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物联网浅尝：使用MQTT接入onenet平台，结合APP使用esp8266控制ws2812

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我是靠谱客的博主 调皮时光，最近开发中收集的这篇文章主要介绍物联网浅尝：使用MQTT接入onenet平台，结合APP使用esp8266控制ws2812，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

手头有一块ws2812的灯板，想着能不能玩点什么。于是做了个APP去控制ws2812。写一篇博文记录下，废话不多说，看我怎么做。
（注：本文是小白简易教程）
首先来看下实际效果B站链接，点击这里。
这是整体的框图，控制是单向的，并不需要接收反馈。
简单的整体框架图

一、简单概念介绍

MQTT协议：

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的"轻量级"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。
在这里插入图片描述

简单来说，MQTT是一种轻量级小开销的网络协议，适合嵌入式等小型设备的云端通信，很适合物联网，在智能家居中有很多的应用。因为信息量小，所以也很快，但前提是得有网络接入点。
信息的传输是通过主题（topic）管理的。发布者有需要分发的数据时，其向连接的消息代理发送携带有数据的控制消息。代理会向订阅此主题的客户端分发此数据。发布者不需要知道订阅者的数据和具体位置；同样，订阅者不需要配置发布者的相关信息。
再多的就不多加深入了，有兴趣可以进一步自己去了解。

WS2812：

这是一个RGB灯，大概长这样（灯条状的也有，五花八门）。8*8矩阵WS2812
WS2812B是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。
WS2812/2811只需一根信号线就能控制灯带上所有led。多个灯带间可以通过串联轻松延长。在30hz的刷新频率下一个信号线能够控制至多500个led。
简而言之啊，它就是一个可以任意调整RGB值的彩色灯，很酷，很炫。在这里插入图片描述
只要给他接上电源（VSS），接地（GND），再给一个输出（DIN），就可以控制复数个ws2812了，单个ws2812的引脚图如上，每个ws2812之间的DOUT和DIN是相互连接的，你输入的数据就像火车，从每个ws2812的DIN流进，再从DOUT流出，流向下一个ws2812的DIN一直到底。对整个灯板（条）来说，你只要接好以下三根线就可以了。
在这里插入图片描述
值得注意的是怎么去控制（怎么发送命令）。每个器件都有它自己的规则，ws2812也不例外。来看看它的01码（如下图）。我们发现，只要控制高电平和低电平的时间占比为2:1，就是1码，当这个比为1:2的时候则为0码，但是我们发现这个时间的误差为纳秒级的，这对你的控制装备的时钟就有要求。
有了01码后就好说了，我们知道设定RGB有三个值，分别是R值、G值和B值，三个值的范围是（0-255），换成二进制也就是八位，也就是说我们只要往（DIN）写入8*3=24位01码，我们就可以控制一个灯的颜色了。多个ws2812以此类推，它是串联过去的。
你或许觉得这样会很麻烦，但是不用担心，我们有现成的控制库可以使用，所以前面的内容懂个大概就好了。
在这里插入图片描述
ESP8266：

这个东西我相信有不少人都很熟悉的，简单来说就是一块可以接入互联网的小板子，它有WIFI模块，内部集成MCU可以实现单片机之间的通信。这里我们用它控制WS2812同时使它联网。在这里插入图片描述
Android 开发：

这里我们得准备一台手机，零基础也没有关系，因为我也差不多哈哈。但这并不妨碍我们在实际动手的过程中学习。

ONENET平台：

中国移动的一个物联网平台，我们就是在它提供的服务上，来实现APP与esp8266的通信的。

二、每个部分的开发操作流程

我们自下而上好了。

esp8266：

这边我用的是arduino的IDE，旁边写有注释的，自己留意。看不懂的地方可以再留言。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

#include <Adafruit_NeoPixel.h>//灯厂的库
#ifdef __AVR__
  #include <avr/power.h>
#endif

#define PIN            4//定义esp输出管脚，GPIO4，也就是板子上标的2
 
#define NUMPIXELS      64//用的是8*8的ws2812，自然是64个

Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);//像素初始化，是库的标准使用方法，可以自己与GitHub上看

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
const char* wifissid = "your wifi"; //改成自己家wifi
const char* password = "your wifi password"; //改成自己家wifi
const char* mqtt_server = "183.230.40.39";//onenet的订阅IP地址
const char* mqtt_id = "device ID";   //设备ID，写自己的
const char* product_id="product ID";//产品ID，写自己的
const char* key="API_key";
const char* Mqtt_sub_topic = "topic_pub";   //订阅的TOPIC,用自己的topic名字
const char* Mqtt_pub_topic = "topic_sub";  //  上报消息给手机APP的TOPIC
long last_time=0;

uint8_t RDE,GRE,BLE,LIG;//RGB数值

//获取x的y次方; x^y
unsigned int power(int x, int y)
{
    unsigned int result = 1;
    while (y--)
        result *= x;
    return result;
}
//将字符串的内容转换为 16进制，这里用到了上面的power函数，是为了能够吧消息中的字符串信息转化为esp可以控制ws2812的数值
unsigned int hex_conver_dec(String src)
{   
    char str_array[src.length()+1];
    src.toCharArray(str_array, src.length()+1);
    char *tmp = str_array;
    int len = 0;
    unsigned int hexad = 0;
    char sub = 0;

    while (1)
    {
        if (*tmp == '0')            //去除字符串 首位0
        {
            tmp++;
            continue;
        }           
        else if (*tmp == 'X')
        {
            tmp++;
            continue;
        }
        else if (*tmp == 'x')
        {
            tmp++;
            continue;
        }
        else
            break;

    }

    len = strlen(tmp);
    for (len; len > 0; len--)
    {        
        sub = toupper(*tmp++) - '0';
        if (sub > 9)
            sub -= 7;
        hexad += sub * power(16, len - 1);      
    }

    return hexad;
}


void setup() {

#if defined (__AVR_ATtiny85__)
  if (F_CPU == 16000000) clock_prescale_set(clock_div_1);
#endif

  pixels.begin();
  Serial.begin(115200);
  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, 6002);
  client.setCallback(callback);
  
}
//设置WIFI信息
void setup_wifi() {
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(wifissid);
  WiFi.begin(wifissid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}
//回调函数
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  String msg="";
  String LED_set = "";
  float k;
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    msg+= (char)payload[i];
  }
  Serial.println(msg);
  RDE=hex_conver_dec(msg.substring(0,2));
  GRE=hex_conver_dec(msg.substring(2,4));
  BLE=hex_conver_dec(msg.substring(4,6));
  LIG=hex_conver_dec(msg.substring(6,8));
  k=(float)LIG/100;
  show(RDE,GRE,BLE,k);
  Serial.println(RDE);
  Serial.println(GRE);
  Serial.println(BLE);
    Serial.println(k);
}
//检测连接
void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    if (client.connect(mqtt_id,product_id,key)) {
      Serial.println("connected");
      //连接成功以后就开始订阅
      client.subscribe(Mqtt_sub_topic,1);
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      delay(5000);
    }
  }
}

//灯光部分，根据RGB值显示灯光矩阵控制色温，这里的代码写的有点烂，因为我是在原来的基础上改动的，当时写的和最近写的有不少出入，方便就这么改了，放心功能是正常的
void show(uint8_t r,uint8_t g,uint8_t b,float k)
{
    uint32_t rgb,RGB1;
    uint8_t RDE1,GRE1,BLE1;
    RGB1= ((uint32_t) r << 16) | ((uint32_t) g << 8) | b;
    rgb=changeL(RGB1,k);
    RDE1= (uint8_t) (rgb >> 16);
    GRE1= (uint8_t) (rgb >> 8);
    BLE1= (uint8_t) (rgb);
    pixels.fill(pixels.Color(RDE1,GRE1,BLE1),0,NUMPIXELS);//设置RGB的值
    pixels.show();//展示
}
//根据色彩亮度改变色温，依照公式，改变亮度不是简单的降低每个RGB的值，那样会改变颜色的，这个可以去网上查阅资料。亮度范围是0-1。
uint32_t changeL(uint32_t rgb, float k) {
  uint8_t r, g, b;
  float h, s, v;
  uint8_t cmax, cmin, cdes;
 
  r = (uint8_t) (rgb >> 16);
  g = (uint8_t) (rgb >> 8);
  b = (uint8_t) (rgb);
 
 
  cmax = r > g ? r : g;
  if (b > cmax)
    cmax = b;
  cmin = r < g ? r : g;
  if (b < cmin)
    cmin = b;
  cdes = cmax - cmin;
 
  v = cmax / 255.0f;
  s = cmax == 0 ? 0 : cdes / (float) cmax;
  h = 0;
 
  if (cmax == r && g >= b)
    h = ((g - b) * 60.0f / cdes) + 0;
  else if (cmax == r && g < b)
    h = ((g - b) * 60.0f / cdes) + 360;
  else if (cmax == g)
    h = ((b - r) * 60.0f / cdes) + 120;
  else
    h = ((r - g) * 60.0f / cdes) + 240;
 
 
  v *= k;
 
  float f, p, q, t;
  float rf, gf, bf;
  int i = ((int) (h / 60) % 6);
  f = (h / 60) - i;
  p = v * (1 - s);
  q = v * (1 - f * s);
  t = v * (1 - (1 - f) * s);
  switch (i) {
  case 0:
    rf = v;
    gf = t;
    bf = p;
    break;
  case 1:
    rf = q;
    gf = v;
    bf = p;
    break;
  case 2:
    rf = p;
    gf = v;
    bf = t;
    break;
  case 3:
    rf = p;
    gf = q;
    bf = v;
    break;
  case 4:
    rf = t;
    gf = p;
    bf = v;
    break;
  case 5:
    rf = v;
    gf = p;
    bf = q;
    break;
  default:
    break;
  }
 
  r = (uint8_t) (rf * 255.0);
  g = (uint8_t) (gf * 255.0);
  b = (uint8_t) (bf * 255.0);
 
  uint32_t returnColor = ((uint32_t) r << 16) | ((uint32_t) g << 8) | b;
  return returnColor;
}
//执行连接
void loop() {

  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();


}

ONENET：

onenet的本质就是一台服务器，我选择它的原因是它是免费的而且比较可靠，当然你也可以选择阿里云或者其他的什么云或者物联网接入平台，反正我们的根本目的就是找到一台可以为我们提供MQTT协议的服务器。
既然要在这个平台上操作，我们首先得有自己的账号，然后进入控制台，我习惯用旧版，点击切换至旧版，
在这里插入图片描述

如下选择多协议接入
在这里插入图片描述
然后添加产品，记得协议选择MQTT
在这里插入图片描述
信息自己填，放心大胆，创建成功后，点击产品，从左侧的设备列表中添加设备，信息自己填，放心大胆
在这里插入图片描述
注意以下几个信息:产品ID，设备ID，APIkey。服务器的地址和端口号我们是知道的，但是想想onenet上这么多用户这么多产品设备我们怎么知道信息从哪里发往哪里呢。我们可以这么理解，onenet是一个小区，产品ID就是楼栋的几幢几幢（楼号），而设备ID就是某栋楼的某扇门，但是开门还需要钥匙，这就是我们的APIkey了。通过层层问路，就到达了我们的目的地。所以这几个信息我们是要留意的，我们要把相应的信息填入到我们发送端APP中去和esp8266中，这样才能建立通信不是么。
在这里插入图片描述
这样我们云端的部分就完成了，就差我们的APP啦。
注：onenet有自己的调试工具，相关信息可以去查找其他网络资料。

Android APP开发：

如果我自己来说，绝对是长篇了，因为这本来就是一个大块知识。这里我推荐一个up主：阿正啷个哩个啷。他讲的简短易用，学了之后就能开发简单的APP了。
这里我直接把我的工程放上来，当然直接拿过去用可能会存在版本问题，所以可以打开来自己参考。用的是Android Studio，怎么搭配环境都是基本的了，老生常谈自己领会吧。当然我会把apk也直接放上来，可以直接体会下我这个小项目。
度盘链接：
https://pan.baidu.com/s/18fANWXFaUWuhEhBZSW_LYg
提取码：
chgi

三、总结

物联网也总是这么一个把东西接入网络，然后互相通信。都说了是Internet of thing了嘛。这个工程虽然看上去很简单，但也融合了不少的知识，比如嵌入式开发，安卓开发，一些基本的网络知识等等。坐而言不如起而行，有时候实际动手才是学知识的最快来源。感谢你阅读到最后，大家一起勉励！

最后

以上就是调皮时光为你收集整理的物联网浅尝：使用MQTT接入onenet平台，结合APP使用esp8266控制ws2812的全部内容，希望文章能够帮你解决物联网浅尝：使用MQTT接入onenet平台，结合APP使用esp8266控制ws2812所遇到的程序开发问题。

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本图文内容来源于网友提供，作为学习参考使用，或来自网络收集整理，版权属于原作者所有。
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