使用JavaScript和MQTT开发物联网应用

LukasPeralt 3年前
   <p>如果说Java和C#哪个是最好的开发语言,无疑会挑起程序员之间的相互怒怼,那如果说JavaScript是动态性最好的语言,相信大家都不会有太大的争议。随着越来越多的硬件平台和开发板开始支持JavaScript,JavaScript在硬件端以及物联网领域有了新的机会。</p>    <h3>IoT应用开发的数据链路</h3>    <p>图1是一个智能家居物联平台的数据链路。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/495a93d08ec47b21a60c908fb9cfb4ab.png"></p>    <p>图1 智能家居物联平台的数据链路</p>    <p>一般来说,可以把IoT应用分为如图所示的四层。</p>    <ul>     <li> <p>client层:指的是IoT设备,可以是冰箱、空调,也可以是一些温湿度传感器。</p> </li>     <li> <p>gateway层:大多数场景中gateway是家里的WiFi路由器,也有小部分是基于Zigbee或蓝牙的网关设备。智能生活场景中的gateway数量相对于工业领域要少很多,在工业领域存在大量的边缘计算放在gateway层进行处理(雾计算)。</p> </li>     <li> <p>cloud云层:这里是集中处理业务的地方。</p> </li>     <li> <p>应用层:这一层是直接与用户打交道的地方,可以是通过电脑的Web浏览器、手机App,也可以是有屏幕的智能设备的显示器。随着语音技术的发展,无屏设备也可以通过语音交互,作为一个应用存在于物联网的交互层。</p> </li>    </ul>    <p>物联设备(下文统称为client),可以是单个设备或多个设备组成的应用场景。比如冰箱把运行的功耗数据、库存数据、温度数据采集,通过gateway发送到cloud层,cloud层收集数据后进行异常判断,做智能模式推荐等业务处理后到application层进行展现和交互。用户可以通过冰箱的设备数据进行模式选择,还可以做一些与设备无关的增值服务,比如听音乐、买菜等,这就是一个智能冰箱的数据链路。还有些client是成组智能场景的,比如温湿度传感器将数据上传到cloud,经过处理和加工,动态控制家中空调的温度,调节空气净化器的运行模式等。这么描述好像没有体现出cloud层的作用,那如果运行模式是用户预先配置好的呢?如“当温度超过25度,请帮我打开空调”,这些业务都可以通过cloud层进行处理。</p>    <p>client层的连接方式有WiFi、Bluetooth、Zigbee,而MQTT是为了让物联网设备更加互联互通而出现的应用层数据协议。</p>    <h3>MQTT+JavaScript</h3>    <p>MQTT是一个长连接的通讯应用层协议,最大的特点是数据精简、消息可靠、Publish-Subscribe模式灵活易用。MQTT已经成为IoT传输的标准协议,应用非常广泛。</p>    <p>图2中Client指的是物联网设备。Client通过对Topic的订阅和发布数据管理应用中的数据流动,而Broker是MQTT应用中用于管理Topic的角色。Server是物联网应用中的服务端,用于处理业务逻辑。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/27605f90287cba44f6bf05e604085744.png"></p>    <p>图2 MQTT的数据链路图</p>    <p>MQTT被广泛使用的一个重要的原因是MQTT的生态非常完善,同时也支持JavaScript。因此图2所示的所有链路和模块,都可以通过JavaScript实现。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/2af88a4f5d8e96f1694a2e099729735c.png"></p>    <p>图3 JavaScript在MQTT架构中常用的架构</p>    <p>JavaScript在MQTT架构中常用的框架</p>    <p>mosca( <a href="/misc/goto?guid=4959750134660792514" rel="nofollow,noindex">https://github.com/mcollina/mosca</a> ) mosca是一个用JavaScript实现的MQTT Broker。不仅如此,mosca还增加了对数据库,如Redis、MongoDB的支持,用来实现消息数据的存储。</p>    <p>MQTT.js( <a href="/misc/goto?guid=4959750134761021491" rel="nofollow,noindex">https://github.com/mqttjs/MQTT.js</a> ) MQTT.js是官网推荐的JavaScript实现的Client端。</p>    <p>KOA和Express这两者都是非常主流的Node版本的Server,简单易用。</p>    <h3>实战物联网应用</h3>    <p>这节我们运用之前介绍的框架,自己动手完成一个简单的物联网应用。应用场景如图4所示,温度传感器用于接收温度,并把文档通过MQTT发送到Server端,在Server端进行业务处理,根据温度计算出穿衣提示,通过MQTT把数据发送到特定的Topic,App订阅Topic获取数据后进行展现。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/03fa9cd1c73ca96be5b480f84346a0e7.png"></p>    <p>图4 “穿衣提示”业务场景框架</p>    <p>Broker端的实现</p>    <p>Broker端使用mosca,参考网页 <a href="/misc/goto?guid=4959750134660792514" rel="nofollow,noindex">https://github.com/mcollina/mosca</a> 。</p>    <ul>     <li>安装mosca。</li>    </ul>    <pre>  <code class="language-javascript">nmp install mosca --save</code></pre>    <ul>     <li>启动mosca。这里需要注意,如果本地没有配置MongoDB,则需要把ascoltatore中的内容全部注释掉。</li>    </ul>    <pre>  <code class="language-javascript">var mosca = require('mosca');    var ascoltatore = {    //using ascoltatore    // type: 'mongo',    // url: 'mongodb://localhost:27017/mqtt',    // pubsubCollection: 'ascoltatori',    // mongo: {}  };    var settings = {    port: 1883,    backend: ascoltatore  };    var server = new mosca.Server(settings);    server.on('clientConnected', function(client) {      console.log('client connected', client.id);  });    // fired when a message is received  server.on('published', function(packet, client) {    console.log('Published', packet.payload); //{"clientId":"mqttjs_02fea7b4","topic":"/tips"}    // console.log('>>>packet', packet); //{"clientId":"mqttjs_02fea7b4","topic":"/tips"}  });    server.on('ready', setup);    // fired when the mqtt server is ready  function setup() {    console.log('Mosca server is up and running');  }</code></pre>    <p>代码完成后,启动文件,本地的一个Broker就跑在localhost的1883端口上了。</p>    <p>Client端的温度传感器实现</p>    <p>Client使用MQTT.js实现,参考网页 <a href="/misc/goto?guid=4959750134761021491" rel="nofollow,noindex">https://github.com/mqttjs/MQTT.js</a></p>    <ul>     <li>安装</li>    </ul>    <pre>  <code class="language-javascript">npm install mqtt --save</code></pre>    <ul>     <li>启动</li>    </ul>    <pre>  <code class="language-javascript">var mqtt = require('mqtt');  var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');    client.on('connect', function () {     console.log('>>> connected')     // client.subscribe('/tips')     setInterval(          ()=>{client.publish('/temperature', '30');},          3000      );    })    client.on('message', function (topic, message) {    // message is Buffer    console.log(message.toString())  })    // client.end();</code></pre>    <p>执行Node index后Client就启动了,可以看到在MQTT.connect方法中连接了上一节中启动的Broker地址,连接成功后,Client会输出日志,“>>> connected”,Broker的控制台也会输出Client的连接信息。</p>    <p>这里模拟了温度传感器,定时3秒向/temperature的Topic中发送温度数据。</p>    <p>本节的温度器可以在电脑中使用Node方式运行,也可以运行在支持JavaScript的开发板中,如RUFF、NodeMCU、Raspberry Pi,并且可以使用真实的传感器。</p>    <p>Server的实现</p>    <p>Server使用MQTT.js订阅Client发送到/temperature Topic的数据进行处理,把处理后的数据转译成JSON发送到另一业务主题/tips中。</p>    <p>实现代码如下:</p>    <pre>  <code class="language-javascript">'use strict'    const mqtt = require('mqtt');  var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');    client.on('connect', function () {     console.log('>>> connected');     client.subscribe('/temperature');  })    client.on('message', function (topic, message) {    var temperature = parseInt(message.toString());    var data = {temperature};      if (temperature >= 60) {          data.tips = "热... 500服务器故障";    }    else if (temperature >= 50) {          data.tips = "今天天气非常热,建议不要穿衣服了";    }    else if (temperature >= 40) {          data.tips = "今天天气十分的热,建议穿短袖T恤+短裤";    }    else if (temperature >= 30) {          data.tips = "今天天气有点的热,建议穿短袖T恤";    }    else if (temperature >= 0) {          data.tips = "今天天气正好,可以穿上一件薄衣服";    }    else if (temperature >= -10) {          data.tips = "今天天气十分寒冷,棉袄可以穿上一件";        }    else {          data.tips = "今天天气十分十分寒冷,棉袄可以穿上二件";      }    client.publish('/tips', JSON.stringify(data));    // if (temperature+1) {}    // message is Buffer    console.log(JSON.stringify(data));  })</code></pre>    <p>App的实现</p>    <p>Demo的App使用KOA启动一个Web,在Web中展现当前温度对应的穿衣提示,通过订阅tips获取数据。</p>    <ul>     <li>安装koa</li>    </ul>    <pre>  <code class="language-javascript">$ npm install koa</code></pre>    <ul>     <li>实现代码</li>    </ul>    <pre>  <code class="language-javascript">'use strict'    const Koa = require('koa');  const mqtt = require('mqtt');  const app = new Koa();      var msg = {temperature:"-",tips:""};  // response  app.use(ctx => {    ctx.body = "当前温度:" + msg.temperature + "度" + "\n" + '穿衣提示:'+msg.tips + "\n"  ;  });    app.listen(3000);    //mqtt  var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');    client.on('connect', function () {     console.log('>>> connected');     client.subscribe('/tips');  })    client.on('message', function (topic, message) {    var data = JSON.parse(message.toString());    console.log(message.toString());     console.log(data.tips);     msg = data;      // if (temperature+1) {}    // message is Buffer    // let str = message.toString();    // let data = JSON.parse(message);    // console.log(data.tips);    // msg =  message.toString();  })</code></pre>    <p>Demo小节</p>    <p>本章给出了一个简单的物联网业务的业务场景和实现逻辑,其中Client也可以运行在电脑上进行Demo查看,或是跑在真实物联设备或开发版上。如图5,笔者使用RUFF开发板实现了一次。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/8c555ded869641496a7a187f18ab05e6.png"></p>    <p>图5 Demo硬件演示</p>    <p>完整Demo代码已经分享在github中,大家可以输入URL下载。</p>    <p><a href="/misc/goto?guid=4959750134871714655" rel="nofollow,noindex">https://github.com/coolnameismy/javascript-mqtt-demo-wearingTip</a></p>    <h3>总结</h3>    <p>本文和大家交流了物联网应用的一般数据链路、MQTT协议的架构,并基于MQTT实现了一个简单的物联网应用。</p>    <p>现在正是前端工程师的大好机会,越来越多的嵌入式设备都开始支持JavaScript,原因是现在有很多JavaScript引擎可以把JavaScript转换成各种平台的底层代码,比较有名的有Jerryscript、Duktape等。随着越来越多的JavaScript工程师进入嵌入式开发的领域,嵌入式应用开发也会出现前后端分离的情况(应用开发或是驱动开发),类似于Web开发的前后端分离。前端关注在应用、创意、数据链路、用户体现上,而后端则关心GPIO、I2C的底层数据接口和驱动,平台兼容性等方向。</p>    <p><img src="https://simg.open-open.com/show/b3f643cae31328696126940344c74835.jpg"></p>    <p> </p>    <p>来自:http://blog.csdn.net/tangxiaoyin/article/details/73743166</p>    <p> </p>