MQTT介绍
MQTT 协议是当今世界上最受欢迎的物联网协议，没有之一。MQTT 协议为设备提供了稳定、可靠、简单易用的通信基础，截至目前通过 MQTT 协议连接的设备已经过亿，广泛应用于 IoT、M2M 等领域。
目前 MQTT 主流版本有 MQTT3.1.1 和 MQTT5。MQTT5 完全兼容 MQTT3.1.1，是在 MQTT3.1.1 的基础上进行完善补充。目前 MQTT3.1.1 的使用人数还是更多，所以本文用 MQTT3.1.1 来讲解。
1. MQTT是什么
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）协议是基于 TCP/IP 协议栈构建的异步通信消息协议，是一种轻量级的、客户端服务端架构的、发布/订阅模式的消息传输协议。
MQTT协议最初版本是在1999年建立的，发明人是 Andy Stanford-Clark 和 Arlen Nipper。MQTT 是他们为了利用卫星通讯监控输油管道所开发的协议，由此可见，MQTT 就是专为低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计的。
MQTT 协议特点：
•简单易用，方便集成
•安全可靠，支持TLS/SSL加密和认证机制
•轻量级，占用带宽小，支持多种消息传输模式
•灵活性，可知设备连接状态，可控数据传输质量
2. MQTT原理
在 MQTT 协议通讯中，最重要的两个角色是服务端和客户端。客户端向一「主题」「发布」消息，服务端处理并推送给「订阅」了该「主题」的其他客户端。
这么说是不是一头雾水？我打个比方，将整个 MQTT 比作我们熟悉的视频软件，一一对应关系如下。
假如你是张三，一名普通的抖音用户，你关注了李四的抖音账号。在这里，张三跟李四不会直接产生关系，而是会通过抖音服务器。抖音服务器就是「服务端」，所有抖音用户就是「客户端」，你关注李四的这个动作，就叫作「订阅」。
李四如果「发布」了一条视频，那么张三、王五、老六，等等所有关注了李四的粉丝都会收到这个视频推送。这是因为抖音里没有主题的概念，只要李四有发视频，粉丝都会收到推送。
这就是 MQTT 的基础概念。
2.1 服务端
MQTT 服务端通常是一台服务器，它充当着 MQTT 信息传输的中心节点。其主要功能是接收来自 MQTT 客户端的信息并将其传递给其他 MQTT 客户端。此外，MQTT 服务端还负责管理客户端，确保客户端之间的通信畅通无阻，并确保 MQTT 消息被正确接收和准确投递。
服务端一般就是云平台，OneNET、阿里云、腾讯云等；也可以用 EMQ 或 Mosquitto 自己搭建服务端。
2.2 客户端
MQTT 客户端可以向服务端通过「发布」发送信息，也可以从服务端「订阅」来收取信息。
客户端一般就是我们的单片机，STM32、C51、树莓派等。
2.3 主题
在 MQTT 通讯中，客户端订阅的是一个个「主题」。MQTT 服务端在管理信息通讯时，使用「主题」来控制。
2.4 发布与订阅的特点
相互独立：客户端相互独立，彼此没有直接联系，不用知道对方的任何状态、情况。
空间分离：客户端只要连接同一个 MQTT 通讯网络，无论是互联网或者局域网都可以通讯。
时间异步：客户端的发布与订阅无需同步。若有客户端断连，服务端保存信息，待客户端上线后推送。
3. MQTT报文
MQTT 协议通过交换预定义的 MQTT 控制报文来通信。MQTT 控制报文简称 MQTT 报文，接下来我将详细介绍 MQTT 报文。
3.1 报文结构
一个 MQTT 报文由固定报头、可变报头、有效载荷三部分组成：
固定报头（Fixed header），所有 MQTT 报文有，表示报文类型及报文的分组类标识。可变报头（Variable header），部分 MQTT 报文有，报文类型决定了可变头是否存在及其具体内容。有效载荷/消息体（Payload），部分 MQTT 报文有，存放报文的具体内容。示意图如下：
整体的报文结构介绍完，下面介绍每个的细节。如果看不懂，没关系，后面会有案例，更加清晰明了。
3.2 固定报头（Fixed header)
3.2.1 消息类型（message type）
位于 byte 1 的第 7~4 位，表示 MQTT 报文类型，有下面这么多类型：
3.2.2 标志位（DUP、QoS Level、RET）
位于 byte 1 的第 3~0 位，表示 MQTT 报文的分组类标识。在不使用标识位的消息类型中，标识位被做为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接。
DUP：发布消息的副本
QoS：发布消息的服务质量
RETAIN：发布保留标识
3.2.3 剩余长度（Remaining Length）
位于 byte 2 的第 3~0 位，表示当前剩余字节数，包括可变报头和负载的数据。剩余长度不包括用于编码剩余长度字段本身的字节数。
3.3 可变报头（Variable header）
某些 MQTT 报文有可变头。它在固定头和有效载荷之间。可变头的内容根据报文类型的不同而不同。可变头的报文标识符字段存在于在多个类型的报文里。
可变报头在后续的报文案例中会详细介绍。
3.4 有效载荷（Payload）
有效载荷就是应用消息，但并不是所有的报文都有有效载荷，只有部分 MQTT 报文有有效载荷，具体如下：
4. QoS，服务质量
QoS（Quality of Service，服务质量）。在数据通信的过程中，有的消息很重要，不可以丢失；有的消息不重要，丢了也没关系。所以在 MQTT 中可以配置 QoS，给不同重要的消息不同的服务质量。
MQTT 协议有三种服务质量级别：
QoS = 0：最多发一次
QoS = 1：最少发一次
QoS = 2：保证收一次 对于不同重要级的消息选择不同的 QoS，较为重要消息的使用 QoS = 1 和 QoS = 2。
4.1 QoS = 0：最多发一次
这种服务质量消息最多只发送一次。接收者不会发送响应，发送者也不会重试。消息可能送达一次也可能根本没送达。
想象你是一个快递员，而你要将包裹（消息）送到不同的收件人（订阅者）。QoS 级别就像你和收件人之间的交付服务等级，它决定了你在送货过程中提供的保证。
QoS 0（最多发一次）相当于你将包裹送给收件人后，没有任何确认回执。你只是简单地把包裹放在门口，然后离开。在这种情况下，你无法确定包裹是否成功被收件人接收，也无法知道是否有其他人偷了这个包裹。
4.2 QoS = 1：最少发一次
服务质量确保消息至少送达一次。QoS 1 的 PUBLISH 报文的可变报头中包含一个报文标识符，需要 PUBACK 报文确认。
QoS 1（最少发一次）相当于你在送货后要求收件人给你一个回执确认。你将包裹送给收件人，然后等待他给你一个回执，告诉你已经收到包裹。如果你没有收到回执，你会重新尝试送货，直到收到回执为止。这样，你可以确保包裹被收件人接收，但可能会增加一些延迟和工作量。
4.3 QoS = 2：保证收一次
这是最高等级的服务质量，消息丢失和重复都是不可接受的。使用这个服务质量等级会有额外的开销。QoS 2 的消息可变报头中有报文标识符。QoS 2 的 PUBLISH 报文的接收者使用一个两步确认过程来确认收到。
QoS 2（保证收一次）相对于你要确认对方可以收货再发货。你在送货前给收件人发消息问他在不在家，收件人告诉你他在家，你把将包裹送给收件人，然后等待他给你一个回执，告诉你已经收到包裹。如果他没回消息，不在家，就继续发消息直到收件人回消息，告诉你他在家，再送包裹。
5. MQTT心跳机制
MQTT心跳机制可以比喻为人体的心脏跳动，两者都是为了维持正常的运行状态和连接的稳定性。
当MQTT客户端定期发送心跳包时，它就像是我们的心脏，定时地向服务器发送信号，表明自己的存在和健康状况。如果服务器在一定时间内没有接收到心跳包，就会认为客户端出现异常或离线，类似于身体出现问题时，医生会检查心跳情况来判断身体的健康状况。
客户端定时向服务端发送心跳请求（PINGREQ），告诉服务端，我还和你连接着哦。服务端收到心跳请求后，会回复一条心跳响应（PINGRESP），告诉客户端，我知道你还连着我啦。
通过心跳机制，MQTT 可以实时监测客户端的连接状态，及时发现和处理异常情况，确保通信的可靠性和稳定性。就像我们依赖心脏维持身体的正常运转一样，MQTT的心跳机制也是保障通信链路顺畅运行的重要机制之一。
6. MQTT遗嘱
遗嘱，和前面的心跳一样，有心跳请求证明客户端还连着服务端，客服端还活着。那么遗嘱就很生动形象了，客户端先把自己的遗嘱给服务端，万一客户端嘎了，服务端就可以执行遗嘱了。
MQTT遗嘱是一种机制，允许客户端在「活着」的时候设置并发送遗嘱消息，以便在客户端意外断线时由服务端公布。
意外断线指的是当客户端在没有发送 DISCONNECT 报文的情况下失去了心跳信号，这通常发生在网络故障或电池耗尽等情况下。此时，服务端会察觉到客户端的异常断开，并将客户端的遗嘱消息发布出来。然而，如果客户端正常断开连接并发送了 DISCONNECT 报文，遗嘱则不会启动，服务端也不会发布客户端的遗嘱消息。
通过合理设置和使用 MQTT 遗嘱机制，可以增强客户端在服务端管理中的作用，并提供实时的设备状态信息。
7. DHT11上传到OneNET平台
登入OneNet平台，创建一个DHT11设备如下：
记录：
设备ID：dht11_01
产品ID：16o95O4eF8
设备密钥：
bk9vd3h3VzFxTk1PMHdKMHNYbHdsUmFIcFdKZFZxd1g=
ESP8266初始化：
void esp8266_init(uint32_t baudrate){printf("esp8266初始化开始...\r\n");esp8266_uart_init(baudrate);//esp8266其他初始化printf("1. 测试esp8266是否存在...\r\n");while(esp8266_at_test())delay_ms(500);printf("2. 设置工作模式为STA...\r\n");while(esp8266_set_mode(ESP8266_STA_MODE))delay_ms(500);printf("3. 设置单路链接模式...\r\n");while(esp8266_connection_mode(ESP8266_SINGLE_CONNECTION))delay_ms(500);printf("4. 连接wifi，SSID: %s, PWD: %s\r\n", WIFI_SSID, WIFI_PWD);while(esp8266_join_ap(WIFI_SSID, WIFI_PWD))delay_ms(1500);printf("5. 连接TCP服务器，server_ip:%s, server_port:%s\r\n", TCP_SERVER_IP, TCP_SERVER_PORT);while(esp8266_connect_tcp_server(TCP_SERVER_IP, TCP_SERVER_PORT))delay_ms(500);printf("6. 进入透传模式..\r\n");while(esp8266_enter_unvarnished())delay_ms(500);printf("ESP8266已连接上TCP服务器并进入透传模式\r\n");printf("ESP8266初始化完成\r\n");}
MQTT初始化：
void mqtt_init(void){mqtt_login_init(PRODUCT_KEY,DEVICE_NAME,DEVICE_SECRET);//缓冲区赋值mqtt_rxbuf = _mqtt_rxbuf;mqtt_rxlen = sizeof(_mqtt_rxbuf);mqtt_txbuf = _mqtt_txbuf;mqtt_txlen = sizeof(_mqtt_txbuf);memset(mqtt_rxbuf,0,mqtt_rxlen);memset(mqtt_txbuf,0,mqtt_txlen);//无条件先主动断开mqtt_disconnect();delay_ms(100);mqtt_disconnect();delay_ms(100);}
宏定义设备ID，产品ID，设备密钥：
//云服务器设备证书//订阅与发布主题
获得DHT11标识符，实现JSON解析数据上传云平台：
int main(void){uint8_t data_send[512] = {0};uint8_t dht11_data[4] = {0};while(1){memset(dht11_data, 0, 4);dht11_read(dht11_data);sprintf((char *)data_send, "{\"id\":\"1386772172\",\"version\":\"1.0\",\"params\":{\"CurrentTemperature\":{\"value\":%d.%d},\"CurrentHumidity\":{\"value\":%d.%d}}}",dht11_data[2], dht11_data[3], dht11_data[0], dht11_data[1]);mqtt_publish_data(POST_TOPIC, (char *)data_send, 0);delay_ms(3000);printf("\r\n~~~~~~~~~~~~~~~~~发送心跳包~~~~~~~~~~~~~~~~~\r\n");mqtt_send_heart();printf("\r\n~~~~~~~~~~~~~~~~~心跳包结束~~~~~~~~~~~~~~~~~\r\n");}}
实验结果：
招募要求
完成符合要求的机器人相关视频制作
总时长需达到 3小时以上
视频内容需为精品课程，确保高质量和专业性
讲师奖励
享受课程收入分成
赠送 2门 古月学院在售精品课程（训练营除外）
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