf.py build
下载
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash

下载时注意/dev/ttyUSB0的权限，前文有说明

查看串口信息
idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor
正常情况下，会输入下面的信息

其topic为/topic/qos0。

注意：需要保证esp32-c3模块与mqtt服务器的电脑在同一个局域网内，这样才能正常的操作。

然后pc往开发板发一条消息。
mosquitto_pub -t /topic/qos0 -h 192.168.15.123 -m "test_esp32"
其中-t /topic/qos0表示需要往那个topic发送。

此时，可以看到开发板正常接受到了pc发过来的消息。
4.手机控制

此处只做局域网内的控制，也就是手机、电脑、esp32-c3在同一个局域网内，如果要远程控制，那么需要进行内网穿透。
本次用安卓手机做演示

下载EasyMQTT客户端。

添加连接，设置Broker为服务器地址。
正常情况下连接服务器如下

选择箭头，然后填写topic和消息

这样，就可以通过手机往开发板发送消息了。
5.手机发送消息点亮led灯

5.1 设计思路

基本的思路是手机连接mqtt的服务器，通过发布topic，电脑和开发板监听该topic，当开发板监听到该topic的消息后，将收到的数据解析出来。比如led=on表示开灯，led=off关灯。
点灯采用外接的GPIO，因为板载的LED需要PWM。
5.2 代码设计

在ESP32 IDF的编程模型中，对于GPIO的控制也是通过API接口进行控制。
最基本的操作
gpio_reset_pin(LED_CTL); //复位gpio
gpio_set_direction(LED_CTL, GPIO_MODE_OUTPUT); //设置gpio为输出模式
gpio_set_level(LED_CTL, 1); //设置为高电平
配置完成后，可以在static esp_err_t mqtt_event_handler_cb(esp_mqtt_event_handle_t event)函数中编写操作逻辑。
case MQTT_EVENT_DATA:
   ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DATA");
   printf("TOPIC=%.*srn", event->topic_len, event->topic);
   printf("DATA=%.*srn", event->data_len, event->data);
   if(strstr(event->data, "led=on") != NULL)
   {
      gpio_set_level(LED_CTL, 0);
   }
   else if(trstr(event->data, "led=off") != NULL)
   {
         gpio_set_level(LED_CTL, 1);
   }
   break;
当接受到led=on的指令，将GPIO拉低，此时灯点亮。
当接受到led=off的指令，将GPIO拉低，此时灯熄灭。
这样就完成了程序的设计。
硬件上的连接采用的GPIO3。
5.3 功能测试

输入idf.py build开始编译程序，并且输入idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash开始下载。
最后idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor监听数据。
可以正常观测到数据了。

手机上发送led=on的消息，可以看到led被点亮。

6.小结

在esp32-c3上做mqtt的业务逻辑设计，使用上注意mqtt的服务器的搭建，以及esp32-c3的mqtt的相关例子，还有将整个链路弄清楚即可。
从上层逻辑上来看，这种ESP-IDF的框架更加友好，通过对mqtt协议层面的支持，使得用户拿到数据后，直接控制相关的硬件操作即可。

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