MQTT与云平台

MQTT 与云平台简介

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是一种轻量级、低带宽消耗的物联网（IoT）消息传输协议，而云平台（如物联网云平台）则是承载设备数据存储、处理、分析与应用开发的 “云端中枢”，二者结合是物联网系统实现 “设备联网 - 数据流转 - 价值挖掘” 的核心架构。

一、MQTT 协议：物联网的 “数据快递员”

MQTT 专为资源受限的设备（如传感器、嵌入式设备）和低带宽 / 高延迟网络（如 2G、LoRa）设计，核心是 “发布 / 订阅（Pub/Sub）” 模式，而非传统的 “点对点” 通信，能高效实现多设备间的消息分发。

1. 核心特点

• 轻量级：协议头部最小仅 2 字节，设备无需复杂计算资源即可解析，适合单片机、传感器等低成本设备；
• 低带宽消耗：仅传输必要的消息内容，避免冗余数据，尤其适合偏远地区或流量有限的场景；
• 可靠传输：支持 3 种服务质量（QoS）等级，满足不同场景需求：
  • QoS 0：“最多一次”，消息发完即弃，适合非关键数据（如实时温湿度）；
  • QoS 1：“至少一次”，确保消息至少到达一次，适合需确保接收的数据（如设备指令）；
  • QoS 2：“恰好一次”，确保消息仅到达一次，适合不允许重复的数据（如设备计费信息）；
• 断线重连与遗嘱消息：设备断网后可自动重连，“遗嘱消息” 能在设备意外离线时，向云端 / 其他设备告知状态（如 “设备离线”）。

2. 核心组件

• 发布者（Publisher）：发送消息的设备 / 终端（如温度传感器上传数据）；
• 订阅者（Subscriber）：接收消息的对象（如云端平台、手机 APP）；
• 代理服务器（Broker）：消息 “中转站”，接收发布者的消息，按 “主题（Topic）” 分发给订阅该主题的订阅者（如阿里云 IoT 的 MQTT Broker、EMQX 等开源 Broker）；
• 主题（Topic）：消息的 “分类标签”，采用层级结构（如/home/livingroom/temperature），订阅者仅接收自己关注的主题消息，避免无关数据干扰。

二、云平台：物联网的 “数据中枢”

物联网云平台是部署在云端的 “基础设施 + 工具集”，负责对接 MQTT 协议传输的设备数据，完成数据存储、处理、分析、可视化，并支持开发者快速搭建物联网应用（如远程控制、设备监控、异常预警）。

1. 核心功能

• 设备管理：对接 MQTT Broker，实现设备的 “注册 - 上线 - 离线 - 升级 - 注销” 全生命周期管理，支持百万级甚至亿级设备接入；
• 数据接收与存储：接收 MQTT 协议传输的设备数据（如温湿度、设备状态），存储到时序数据库（如 InfluxDB、TimescaleDB）或关系型数据库（如 MySQL）；
• 数据处理与分析：提供规则引擎（如阿里云 IoT 的 “规则引擎”、AWS IoT 的 “Rules”），支持实时过滤（如 “温度＞30℃时触发预警”）、数据转换（如单位换算）、联动控制（如 “湿度低于 40% 时启动加湿器”）；
• 应用开发支持：提供 API 接口、SDK 工具包，帮助开发者快速搭建 Web/APP 监控界面（如查看设备实时数据、历史曲线）；
• 安全保障：通过账号密码、Token、SSL/TLS 加密等方式，确保 MQTT 消息传输不被窃取或篡改，防止非法设备接入。

2. 常见物联网云平台举例

• 阿里云 IoT：支持 MQTT 协议，提供设备管理、数据流转、AI 分析等能力，适合企业级物联网项目；
• 腾讯云 IoT Explorer：低代码开发平台，集成 MQTT Broker，适合快速搭建小型物联网应用；
• AWS IoT Core：全球分布式架构，支持 MQTT/HTTP 协议，适合跨国物联网部署；
• 华为云 IoT：侧重工业物联网场景，支持 MQTT 与工业协议（如 Modbus）的转换。

三、MQTT 与云平台的协作逻辑

二者是 “数据传输” 与 “数据处理” 的互补关系，典型协作流程如下：

1. 设备接入：物联网设备（如智能灯）通过 MQTT 协议，向云平台的 MQTT Broker 发起连接（携带设备身份认证信息）；
2. 数据发布：设备作为 “发布者”，按预设主题（如/device/light1/status），将数据（如 “灯已开启”）通过 MQTT 发送给 Broker；
3. 消息分发：云平台的 Broker 按 “主题匹配” 原则，将消息分发给订阅该主题的 “订阅者”（如云端的数据分析模块、用户的手机 APP）；
4. 数据处理：云平台接收数据后，存储到数据库，并通过规则引擎判断是否触发动作（如 “灯异常离线时，向 APP 推送告警”）；
5. 指令下发：用户通过 APP 发送控制指令（如 “关灯”），云平台作为 “发布者”，按主题（如/device/light1/control）将指令通过 MQTT 发给设备，设备执行指令后反馈状态。

国内大厂的物联网云平台基本都是付费形式的，但是其稳定性很强，如果日后开发商用产品时，可以尝试去使用，这里简单开发了一个测试平台

我们这里用到的MQTT中间件服务器是开源的EMQX

EMQX 是一款开源的分布式 MQTT 消息服务器（也称 MQTT broker），专注于高并发、低延迟的物联网（IoT）及实时消息通信场景，由中国团队 EMQ 研发并维护，目前已成为全球主流的 MQTT 服务器之一。

其核心特点可概括为三点：

1. 强兼容性：完全遵循 MQTT 3.1/3.1.1/5.0 协议，同时支持 CoAP、LwM2M、WebSocket 等多种物联网协议，能适配海量异构设备（如传感器、嵌入式终端、手机 / PC 客户端）；
2. 高性能与高可用：单节点可支持百万级并发连接，通过集群部署可扩展至千万级规模，且具备自动故障转移、数据持久化（如存储到 Redis、MySQL）能力，保障消息不丢失；
3. 灵活扩展与易用性：提供丰富的插件生态（如规则引擎、数据桥接、认证授权），支持云原生部署（K8s），并配有 Web 管理控制台，降低运维成本。

主要应用场景包括 IoT 设备联网（如智能家电、工业传感器）、实时数据传输（如车联网、监控系统）、消息推送（如 APP 实时通知）等，社区版可免费使用，企业版提供商业支持。

EMQX＋自制云平台完成单片机通过MQTT协议和外部应用通讯，主打一个高性价比。

接下来，这里提供一个示例代码，用于连接MQTT

关于WIFI模块的驱动，前面说过了，这里不再阐述

创建项目，使能串口，以及配置自己需要的外设，需要的话做个串口重定向

修改main.c，封装WIFI模块发送函数和连接WIFI函数以及MQTT发送消息函数

再封装个接收函数

配置串口中断回显处理，方便调试

Main函数，调用封装的连接函数，参数分别是WIFI名称，WIFI密码，学号，后面两项是固定的，main是我们主要用于测试的订阅主题

主循环，调用发送消息函数，参数分别为发送消息的主题，发送的消息，后面两个为Qos和保留消息的参数，默认置0,（感兴趣的查资料，特别是Qos的概念）

保存，烧录，手机打开热点，串口调试查看

然后我们在浏览器打开我们的测试平台，直接连接并订阅主题

我们尝试一下发送消息

点击之后记得查看串口助手，单片机会收到消息

测试成功，可以参照控制WiFi模块时，添加一些命令

比如我这里设置了open和close做一些操作，发送测试一下

这里可以将回显light open改成打开、关闭led、蜂鸣器的操作，从而达到远程控制的目的

如有不当之处，还望批评指正，简单上传了一下学习的过程，相关资料和代码可v：xiaozhang_9520获取，从事前后端开发、PC软件开发、小程序开发，可合作交流、共同进步