本文以實(shí)現(xiàn)串口MQTT服務(wù)器為項(xiàng)目目標(biāo)，展開講解，介紹如何通過EsDA工具和MPC-ZC1平臺(tái)，進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，逐步完成項(xiàng)目需求。

簡(jiǎn)介

工業(yè)串口服務(wù)器，以提供串口與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的雙向數(shù)據(jù)透明傳輸為核心業(yè)務(wù)。在不用修改原有產(chǎn)品系統(tǒng)的情況下，為串口設(shè)備提供了便捷的聯(lián)網(wǎng)通道，即擴(kuò)展了物聯(lián)網(wǎng)功能，又保障了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

串口端主要為 RS-232、485、422 等接口，網(wǎng)絡(luò)端通常為 TCP、UDP、MQTT、HTTP 等協(xié)議服務(wù)器。

本文以實(shí)現(xiàn)串口MQTT服務(wù)器為項(xiàng)目目標(biāo)，展開講解，介紹如何通過 EsDA 工具和 MPC-ZC1 平臺(tái)，進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，逐步完成項(xiàng)目需求。

?前期準(zhǔn)備

可通過 EsDA MPC-ZC1 入門篇相關(guān)文章，掌握 EsDA 基本開發(fā)流程：

• EsDAMPC-ZC1入門（一）——軟件安裝
• EsDAMPC-ZC1入門（二）——LED控制

一、項(xiàng)目需求

項(xiàng)目開發(fā)前，先對(duì)項(xiàng)目需求進(jìn)行梳理和拆解，主要有以下幾點(diǎn)：

支持串口通信；

支持MQTT通信；

串口與MQTT服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透?jìng)鳎?/p>

支持串口和MQTT服務(wù)器控制 LED 顯示。

* 本文僅以 LED 作為擴(kuò)展業(yè)務(wù)，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行擴(kuò)展。

二、業(yè)務(wù)框圖

根據(jù)項(xiàng)目需求，大致將系統(tǒng)劃分為以下幾大模塊：

1. 串口通信

實(shí)現(xiàn)串口的數(shù)據(jù)收發(fā)功能；

實(shí)現(xiàn)串口基本參數(shù)配置功能（波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位）。

2. MQTT通信

• 實(shí)現(xiàn)MQTT客戶端功能；
• 配置目標(biāo)服務(wù)器地址、端口；
• 發(fā)布和訂閱指定主題。

3. 數(shù)據(jù)解析

• 解析數(shù)據(jù)流中的控制命令
  

4. 數(shù)據(jù)分發(fā)

• 將解析出來的數(shù)據(jù)分發(fā)到其他模塊

業(yè)務(wù)開發(fā)

可通過 EsDA MPC-ZC1 入門篇相關(guān)文章，掌握 EsDA 基本開發(fā)流程：

一、串口通信

實(shí)現(xiàn)串口通信模塊，需要使用到串口相關(guān)的 AWFlow 節(jié)點(diǎn)，包括 serial_ex、serial_in_ex、serial_out_ex 3個(gè)節(jié)點(diǎn)。1. 節(jié)點(diǎn)介紹1.1 serial_ex串口配置節(jié)點(diǎn)，屬于隱式節(jié)點(diǎn)，不會(huì)被顯示在畫布中，需要配套對(duì)應(yīng)的功能節(jié)點(diǎn)一起使用。1.1.1 屬性

• 名稱（name）：節(jié)點(diǎn)名稱，用于索引查找本節(jié)點(diǎn)；
• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；
• 端口（port）：用于索引串口設(shè)備；
• 波特率（baudrate）：串口波特率參數(shù)；
• 字節(jié)大?。╞ytesize）：數(shù)據(jù)位參數(shù)；
• 奇偶校驗(yàn)（parity）：串口奇偶校驗(yàn)位參數(shù)；
• 停止位（stopbits）：串口停止位參數(shù)；
• 流控（flowcontrol）：串口流控模式配置；
• 幀超時(shí)（frame_timeout）：收到數(shù)據(jù)后的總體等待時(shí)間；
• 幀長(zhǎng)度（frame_length）：期望收據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；
• 碼間超時(shí)（intersymbol_timeout）：字節(jié)間的最大超時(shí)時(shí)間。

其中幀超時(shí)、幀長(zhǎng)度、碼間超時(shí)可用于分包應(yīng)用，3個(gè)參數(shù)可同時(shí)使用，任意一個(gè)條件滿足都會(huì)觸發(fā)分包。

* 配置節(jié)點(diǎn)（config類型）只存在節(jié)點(diǎn)屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2 serial_in_ex

串口接收節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)讀取指定串口接收到的數(shù)據(jù)。1.2.1 屬性

名稱（name）：節(jié)點(diǎn)名稱，用于索引查找本節(jié)點(diǎn)；

顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• 配置節(jié)點(diǎn)名稱（config）：綁定一個(gè)串口配置節(jié)點(diǎn)；

1.2.2 輸入* pump類型節(jié)點(diǎn)通常不具備數(shù)據(jù)輸入。1.2.3 輸出

payload：讀取到串口接收的數(shù)據(jù)，字符串（可按二進(jìn)制提?。?；

payloadLength：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，uint32_t 類型；

payloadType： payload 的數(shù)據(jù)類型，用于后續(xù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理；

istream：數(shù)據(jù)流對(duì)象，保存著串口接收的原始數(shù)據(jù)流；

*當(dāng)幀超時(shí)、幀長(zhǎng)度、碼間超時(shí)其中任意參數(shù)有效時(shí)，輸出payload 格式，否則輸出 istream。

1.3 serial_out_ex

串口發(fā)送節(jié)點(diǎn)，將上級(jí)節(jié)點(diǎn)輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送至串口發(fā)送接口。

1.3.1 屬性

名稱（name）：節(jié)點(diǎn)名稱，用于索引查找本節(jié)點(diǎn)；

顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

配置節(jié)點(diǎn)名稱（config）：綁定一個(gè)串口配置節(jié)點(diǎn)。

1.3.2 輸入

payload：負(fù)載數(shù)據(jù)，字符串類型（也可按二進(jìn)制轉(zhuǎn)換）；

payloadLength：負(fù)載數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，uint32_t類型；

payloadType：指示payload的數(shù)據(jù)類型；

istream：數(shù)據(jù)流對(duì)象。

*支持輸入 payload 和 istream 數(shù)據(jù)，優(yōu)先使用 istream。

1.3.3 輸出

* sink類型節(jié)點(diǎn)通常不具備數(shù)據(jù)輸出。

2. 回發(fā)驗(yàn)證

我們通過一個(gè)串口數(shù)據(jù)回發(fā)功能來驗(yàn)證串口通信模塊。

2.1添加節(jié)點(diǎn)

添加 serial_in_ex 和 serial_out_ex 節(jié)點(diǎn)到畫布上。

2.2配置節(jié)點(diǎn)

雙擊 serial_in_ex 節(jié)點(diǎn)，打開屬性面板。

選擇“添加新的 serial_ex 節(jié)點(diǎn)”，點(diǎn)擊編輯配置，進(jìn)入配置節(jié)點(diǎn)屬性面板。

串口設(shè)備：Uart1；

波特率：115200；

字節(jié)大?。?bits；

奇偶校驗(yàn)：None

停止位：1bits；

流控：None；

幀超時(shí)：100；

幀長(zhǎng)度：0；

碼間超時(shí)：0。

點(diǎn)擊添加，完成配置。

可以看到已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)新的配置節(jié)點(diǎn)，名為 serial_ex，繼續(xù)點(diǎn)擊完成，結(jié)束接收節(jié)點(diǎn)的配置。

同樣的，雙擊 serial_out_ex 節(jié)點(diǎn)，打開屬性面板，直接選擇剛剛創(chuàng)建的配置節(jié)點(diǎn)。

點(diǎn)擊完成，保存配置。

2.3繪制流圖

將serial_in_ex與serial_out_ex節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。

2.4下載驗(yàn)證

確保硬件正確連接。

選擇流圖下載接口。

點(diǎn)擊下載。

完成流圖下載，通過串口工具進(jìn)行數(shù)據(jù)回發(fā)測(cè)試。

二、MQTT通信

實(shí)現(xiàn) MQTT 通信模塊，需要使用到相關(guān)的AWFlow節(jié)點(diǎn)，包括mqtt_config、mqtt_in、mqtt_out3個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1. 節(jié)點(diǎn)介紹

1.1 mqtt_config

MQTT 配置節(jié)點(diǎn)，屬于隱式節(jié)點(diǎn)，不會(huì)被顯示在畫布中，需要配套對(duì)應(yīng)的功能節(jié)點(diǎn)一起使用。

1.1.1 屬性

名稱（name）：節(jié)點(diǎn)名稱，用于索引查找本節(jié)點(diǎn)；

顯示名稱（displayName：用于畫布上顯示的名稱；

主機(jī)地址（host）：目標(biāo)服務(wù)器域名（IP地址）；

端口（port）：目標(biāo)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)端口；

重連間隔（retry-interval）：MQTT后臺(tái)服務(wù)重連時(shí)間間隔，單位毫秒；

客戶端ID（client-id）：MQTT客戶端ID；

用戶名（user-name）：MQTT客戶端用戶名；

密碼（password）：MQTT客戶端密碼；

?；畎l(fā)送間隔（keep-alive-interval）：?；顢?shù)據(jù)包發(fā)送周期，單位秒；

清除會(huì)話（clean-session）：使能自動(dòng)清除歷史會(huì)話；

上線主題服務(wù)質(zhì)量等級(jí)（online-topic-qos）：上線QoS服務(wù)質(zhì)量；

上線主題（online-topic-topic）：上線主題；

上線主題數(shù)據(jù)（online-topic-data）：上線主題數(shù)據(jù)；

遺囑主題服務(wù)質(zhì)量等級(jí)（last-will-qos）：遺囑QoS服務(wù)質(zhì)量；

遺囑主題（last-will-topic）：遺囑主題；

遺囑主題數(shù)據(jù)（last-will-data）：遺囑主題數(shù)據(jù)；

使能SSL（enable-ssl）：使能SSL加密功能；

根證書路徑（root-ca-ssl）：根證書文件全路徑；

客戶端證書路徑（client-certificate-path）：客戶端證書文件全路徑；

客戶端密鑰路徑（client-private-key-path）：客戶端密鑰文件全路徑。

MQTT 配置屬性項(xiàng)比較多，但好在節(jié)點(diǎn)中已經(jīng)內(nèi)置了常用的默認(rèn)配置，用戶僅需根據(jù)應(yīng)用修改所需屬性項(xiàng)即可。

* 配置節(jié)點(diǎn)（config類型）只存在節(jié)點(diǎn)屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2 mqtt_in

MQTT 訂閱節(jié)點(diǎn)，提供訂閱指定主題的功能。

1.2.1 屬性

• 名稱（name）：節(jié)點(diǎn)名稱，用于索引查找本節(jié)點(diǎn)；
• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；
• 主題（topic）：配置需要訂閱的主題；
• 消息質(zhì)量（qos）：QoS主題服務(wù)質(zhì)量等級(jí)；
• 配置（config）：綁定一個(gè)MQTT配置節(jié)點(diǎn)。

1.2.2 輸入

pump類型節(jié)點(diǎn)通常不具備數(shù)據(jù)輸入。

1.2.3 輸出

• topic：主題標(biāo)識(shí)，字符串類型；
• payload：負(fù)載數(shù)據(jù)，指針（pointer）類型；
• payloadLength：負(fù)載數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，uint32_t類型。

1.3 mqtt_out

MQTT 發(fā)布節(jié)點(diǎn)，向服務(wù)器發(fā)布指定主題數(shù)據(jù)。

1.3.1 屬性

名稱（name）：節(jié)點(diǎn)名稱，用于索引查找本節(jié)點(diǎn)；

顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

消息質(zhì)量（qos）：QoS主題服務(wù)質(zhì)量等級(jí)；

保留標(biāo)志（retain）：使能主題信息在服務(wù)器保留；

主題（topic）：發(fā)布的主題；

配置（config）：綁定一個(gè)MQTT配置節(jié)點(diǎn)。

1.3.2 輸入

• topic：發(fā)布主題名稱；
• payload：負(fù)載數(shù)據(jù)；
• payloadLength：負(fù)載數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，uint32_t類型；

1.3.3 輸出

* sink類型節(jié)點(diǎn)通常不具備數(shù)據(jù)輸出。2. 回發(fā)驗(yàn)證我們通過一個(gè)MQTT數(shù)據(jù)回發(fā)功能來驗(yàn)證MQTT通信模塊。2.1 添加節(jié)點(diǎn)添加 mqtt_in 和 mqtt_out 節(jié)點(diǎn)到畫布上。

2.2 配置節(jié)點(diǎn)

雙擊 mqtt_in_ex 節(jié)點(diǎn)，打開屬性面板。

選擇“添加新的 mqtt 節(jié)點(diǎn)”，點(diǎn)擊編輯配置，進(jìn)入配置節(jié)點(diǎn)屬性面板。

該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)內(nèi)置好大部分常用的配置信息，此處，我們僅修改3個(gè)必須的屬性項(xiàng)：

主機(jī)地址：broker.emqx.io；

端口號(hào)：1883；

重連間隔：1000。

點(diǎn)擊添加，完成配置。

可以看到已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)新的配置節(jié)點(diǎn)，名為 mqtt，同時(shí)我們配置一個(gè)訂閱主題 EsDA-MQTT-Down ，繼續(xù)點(diǎn)擊完成，結(jié)束接收節(jié)點(diǎn)的配置。

同樣的，雙擊mqtt_out節(jié)點(diǎn)，打開屬性面板，直接選擇剛剛創(chuàng)建的配置節(jié)點(diǎn)，同時(shí)配置一個(gè)發(fā)布主題EsDA-MQTT-Up 。

點(diǎn)擊完成，保存配置。

2.3 繪制流圖

將 mqtt_in 與 mqtt_out 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。

2.4 下載驗(yàn)證

確保硬件正確連接，需要4G天線，以及一張可正常聯(lián)網(wǎng)的SIM卡。

選擇流圖下載接口。

點(diǎn)擊下載。

完成流圖下載后，可通過MQTT客戶端工具進(jìn)行數(shù)據(jù)回發(fā)測(cè)試。

此處我們選擇MQTTX，下載鏈接

https://www.emqx.com/zh/downloads/MQTTX/1.8.2/MQTTX-Setup-1.8.2-x64.exe

下載結(jié)束并完成MQTTX客戶端的安裝，啟動(dòng)MQTTX客戶端軟件。

點(diǎn)擊新建連接，創(chuàng)建MQTT連接，如下進(jìn)行配置。

點(diǎn)擊連接，完成客戶端配置，進(jìn)入連接后，添加訂閱主題。

訂閱MPC-ZC1發(fā)布的主題EsDA-MQTT-Up 。

最后發(fā)布MPC-ZC1訂閱的主題EsDA-MQTT-Down 。

輸入發(fā)布的內(nèi)容EsDA MQTT Test Message!，點(diǎn)擊發(fā)布主題，隨后可以收到 MPC-ZC1 回發(fā)同樣的內(nèi)容。

三、串口MQTT透?jìng)?/strong>

前面我們已經(jīng)完成串口通信、MQTT通信功能，并進(jìn)行數(shù)據(jù)回發(fā)測(cè)試，接下來我們要完成本項(xiàng)目的核心功能，串口與MQTT服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)透明傳輸。

從前面兩次數(shù)據(jù)回發(fā)的流圖中，我們很容易想象到如下圖所示的方式進(jìn)行流圖變換。

沒錯(cuò)，只需將2條回發(fā)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行交換連接，即可達(dá)到2個(gè)通信接口的數(shù)據(jù)透明傳輸。為了流圖簡(jiǎn)潔性，我們進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的位置調(diào)整，如下所示。

下載流圖，進(jìn)行透?jìng)鳒y(cè)試，效果如下圖。

至此，我們完成串口服務(wù)器的核心功能，數(shù)據(jù)透明傳輸。后續(xù)我們會(huì)繼續(xù)圍繞串口服務(wù)器項(xiàng)目，進(jìn)行業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，增加透?jìng)髅顏砜刂圃O(shè)備上的LED。

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