桌面花园(MQTT—NodeMCU—Android实践)

上个学期的大作业，最近一直在准备出国的事情，一直没发

一、系统设计

图一：顶层设计框架图

模块准备：

DHT11温湿度模块

NodeMCU模块

MQTT服务器

Apollo服务平台

Android开发平台

图二：MQTT原理图

整体介绍：

整个思路其实非常的简单，简单的说就是NodeMCU通过MQTT协议发送message到Apollo平台，代理服务器再把这个message发给订阅者，即APP，当然，反向传递也是没问题的。

具体联系：

温湿度模块和LED灯珠都是物联网中最基本的模块，其作用就是简单的发光、发亮以及检测温湿度，并将信息传递给NodeMCU开发板。

NodeMCU开发板作为硬件的核心，其主要的功能是，处理接收到的温湿度信息，并将这些信息封装在message中，通过WiFi，MQTT协议发送出去，即作为发布者publish一个topic。

除此之外，NodeMCU还可以作为一个接受者，或者说是订阅者，subscribe一个topic，譬如我们模块中，接受小灯亮灭请求的message，将处理出来的信息，具象化的体现在小灯的亮与灭上。

Apollo则是作为一个代理服务器。我在本地搭建了一个Apollo的服务器，来发送和接受message。从而实现APP和NodeMCU的连接。

APP则是最为一个用户操作级的UI界面，方便用户使用，控制硬件设备。而且前端的设计也非常的重要，唯有美观的界面才能够真正博取人们的眼球。

二、硬件设计

图三：面包板视图

三、软件设计

图四：Aduino代码框架图

arduino的代码，然后这个代码烧录到NodeMCU里面。

主要功能就是连接上局域网，然后接受和发送信息，并控制温湿度和小灯的模块。

https://www.jianshu.com/p/701f4d31029f

这个网站是MQTT--NodeMCU及MQTT接发消息体验的教程

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include
dht11 DHT11;
#define DHT11PIN 2

// If using software SPI (the default case):
#define OLED_MOSI   D7
#define OLED_CLK   D5
#define OLED_DC    D0
#define OLED_CS    D8
#define OLED_RESET D3
Adafruit_SSD1306 display(OLED_MOSI, OLED_CLK, OLED_DC, OLED_RESET, OLED_CS);

#if (SSD1306_LCDHEIGHT != 32)
#error("Height incorrect, please fix Adafruit_SSD1306.h!");
#endif

const char* ssid = "sha";//连接的路由器的名字
const char* password = "12345678";//连接的路由器的密码
const char* mqtt_server = "192.168.43.90";//服务器的地址 
const int port=61613;//服务器端口号

int ind = 0;
char msg[50];
char msg1[50];
int pinLED = D2;

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);

void setup_wifi() {//自动连WIFI接入网络
  delay(10);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print("...");
  }
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {//用于接收数据
  int l=0;
  int p=1;
  for (int i = length-1; i >=0; i--) {
    l+=(int)((char)payload[i]-'0')*p;
    p*=10;
  }
  ind = l;
  Serial.println(l);//换行

}

void reconnect() {//等待，直到连接上服务器
  while (!client.connected()) {//如果没有连接上
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    if (client.connect("light_yzr")) {//接入时的用户名，尽量取一个很不常用的用户名
      Serial.println("connected");
      client.subscribe("LED");//接收外来的数据时的intopic
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");//连接失败
      Serial.print(client.state());//重新连接
      Serial.println(" try again in 5 seconds");//延时5秒后重新连接
      delay(5000);
    }
  }
}

void draw(void){
  //清屏
  display.clearDisplay();

  // text display tests
  //在0，0这个点，写Humidity的数据，颜色设为白色，大小为1个单位
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0,0);
  display.print("Humdity(%): ");
  display.println(DHT11.humidity);

  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.print("Temperature(oC):");
  display.println(DHT11.temperature);

  //show
  display.display();
  delay(2000); 
}


void setup() {//初始化程序，只运行一遍
  Serial.begin(115200);//设置串口波特率（与烧写用波特率不是一个概念）

  pinMode(pinLED,OUTPUT);

  // by default, we'll generate the high voltage from the 3.3v line internally! (neat!)
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC);
  // init done

  //加了一个清屏就把开机动画去掉
  display.clearDisplay();
  
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0,0);
  display.print("Name：");
  display.println("yezerui");
  display.print("Number：");
  display.println("1512190127");
  display.display();
  
  setup_wifi();//自动连WIFI接入网络
  client.setServer(mqtt_server, port);//端口号
  client.setCallback(callback); //用于接收服务器接收的数据
}



void loop() {//主循环
   reconnect();//确保连上服务器，否则一直等待。
   DHT11.read(DHT11PIN);
//输出在监视器上的。
  Serial.print("Humdity(%):");
  Serial.println(DHT11.humidity);
  Serial.print("Temperature(oC):");
  Serial.println(DHT11.temperature);

  snprintf (msg, 75, "%ld", DHT11.temperature);
  snprintf (msg1, 75, "%ld", DHT11.humidity);
  client.publish("Tem", msg);
  client.publish("Hum", msg1);
  delay(4000);

  draw();
   client.loop();//MUC接收数据的主循环函数。
   if(ind == 1){
      digitalWrite(pinLED,LOW);
   }else{
      digitalWrite(pinLED,HIGH);
   }
}

Apollo服务器：

功能：作为一个中间媒介，接受和发送message

可以参考https://www.jianshu.com/p/e11a47f1e53c这个网站的Apollo服务器搭建

APP端的话主要就是API使用的问题，界面的话很简单，而且我自己做得也很粗糙，不想浪费时间

图五：APP端代码结构图

添加这个库：

org.eclipse.paho.client.mqttv3-1.0.2.jar

添加service和权限：

添加receiver：

gradle：

apply plugin: 'com.android.application'

android {
    compileSdkVersion 25
    buildToolsVersion "25.0.2"
    defaultConfig {
        applicationId "com.example.mqtt_test"
        minSdkVersion 21
        targetSdkVersion 25
        versionCode 1
        versionName "1.0"
        testInstrumentationRunner "android.support.test.runner.AndroidJUnitRunner"
    }
    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled false
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt'), 'proguard-rules.pro'
        }
    }
}

dependencies {
    compile fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
    androidTestCompile('com.android.support.test.espresso:espresso-core:2.2.2', {
        exclude group: 'com.android.support', module: 'support-annotations'
    })
    compile 'com.android.support:appcompat-v7:25.1.1'
    compile 'com.android.support.constraint:constraint-layout:1.0.0-alpha7'
    testCompile 'junit:junit:4.12'
}

以及画曲线图的API用的是achartengine

libs中加入achartengine-1.0.0.jar.jar

APP的具体代码放在GitHub中：https://github.com/JerryYZR/MQTT_Hum.git

四、使用说明

1、手机控制小灯亮灭：

第一行输入topic LED，表示控制模块设置为小灯

第二行输入0或者1, 输入0为开灯， 输入1为关灯

 

2、订阅Temperature和Humidity的信息

当输入Tem为订阅温度模块

 

当输入Hum为订阅湿度模块

 

3、按下Update，显示温湿度信息

按下Update按键后，更新温湿度信息

 

4、点击图标，切换界面：

底部图标可以实现设置界面，与动态图表界面的切换，从而实现更好的UI交互

 

5、温湿度的动态图表：

订阅了温湿度模块以后，进入到动态图表界面，图表会2秒钟更新一次。

纵坐标为温湿度

横坐标为时间mm:ss(分:秒)