Arduino: MQTT

Experimento: MQTT e Arduino

O suporte para MQTT para Arduíno é provido por uma biblioteca que pode ser obtida em: https://github.com/knolleary/pubsubclient .

Uma boa descrição do uso da biblioteca PubSubClient.h pode ser encontrada em:

Para interagir com a rede é necessário um shild Ethernet colocado sobre a placa Arduíno.

Descrição do experimento

Neste experimento foi utilizado um Arduino UNO com um Shield Ethernet, rodando a biblioteca PubSubClient.h para interagir um com brocker Mosquitto e clientes publicadores e subscritores através do protocolo MQTT.

A comunicação foi realizada através de uma rede local residencial e foram utilizados os seguintes endereços IP:

• brocker Mosquito: 192.168.1.19/24
• Arduino: 192.168.1.50/24
• Clientes (mosquitto_pub e mosquitto_sub): 192.168.1.19/24

Código fonte Arduino

O código Arduino abaixo descreve o cenário da aplicação e ilustra o uso das funções da biblioteca PubSubClient.h para implementar a comunicação MQTT.

/*            
 Baseado no exemplo da bilbioteca PubSubClient.h: Basic MQTT example

 Exemplo: MQTT com Arduíno/Shield Ethernet e Mosquitto: 
 Anunciar status do Arduino, receber comando para led e publicar status do led.

 Este sketch demonstra a comunicação de um Arduino com um brocker Mosquitto usando MQTT:
  - conecta ao brocker e informa lastWill para o tópico "arduino/status" com mensagem "off-line"
    (será publicada caso o Arduino seja desconectado involuntariamente);
  - publica para o tópico "arduino/status" a mensagem  "on-line" anunciando que está ativo;
  - subscreve o tópico "arduino/led" para receber comandos para um led;
  - caso receba mensagem para o tópico "arduino/led", aciona o led conforme comando recebido.
*/

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
#include <PubSubClient.h>

// Endereçamento IP utilizado para o cliente e servidor
byte mac[]    = { 0xDE, 0xED, 0xBA, 0xFE, 0xFE, 0xED };
IPAddress ip(192, 168, 1, 50);
IPAddress server(192, 168, 1, 19);

EthernetClient ethClient;
PubSubClient client(ethClient);

//Função callback chamada quando uma mensagem for recebida para subscrições:
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i=0;i<length;i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
  }
  Serial.println();
  //comanda o LED
  if ((char)payload[0] == '1') {
    digitalWrite(4, HIGH);
  } else if  ((char)payload[0] == '0') {
    digitalWrite(4, LOW);
  } 
}

void setup()
{
  Serial.begin(57600);

  pinMode(4, OUTPUT);

  client.setServer(server, 1883);
  client.setCallback(callback);

  Ethernet.begin(mac, ip);
  delay(5000); // Allow the hardware to sort itself out
  
  delay(10000);
}

void loop(){
  // Aguarda conexão    
  while (!client.connected()) {

    Serial.print("Attempting MQTT connection...");

    //Mensagem lastWill
    byte willQoS = 0;
    const char* willTopic = "arduino/status";
    const char* willMessage = "OFF_LINE";
    boolean willRetain = true;
    //Conexão
    if (client.connect("arduinoClient", willTopic, willQoS, willRetain, willMessage)) {
      Serial.println("connected");
      //Uma vez conectado publica status
      char* message = "ON_LINE";
      int length = strlen(message);
      boolean retained = true; //Retain message
      client.publish("arduino/status", (byte*)message, length, retained);
      // ... and resubscribe
      client.subscribe("arduino/led");
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      delay(5000);
    }
  }
  //Uma vez conectado client.loop() deve ser chamada periodicamente para manter conexão
  //e aguardar recebimento de mensagens
  client.loop();
}

Comandos nos terminais clientes MQTT

Cliente Subscritor

mosquitto_sub -h 192.168.1.19 -t arduino/status

Cliente Publicador

mosquitto_pub -h 192.168.1.19 -t arduino/led -m 1
mosquitto_pub -h 192.168.1.19 -t arduino/led -m 0

Análise da troca de mensagens com Wireshark

A comunicação foi realizada através de uma rede local residencial e foram utilizados os seguintes endereços IP:

• Brocker Mosquito: 192.168.0.13/24
• Arduino: 192.168.0.30/24
• Clientes (mosquitto_pub e mosquitto_sub): 192.168.0.18/24

Análise das mensagens trocadas

• Na marca de tempo 5.6... um cliente se conectou ao brocker e subscreveu o tópico "status".
• Na marca de tempo 36.3... o Arduíno se conectou ao brocker e informou tópico/mensagem lastWill ("status = OFF_LINE"), publicou o tópico "status = ON_LINE" e subscreveu o tópico "led". O brocker também publicou o tópico "status" para o cliente.
• Na marca de tempo 42.6... outro cliente se conectou ao brocker e publicou o tópico "led = ON". O brocker também publicou o tópico "led = ON" ao Arduino (que acionou um led) e publicou ao cliente o tópico "status = ON_LINE: led ON"
• Em seguida o Arduíno foi desligado.
• Na marca de tempo 65.6..., como o brocker não recebeu do Arduíno um PINGREC, ele supos que o Arduino foi desconectado involuntariamente e publicou ao cliente o tópico "status = OFF_LINE".

Observação

As mensagens em preto, com indicação de TCP ACKED unseen segment, como indicado em , "se referem a pacotes que foram transferidos e reconhecidos, mas que não foram capturados pelo Wireshark. Usualmente isto acontece quando o dispositivo não é rápido o suficiente". O que pede ser o caso do Arduino.

Referências

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Evandro.cantu (discussão) 11h19min de 8 de outubro de 2020 (-03)