一、前言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展如火如荼，已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面。從智能家居到工業(yè)自動化，從智慧城市到智慧農(nóng)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)正在以前所未有的速度改變著我們的生活。 大家現(xiàn)在可能已經(jīng)習(xí)慣了通過手機(jī)控制家里的燈光、空調(diào)和電視，這就是物聯(lián)網(wǎng)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用，如果在10年前看到這種設(shè)備的應(yīng)用肯定覺得很牛批，而現(xiàn)在只要是個設(shè)備都能上云，這種家電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制已經(jīng)成了大家習(xí)以為常的配置了。而在工業(yè)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、設(shè)備監(jiān)控和預(yù)防性維護(hù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在智慧城市建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以用于交通管理、環(huán)境監(jiān)測和公共安全等方面，提升城市管理和居民生活的質(zhì)量。

從物聯(lián)網(wǎng)開始興起的時候，各大廠家都紛紛推出了自家的IOT物聯(lián)網(wǎng)平臺。 比如： 機(jī)智云、中國移動的onenet、阿里云的IOT、百度的天工物接入、華為云的IOT、騰訊云IOT等等。 這些大廠家的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器都支持標(biāo)準(zhǔn)的MQTT協(xié)議接入，大家不用自己搭建MQTT服務(wù)器可以直接使用這些現(xiàn)成的服務(wù)器接入設(shè)備開發(fā)是非常的方便的。

我在這幾年也寫了很多物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的案例，不管是、中國移動的onenet、阿里云的IOT、百度的天工物接入、華為云的IOT、騰訊云IOT 這些服務(wù)器都寫了很多教程，演示設(shè)備接入平臺，完成設(shè)備上云，手機(jī)APP對接，電腦程序?qū)?，微信小程序接入，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測控制等等。這些案例都放在了智能家居與物聯(lián)網(wǎng)項目實戰(zhàn)專欄里。 這些案例里設(shè)備實現(xiàn)上云的方式主要是兩種方式：HTTP協(xié)議、MQTT協(xié)議方式上云。 MQTT協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，也就是可以上傳數(shù)據(jù)到服務(wù)器，也可以接收服務(wù)器下發(fā)的控制命令完成遠(yuǎn)程控制。 我寫的這些案例里硬件端聯(lián)網(wǎng)的模塊主要是用到了4G模塊、ESP8266-WIFI模塊、GSM模塊、NBIOT模塊等等，通過它們聯(lián)網(wǎng)，讓單片機(jī)設(shè)備實現(xiàn)上云。

這些設(shè)備中有些是支持MQTT協(xié)議的（也就是本身的固件就支持MQTT協(xié)議），有些不支持的（可能有固件支持，需要自己燒寫）。 如果說固件不支持MQTT協(xié)議，但只要設(shè)備支持TCP協(xié)議，那么我們也可以自己封裝MQTT協(xié)議完成與MQTT服務(wù)器之間的通信。 比如：ESP8266-WIFI模塊，正常的官方默認(rèn)固件中，ESP8266-WIFI是不支持MQTT協(xié)議的，如果我們不燒寫固件的情況下，如何自己實現(xiàn)MQTT協(xié)議上云？ 這篇文章就介紹，通過TCP協(xié)議自己封裝MQTT協(xié)議報文，完成數(shù)據(jù)上云。 直接從0開始手?jǐn)]MQTT協(xié)議報文，組合報文，完成與服務(wù)器之間的通信。

MQTT協(xié)議也是分為兩種，分MQTT和MQTTS，就像HTTP協(xié)議一樣也分HTTP和HTTPS，那么區(qū)別呢？ 帶S就是要支持SSL協(xié)議，支持認(rèn)證，更加安全，那么復(fù)雜度自然就上來了。 MQTT協(xié)議的端口是1883，MQTTS的端口是8883。 當(dāng)前這篇文章介紹非加密的MQTT協(xié)議，也就是1883端口。MQTTS協(xié)議也手?jǐn)]不了，這玩意涉及到SSL協(xié)議，那就很復(fù)雜了，如果要用，直接使用現(xiàn)成的開源庫就行，但本篇文章不討論這個，后面文章再單獨介紹如何實現(xiàn)MQTTS協(xié)議。

本篇文章的環(huán)境是在windows下，利用VS2022開發(fā)程序，使用windows下網(wǎng)絡(luò)編程接口作為基礎(chǔ)，封裝MQTT協(xié)議連接華為云MQTT服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)上云。

所以，大家只要有一臺windows電腦，電腦上安裝了VS開發(fā)環(huán)境，任何版本都可以（VS2010、VS2013、VS2015、VS2017、VS2019、VS2022等等都可以的） 跟著這篇文章進(jìn)行學(xué)習(xí)，不需要其他任何硬件設(shè)備，我們現(xiàn)在是單純的去學(xué)習(xí)MQTT協(xié)議。

前提呢，大家還是要懂得一點網(wǎng)絡(luò)編程的知識，了解TCP協(xié)議，大致知道TCP協(xié)議通信的簡單過程，如果網(wǎng)絡(luò)編程知識是完全0基礎(chǔ)，建議先看另一篇文章學(xué)習(xí)下網(wǎng)絡(luò)編程（我博客有專門講解網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)知識的文章）。 這篇文章也會簡單介紹下TCP協(xié)議和基本網(wǎng)絡(luò)編程知識

那么接下來，我們就開始動手學(xué)習(xí)吧。

二、搭建開發(fā)環(huán)境

如果大家電腦已經(jīng)有開發(fā)環(huán)境，這章節(jié)直接忽略。 這里貼出來為了給 完全0基礎(chǔ) 的小伙伴學(xué)習(xí)

我這里介紹下我用的環(huán)境安裝過程。 所有版本的VS都可以的。

我當(dāng)前環(huán)境是在Windows下，IDE用的是地表最強(qiáng)IDE VS2022。

下載地址：https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/downloads/

因為我這里只需要用到C++和C語言編程，那么安裝的時候可以自己選擇需要安裝的包。

安裝好之后，創(chuàng)建項目。

三、網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)概念科普

如果是老手了，這章節(jié)可以直接忽略。 如果對網(wǎng)絡(luò)編程是 0基礎(chǔ) 的小伙伴，那么就認(rèn)真看一下，了解下基本知識。

3.1 什么是網(wǎng)絡(luò)編程

網(wǎng)絡(luò)編程是通過使用IP地址和端口號等網(wǎng)絡(luò)信息，使兩臺以上的計算機(jī)能夠相互通信，按照規(guī)定的協(xié)議交換數(shù)據(jù)的編程方式。

在網(wǎng)絡(luò)編程中，程序員使用各種協(xié)議和技術(shù)，使得不同的設(shè)備可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息共享。

要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程，程序員需要了解并掌握各種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，比如TCP/IP協(xié)議族，包括TCP、UDP、IP等，這些協(xié)議是實現(xiàn)設(shè)備間通信的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)編程內(nèi)部涉及到數(shù)據(jù)的打包、組裝、發(fā)送、接收、解析等一系列過程，以實現(xiàn)信息的正確傳輸。

在TCP/IP協(xié)議族中，TCP和UDP是位于IP協(xié)議之上的傳輸層協(xié)議。 在OSI模型中，傳輸層是第四層，負(fù)責(zé)總體數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)控制，為會話層等高三層提供可靠的傳輸服務(wù)，為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的目的地點信息。在TCP/IP協(xié)議族中，TCP和UDP正是位于這一層的協(xié)議。

這篇文章主要介紹 TCP 和 UDP 協(xié)議 以及 使用方法。

3.2 TCP 和 UDP協(xié)議介紹

TCP協(xié)議：

TCP（傳輸控制協(xié)議）是一種面向連接的、可靠的傳輸層協(xié)議。在傳輸數(shù)據(jù)之前需要先建立連接，確保數(shù)據(jù)的順序和完整性。TCP通過三次握手建立連接，并通過確認(rèn)、超時和重傳機(jī)制確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。TCP采用流量控制和擁塞控制機(jī)制，以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保數(shù)據(jù)的順利傳輸。因為TCP的這些特性，通常被應(yīng)用于需要高可靠性和順序性的應(yīng)用，如網(wǎng)頁瀏覽、電子郵件等。

UDP協(xié)議：

UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是一種無連接的、不可靠的傳輸層協(xié)議。與TCP不同，UDP在傳輸數(shù)據(jù)之前不需要建立連接，直接將數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)報并發(fā)送出去。因此，UDP沒有TCP的那些確認(rèn)、超時和重傳機(jī)制，也就不保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。UDP也沒有TCP的流量控制和擁塞控制機(jī)制。因為UDP的簡單性和高效性，通常被應(yīng)用于實時性要求較高，但對數(shù)據(jù)可靠性要求不高的應(yīng)用，如語音通話、視頻直播等。

3.3 TCP通信的實現(xiàn)過程

要實現(xiàn)TCP通信，兩端必須要知道對方的IP和端口號：

（1）IP地址：TCP協(xié)議是基于IP協(xié)議進(jìn)行通信的，因此需要知道對方的IP地址，才能建立連接。

（2）端口號：每個TCP連接都有一個唯一的端口號，用于標(biāo)識進(jìn)程和應(yīng)用程序。建立連接時，需要指定本地端口號和遠(yuǎn)端端口號。

（3）應(yīng)用層協(xié)議：TCP協(xié)議只提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，應(yīng)用程序需要定義自己的應(yīng)用層協(xié)議，用于解析報文和處理數(shù)據(jù)。例如，HTTP協(xié)議就是基于TCP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議。

在正常的TCP通信過程中，第一步需要建立連接，這個過程稱為“三次握手”。建立連接時，客戶端向服務(wù)器發(fā)送一個SYN包，表示請求建立連接；服務(wù)器接收到SYN包后，向客戶端發(fā)送一個ACK包，表示確認(rèn)收到了SYN包；最后客戶端再向服務(wù)器發(fā)送一個ACK包，表示確認(rèn)收到了服務(wù)器的ACK包，此時連接建立成功。建立連接后，數(shù)據(jù)傳輸就可以開始了。

四、Windows下的網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)API介紹

因為當(dāng)前文章是在Windows下介紹MQTT協(xié)議，要用到網(wǎng)絡(luò)編程的知識，需要使用Windows系統(tǒng)提供的API完成網(wǎng)絡(luò)編程。Windows本身就有一套原生的網(wǎng)絡(luò)編程接口可以直接使用。 在Linux系統(tǒng)下也是一樣，都有自己一套原生的網(wǎng)絡(luò)編程接口。

如果沒有接觸這些API的小伙伴不用慌~~~。 你至少用過C語言里的printf、scanf、strlen之類的函數(shù)吧？ 下面介紹的這些網(wǎng)絡(luò)編程API函數(shù)其實和它們沒什么區(qū)別，都是普通的函數(shù)，功能不一樣而已。 對你來說，只是多學(xué)了幾個庫函數(shù)，只要了解每個函數(shù)的功能就可以調(diào)用了。

那么接下來就學(xué)習(xí)一下常用的網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)的函數(shù)。

微軟的官方文檔地址：https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/_winsock/

4.1 常用的函數(shù)介紹

在Windows下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，可以使用Winsock API（Windows Sockets API）來實現(xiàn)。Winsock API是Windows平臺上的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)編程接口，提供了一系列函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于創(chuàng)建、連接、發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等操作。

下面是常用的Winsock API接口函數(shù)：

(1)WSAStartup：初始化Winsock庫，必須在使用其他Winsock函數(shù)之前調(diào)用。

(2)socket：創(chuàng)建一個套接字，用于網(wǎng)絡(luò)通信。

(3)bind：將套接字與本地地址（IP地址和端口號）綁定。

(4)listen：開始監(jiān)聽連接請求，將套接字設(shè)置為被動模式。

(5)accept：接受客戶端的連接請求，創(chuàng)建一個新的套接字用于與客戶端通信。

(6)connect：與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立連接。

(7)send：發(fā)送數(shù)據(jù)到已連接的套接字。

(8)recv：從已連接的套接字接收數(shù)據(jù)。

(9)sendto：發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的目標(biāo)地址。

(10)recvfrom：從指定的地址接收數(shù)據(jù)。

(11)closesocket：關(guān)閉套接字。

(12)getaddrinfo：根據(jù)主機(jī)名和服務(wù)名獲取地址信息。

(13)gethostbyname：根據(jù)主機(jī)名獲取主機(jī)的IP地址。

(14)gethostname：獲取本地主機(jī)名。

4.2 函數(shù)參數(shù)介紹

下面是常用的幾個Winsock API函數(shù)及其函數(shù)原型和參數(shù)含義的介紹：

（1）WSAStartup：

int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

• wVersionRequested：請求的Winsock版本號。
• lpWSAData：指向WSADATA結(jié)構(gòu)的指針，用于接收初始化結(jié)果和相關(guān)信息。

（2）socket：

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

• af：地址族（Address Family），如AF_INET表示IPv4。
• type：套接字類型，如SOCK_STREAM表示面向連接的TCP套接字。
• protocol：指定協(xié)議。通常為0，表示根據(jù)type自動選擇合適的協(xié)議。

（3）bind：

int bind(SOCKET s, const struct sockaddr* name, int namelen);

• s：要綁定的套接字。
• name：指向sockaddr結(jié)構(gòu)的指針，包含要綁定的本地地址信息。
• namelen：name結(jié)構(gòu)的長度。

（4）listen：

int listen(SOCKET s, int backlog);

• s：要監(jiān)聽的套接字。
• backlog：等待連接隊列的最大長度。

（5）accept：

SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr* addr, int* addrlen);

• s：監(jiān)聽套接字。
• addr：用于存儲客戶端地址信息的sockaddr結(jié)構(gòu)。
• addrlen：addr結(jié)構(gòu)的長度。

（6）connect：

int connect(SOCKET s, const struct sockaddr* name, int namelen);

• s：要連接的套接字。
• name：指向目標(biāo)地址信息的sockaddr結(jié)構(gòu)指針。
• namelen：name結(jié)構(gòu)的長度。

（7）send：

int send(SOCKET s, const char* buf, int len, int flags);

• s：要發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字。
• buf：要發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
• len：要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度。
• flags：額外選項，如MSG_DONTROUTE等。

（8）recv：

int recv(SOCKET s, char* buf, int len, int flags);

• s：要接收數(shù)據(jù)的套接字。
• buf：用于存儲接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
• len：要接收的數(shù)據(jù)長度。
• flags：額外選項。

（9）sendto：

int sendto(SOCKET s, const char* buf, int len, int flags, const struct sockaddr* to, int tolen);

• s：要發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字。
• buf：要發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
• len：要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度。
• flags：額外選項。
• to：指向目標(biāo)地址信息的sockaddr結(jié)構(gòu)指針。
• tolen：to結(jié)構(gòu)的長度。

（10）recvfrom：

int recvfrom(SOCKET s, char* buf, int len, int flags, struct sockaddr* from, int* fromlen);

• s：要接收數(shù)據(jù)的套接字。
• buf：用于存儲接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
• len：要接收的數(shù)據(jù)長度。
• flags：額外選項。
• from：用于存儲發(fā)送方地址信息的sockaddr結(jié)構(gòu)指針。
• fromlen：from結(jié)構(gòu)的長度。

（11）closesocket：

int closesocket(SOCKET s);

• s：要關(guān)閉的套接字。

（12）getaddrinfo：

int getaddrinfo(const char* nodename, const char* servname, const struct addrinfo* hints, struct addrinfo** res);

• nodename：目標(biāo)主機(jī)名或IP地址。
• servname：服務(wù)名或端口號。
• hints：指向addrinfo結(jié)構(gòu)的指針，提供關(guān)于地址查找的提示。
• res：指向addrinfo結(jié)構(gòu)鏈表的指針，用于接收查找結(jié)果。

（13）gethostbyname：

struct hostent* gethostbyname(const char* name);

• name：要查詢的主機(jī)名。

（14）gethostname：

int gethostname(char* name, int namelen);

• name：用于接收主機(jī)名的緩沖區(qū)。
• namelen：name緩沖區(qū)的長度。

4.3 編寫代碼體驗網(wǎng)絡(luò)編程

上面了解了這些函數(shù)，可能不知道如何使用。 這里就寫一個例子，以TCP客戶端的身份去連接TCP服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)傳輸。

**下面代碼實現(xiàn)一個TCP客戶端，連接到指定的服務(wù)器并完成通信。 ** 可以直接將代碼貼到你的工程里，運行，體驗效果。

#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") //告訴編譯器鏈接Winsock庫

int main()
{
    WSADATA wsaData; //創(chuàng)建一個結(jié)構(gòu)體變量，用于存儲關(guān)于Winsock庫的信息
    int result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData); //初始化Winsock庫，指定版本號2.2，檢查返回值
    if (result != 0)
    {
        std::cout << "WSAStartup failed: " << result << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
        return 1;
    }

    SOCKET connectSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //創(chuàng)建一個TCP套接字，檢查返回值
    if (connectSocket == INVALID_SOCKET)
    {
        std::cout << "socket failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
        WSACleanup(); //清除Winsock庫
        return 1;
    }

    sockaddr_in service; //創(chuàng)建一個結(jié)構(gòu)體變量，用于存儲服務(wù)器地址信息
    service.sin_family = AF_INET; //指定地址族為IPv4
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &service.sin_addr); //將字符串類型的IP地址轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的IP地址，并存儲在結(jié)構(gòu)體中
    service.sin_port = htons(12345); //將端口號從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，并存儲在結(jié)構(gòu)體中

    result = connect(connectSocket, (SOCKADDR*)&service, sizeof(service)); //連接到服務(wù)器，檢查返回值
    if (result == SOCKET_ERROR)
    {
        std::cout << "connect failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
        closesocket(connectSocket); //關(guān)閉套接字
        WSACleanup(); //清除Winsock庫
        return 1;
    }

    std::cout << "Connected to server." << std::endl; //連接成功，輸出消息

    char sendBuffer[1024] = "Hello, server!"; //創(chuàng)建發(fā)送緩沖區(qū)，存儲待發(fā)送的數(shù)據(jù)
    result = send(connectSocket, sendBuffer, sizeof(sendBuffer), 0); //向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，檢查返回值
    if (result == SOCKET_ERROR)
    {
        std::cout << "send failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
        closesocket(connectSocket); //關(guān)閉套接字
        WSACleanup(); //清除Winsock庫
        return 1;
    }

    char recvBuffer[1024]; //創(chuàng)建接收緩沖區(qū)，用于存儲從服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)
    result = recv(connectSocket, recvBuffer, sizeof(recvBuffer), 0); //從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，檢查返回值
    if (result == SOCKET_ERROR)
    {
        std::cout << "recv failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
        closesocket(connectSocket); //關(guān)閉套接字
        WSACleanup(); //清除Winsock庫
        return 1;
    }

    std::cout << "Received message from server: " << recvBuffer << std::endl; //輸出從服務(wù)器收到的數(shù)據(jù)

    closesocket(connectSocket); //關(guān)閉套接字
    WSACleanup(); //清除Winsock庫

    return 0;
}

運行效果：

五、訪問華為云IOT服務(wù)器創(chuàng)建一個產(chǎn)品和設(shè)備

5.2 開通物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

地址： https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html

現(xiàn)在可以免費創(chuàng)建的，按需付費。 只要是不超過規(guī)格，就可以免費使用，對于個人項目Demo來說，完全夠用的

點擊立即創(chuàng)建之后，會開始創(chuàng)建實例，需要等待片刻，再刷新瀏覽器就可以看到創(chuàng)建成功了。

創(chuàng)建完成，點擊實例，即可進(jìn)入實例詳情頁面。

進(jìn)入實例詳情頁面后，可以看到接入信息的描述，我們當(dāng)前設(shè)備準(zhǔn)備采用MQTT協(xié)議接入華為云平臺，這里可以看到MQTT協(xié)議的地址和端口號等信息。

總結(jié):

端口號：   MQTT (1883)
接入地址： 252d4bd608.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

**根據(jù)域名地址得到IP地址信息: ** 打開windows的CMD窗口

Microsoft Windows [版本 10.0.19045.3693]
(c) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

C:\Users\11266>ping 252d4bd608.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

正在 Ping 252d4bd608.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com [117.78.5.125] 具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù):
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=41ms TTL=94
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=38ms TTL=94
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=37ms TTL=94
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=39ms TTL=94

117.78.5.125 的 Ping 統(tǒng)計信息:
    數(shù)據(jù)包: 已發(fā)送 = 4，已接收 = 4，丟失 = 0 (0% 丟失)，
往返行程的估計時間(以毫秒為單位):
    最短 = 37ms，最長 = 41ms，平均 = 38ms

C:\Users\11266>

MQTT協(xié)議接入端口號有兩個，1883是非加密端口，8883是證書加密端口，單片機(jī)無法加載證書，所以使用1883端口比較合適。 接下來的ESP8266就采用1883端口連接華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。

5.3 創(chuàng)建產(chǎn)品

（1）創(chuàng)建產(chǎn)品

點擊產(chǎn)品頁，再點擊左上角創(chuàng)建產(chǎn)品。

（2）填寫產(chǎn)品信息

根據(jù)自己產(chǎn)品名字填寫，下面的設(shè)備類型選擇自定義類型。

（3）產(chǎn)品創(chuàng)建成功

創(chuàng)建成功之后，點擊產(chǎn)品的名字就可以進(jìn)入到產(chǎn)品的詳情頁。

（4）添加自定義模型

產(chǎn)品創(chuàng)建完成之后，點擊進(jìn)入產(chǎn)品詳情頁面，翻到最下面可以看到模型定義。

模型簡單來說： 就是存放設(shè)備上傳到云平臺的數(shù)據(jù)。

先點擊自定義模型。

再創(chuàng)建一個服務(wù)ID。

接著點擊新增屬性。

這里就創(chuàng)建一個溫度的屬性。我們這個設(shè)備用來測溫的。

3.4 添加設(shè)備

產(chǎn)品是屬于上層的抽象模型，接下來在產(chǎn)品模型下添加實際的設(shè)備。添加的設(shè)備最終需要與真實的設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起，完成數(shù)據(jù)交互。

（1）注冊設(shè)備

（2）根據(jù)自己的設(shè)備填寫

（3）保存設(shè)備信息

創(chuàng)建完畢之后，點擊保存并關(guān)閉，得到創(chuàng)建的設(shè)備密匙信息。該信息在后續(xù)生成MQTT三元組的時候需要使用。

{
    "device_id": "65697df3585c81787ad4da82_stm32",
    "secret": "12345678"
}

點擊設(shè)備名稱可以進(jìn)入到設(shè)備詳情頁。

3.5 MQTT協(xié)議主題訂閱與發(fā)布

（1）華為云平臺MQTT協(xié)議使用限制

（2）主題訂閱格式

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

對于設(shè)備而言，一般會訂閱平臺下發(fā)消息給設(shè)備 這個主題。

設(shè)備想接收平臺下發(fā)的消息，就需要訂閱平臺下發(fā)消息給設(shè)備 的主題，訂閱后，平臺下發(fā)消息給設(shè)備，設(shè)備就會收到消息。

如果設(shè)備想要知道平臺下發(fā)的消息，需要訂閱上面圖片里標(biāo)注的主題。

以當(dāng)前設(shè)備為例，最終訂閱主題的格式如下:
$oc/devices/{device_id}/sys/messages/down

最終的格式:
$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/messages/down

?

（3）主題發(fā)布格式

對于設(shè)備來說，主題發(fā)布表示向云平臺上傳數(shù)據(jù)，將最新的傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)上傳到云平臺。

這個操作稱為：屬性上報。

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_06_v5_3010.html

根據(jù)幫助文檔的介紹， 當(dāng)前設(shè)備發(fā)布主題，上報屬性的格式總結(jié)如下：

發(fā)布的主題格式:
$oc/devices/{device_id}/sys/properties/report
 
最終的格式:
$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/properties/report
發(fā)布主題時，需要上傳數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)格式是JSON格式。

上傳的JSON數(shù)據(jù)格式如下:

{
  "services": [
    {
      "service_id": <填服務(wù)ID>,
      "properties": {
        "<填屬性名稱1>": <填屬性值>,
        "<填屬性名稱2>": <填屬性值>,
        ..........
      }
    }
  ]
}
根據(jù)JSON格式，一次可以上傳多個屬性字段。 這個JSON格式里的，服務(wù)ID，屬性字段名稱，屬性值類型，在前面創(chuàng)建產(chǎn)品的時候就已經(jīng)介紹了，不記得可以翻到前面去查看。

根據(jù)這個格式，組合一次上傳的屬性數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"TEMP":36.2}}]}

3.6 MQTT三元組

MQTT協(xié)議登錄需要填用戶ID，設(shè)備ID，設(shè)備密碼等信息，就像我們平時登錄QQ，微信一樣要輸入賬號密碼才能登錄。MQTT協(xié)議登錄的這3個參數(shù)，一般稱為MQTT三元組。

接下來介紹，華為云平臺的MQTT三元組參數(shù)如何得到。

（1）MQTT服務(wù)器地址

要登錄MQTT服務(wù)器，首先記得先知道服務(wù)器的地址是多少，端口是多少。

幫助文檔地址：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/home

MQTT協(xié)議的端口支持1883和8883，它們的區(qū)別是：8883 是加密端口更加安全。但是單片機(jī)上使用比較困難，所以當(dāng)前的設(shè)備是采用1883端口進(jìn)連接的。

根據(jù)上面的域名和端口號，得到下面的IP地址和端口號信息： 如果設(shè)備支持填寫域名可以直接填域名，不支持就直接填寫IP地址。 （IP地址就是域名解析得到的）

華為云的MQTT服務(wù)器地址：117.78.5.125
華為云的MQTT端口號：1883

（2）生成MQTT三元組

華為云提供了一個在線工具，用來生成MQTT鑒權(quán)三元組： https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

打開這個工具，填入設(shè)備的信息（也就是剛才創(chuàng)建完設(shè)備之后保存的信息），點擊生成，就可以得到MQTT的登錄信息了。

下面是打開的頁面：

填入設(shè)備的信息： （上面兩行就是設(shè)備創(chuàng)建完成之后保存得到的）

直接得到三元組信息。

得到三元組之后，設(shè)備端通過MQTT協(xié)議登錄鑒權(quán)的時候，填入?yún)?shù)即可。

ClientId  65697df3585c81787ad4da82_stm32_0_0_2023120106
Username  65697df3585c81787ad4da82_stm32
Password  12cc9b1f637da8d755fa2cbd007bb669e6f292e3e63017538b5e6e13eef0cf58

到此，云平臺的部署已經(jīng)完成，設(shè)備已經(jīng)可以正常上傳數(shù)據(jù)了。

（3）MQTT登錄測試參數(shù)總結(jié)

IP地址：117.78.5.125
端口號：1883

ClientId  65697df3585c81787ad4da82_stm32_0_0_2023120106
Username  65697df3585c81787ad4da82_stm32
Password  12cc9b1f637da8d755fa2cbd007bb669e6f292e3e63017538b5e6e13eef0cf58


訂閱主題：$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/messages/down

發(fā)布主題：$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/properties/report
發(fā)布數(shù)據(jù)：{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"TEMP":36.2}}]}

六、開始學(xué)習(xí)MQTT協(xié)議

6.1 先了解下MQTT協(xié)議

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱模式的“輕量級”的消息協(xié)議，可在發(fā)布者和訂閱者之間傳遞消息。MQTT協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布，當(dāng)前已經(jīng)成為了一種主流的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議。

MQTT最大的優(yōu)點在于，能夠以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)。它是一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。由于其小巧、高效和可靠的特點，MQTT在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機(jī)器與機(jī)器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT），且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)備中。

MQTT協(xié)議的工作原理是基于發(fā)布/訂閱模式。在這種模式下，發(fā)布者可以向一個或多個主題發(fā)布消息，而訂閱者可以訂閱這些主題以接收相關(guān)消息。這種模式允許多個發(fā)布者和訂閱者同時存在，實現(xiàn)了一種靈活的消息傳遞機(jī)制。此外，MQTT協(xié)議還支持三種消息傳遞質(zhì)量等級，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

MQTT協(xié)議的另一個重要特點是其輕量級和簡單的設(shè)計。它的消息頭非常小，只有2個字節(jié)，這意味著在網(wǎng)絡(luò)帶寬有限的環(huán)境下也能夠?qū)崿F(xiàn)高效的消息傳遞。此外，MQTT協(xié)議還支持持久化連接和消息隊列等高級功能，可進(jìn)一步提高消息的可靠性和傳遞效率。

MQTT協(xié)議的應(yīng)用范圍非常廣泛。例如，在智能家居領(lǐng)域，可以使用MQTT協(xié)議將各種智能設(shè)備連接在一起，實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測。在工業(yè)領(lǐng)域，MQTT協(xié)議可以用于實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在智慧城市建設(shè)中，MQTT協(xié)議可以用于交通管理、環(huán)境監(jiān)測和公共安全等方面，提升城市管理和居民生活的質(zhì)量。

6.2 MQTT協(xié)議官網(wǎng)介紹

目前MQTT協(xié)議主要是3.1.1 和 5.0 兩個版本。 本篇文章是介紹3.1.1版本的MQTT協(xié)議。 各大標(biāo)準(zhǔn)的MQTT服務(wù)器都支持3.1.1.

鏈接：https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html

在文檔的下方就是介紹MQTT協(xié)議的每個包如何封裝的。照著協(xié)議寫代碼就行了。

6.3 需要實現(xiàn)的3個函數(shù)

整個MQTT協(xié)議里，主要是實現(xiàn)3個函數(shù)就行了（其他的接口看自己需求）。

下面列出的3個函數(shù)，在一般的MQTT通信里是必備的。我們只要實現(xiàn)了這3個函數(shù)，那么完成基本的MQTT通信就沒有問題了。

//發(fā)布主題
unsigned char MQTT_PublishData(char* topic, char* message, unsigned char qos);

//訂閱或者取消訂閱主題
unsigned char MQTT_SubscribeTopic(char* topic, unsigned char qos, unsigned char whether);

//登錄MQTT服務(wù)器
unsigned char MQTT_Connect(char* ClientID, char* Username, char* Password);

6.4 查看協(xié)議文檔，了解如何組合協(xié)議報文

【1】打開文檔，打開目錄，翻到第3章節(jié)—MQTT控制報文。

【2】在第3章，控制報文里，找到對應(yīng)的子章節(jié)，也就是我們接線需要照著文檔實現(xiàn)協(xié)議組包的章節(jié)。

6.5 實現(xiàn)MQTT_Connect函數(shù)

先認(rèn)真閱讀文檔： 了解這個報文的規(guī)則，以及出現(xiàn)錯誤之后錯誤代碼的含義。

客戶端到服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)連接建立后，客戶端發(fā)送給服務(wù)端的第一個報文必須是 CONNECT 報文。 在一個網(wǎng)絡(luò)連接上，客戶端只能發(fā)送一次CONNECT 報文。服務(wù)端必須將客戶端發(fā)送的第二個 CONNECT 報文當(dāng)作協(xié)議違規(guī)處理并斷開客戶端的連接。

接下來就按順序查看文檔，了解協(xié)議報文里每個字節(jié)如何組成的。

接下來就開始編寫代碼，按照文檔的提示，組合報文。

首先，定義一個數(shù)組，用來存放我們按照MQTT協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)。

unsigned char mqtt_txbuf[256];//接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)

在定義一個變量，用來保存數(shù)組的下標(biāo)，每賦值一次，就自增++；

int mqtt_txlen = 0;

【1】固定報文頭

文檔說了，數(shù)組的第一字節(jié)固定為：0x10。 （不懂為什么是0X10，仔細(xì)看下面文檔里的紅色框框，文檔已經(jīng)把二進(jìn)制位的每個位都標(biāo)注出來了，如果還是看不懂，就需要補(bǔ)習(xí)一下C語言的位運算，熟悉位運算之后，再來看應(yīng)該就很容易了）。

那么第一行代碼就是這么寫：

//固定報頭
//控制報文類型
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;		//MQTT Message Type CONNECT

接下來第2個字節(jié)，文檔讓看2.2.3小節(jié)的說明，那么翻到2.2.3小節(jié)，了解如何填寫剩余長度值。

根據(jù)文檔說明，那么編寫代碼如下：

//剩余長度(不包括固定頭部)
do
{
	unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
	DataLen = DataLen / 128;
	// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
	if (DataLen > 0)
		encodedByte = encodedByte | 128;
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
} while (DataLen > 0);

好了，現(xiàn)在第2個字節(jié)賦值已經(jīng)完畢。

【2】協(xié)議名

那么接著看剩下的字節(jié)如何填寫：

根據(jù)文檔說明，編寫代碼如下： (繼續(xù)按順序賦值就行了)

//可變報頭
//協(xié)議名
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        	// Protocol Name Length MSB    
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;           // Protocol Name Length LSB    
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M';        	// ASCII Code for M    
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q';        	// ASCII Code for Q    
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    

【3】協(xié)議級別

看文檔說明。

編寫代碼：

//協(xié)議級別
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;        		// MQTT Protocol version = 4   

【4】連接標(biāo)志

關(guān)于每個標(biāo)志的含義，文檔向下翻，下面有詳細(xì)的介紹，每個標(biāo)志位的含義。

編寫代碼:

//連接標(biāo)志
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2;        	// conn flags 

【5】保持連接的時間

查看文檔說明：

編寫代碼：

mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        		// Keep-alive Time Length MSB    
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100;        	// Keep-alive Time Length LSB  100S心跳包 

【6】 可變報頭非規(guī)范示例

【7】最后部分：填寫客戶端ID、用戶名、密碼。

這里面提到的客戶端標(biāo)識符、用戶名、密碼。 就是在前面章節(jié)創(chuàng)建華為云IOT服務(wù)器，得到的MQTT三元組信息。

查看文檔：

編寫代碼：

mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB    
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB  	
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], ClientID, ClientIDLen);
mqtt_txlen += ClientIDLen;
if (UsernameLen > 0)
{
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen);		//username length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen);    	//username length LSB    
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], Username, UsernameLen);
	mqtt_txlen += UsernameLen;
}

if (PasswordLen > 0)
{
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen);		//password length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen);    	//password length LSB  
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], Password, PasswordLen);
	mqtt_txlen += PasswordLen;
}

【8】響應(yīng)

上面報文封裝完畢之后，直接就可以通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送出去就行了。

前提是創(chuàng)建套接字，連接上MQTT服務(wù)器，然后再將上面封裝好的報文發(fā)送過去就行了。

關(guān)于如何Windows下如何創(chuàng)建套接字，連接服務(wù)器，前面章節(jié)專門講過了，忘記了可以回去再看看。

編寫代碼發(fā)送出去：

MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);

這個函數(shù)里面的代碼： 就是直接調(diào)用的網(wǎng)絡(luò)接口函數(shù)發(fā)送的。

int result = send(connectSocket,(const char*)buff, len, 0); //向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，檢查返回值
if (result == SOCKET_ERROR)
{
	std::cout << "send failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
	return -1;
}

發(fā)送過去之后，服務(wù)器肯定有返回值的。 失敗？成功？ 那么我們得判斷。

通過響應(yīng)章節(jié)的文檔說明，這里提到一個CONNACK響應(yīng)報文，是由服務(wù)器下發(fā)給客戶端的。

在3.2小節(jié)，講解了CONNACK報文的字段含義。如果客戶端的連接報文是正確的，服務(wù)器會下發(fā)0x20 0x00 的確認(rèn)連接報文給客戶端，告訴客戶端連接成功。

編寫代碼： 寫代碼接收服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，判斷返回的數(shù)據(jù)是不是符合要求。

Client_GetData(buff);//從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)

const unsigned char parket_connetAck[] = { 0x20,0x02};

if (mqtt_rxbuf[0] == parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1] == parket_connetAck[1]) //連接成功			   
{
	return 0;//連接成功
}

CONNACK 報文除了固定報文頭之外還有可變報頭。也就是后面還有2個字節(jié)。 我們可以繼續(xù)看文檔下面的介紹。

一個叫連接確認(rèn)標(biāo)志，一個叫連接返回碼。正確的情況下，這兩個值應(yīng)該為0x00 0x00.

關(guān)于返回碼的值，我們可以對它進(jìn)行判斷。如果連接失敗，也可以知道具體的原因。

【9】完整代碼

/*
函數(shù)功能: 登錄服務(wù)器
函數(shù)返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
unsigned char MQTT_Connect(char* ClientID, char* Username, char* Password)
{
	unsigned short i, j;
	int ClientIDLen = (int)strlen(ClientID);
	int UsernameLen = (int)strlen(Username);
	int PasswordLen = (int)strlen(Password);
	unsigned int DataLen;
	mqtt_txlen = 0;
	unsigned int size = 0;
	unsigned char buff[256];
	
	//可變報頭+Payload  每個字段包含兩個字節(jié)的長度標(biāo)識
	DataLen = 10 + (ClientIDLen + 2) + (UsernameLen + 2) + (PasswordLen + 2);

	//固定報頭
	//控制報文類型
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;		//MQTT Message Type CONNECT
	//剩余長度(不包括固定頭部)
	do
	{
		unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if (DataLen > 0)
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	} while (DataLen > 0);

	//可變報頭
	//協(xié)議名
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        	// Protocol Name Length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;           // Protocol Name Length LSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M';        	// ASCII Code for M    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q';        	// ASCII Code for Q    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	//協(xié)議級別
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;        		// MQTT Protocol version = 4    
	//連接標(biāo)志
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2;        	// conn flags 
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        		// Keep-alive Time Length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100;        	// Keep-alive Time Length LSB  100S心跳包  

	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB  	
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], ClientID, ClientIDLen);
	mqtt_txlen += ClientIDLen;
	if (UsernameLen > 0)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen);		//username length MSB    
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen);    	//username length LSB    
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], Username, UsernameLen);
		mqtt_txlen += UsernameLen;
	}

	if (PasswordLen > 0)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen);		//password length MSB    
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen);    	//password length LSB  
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], Password, PasswordLen);
		mqtt_txlen += PasswordLen;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		memset(mqtt_rxbuf, 0, mqtt_rxlen);
		MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);
		size = Client_GetData(buff);//從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)
		if (size <= 0)continue;
		memcpy(mqtt_rxbuf, buff, size);

		printf("登錄應(yīng)答:\r\n");
		for (j = 0; j < size; j++)
		{
			printf("%#X ", buff[j]);
		}
		printf("\r\n");

		if (mqtt_rxbuf[0] == parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1] == parket_connetAck[1]) //連接成功			   
		{
			return 0;//連接成功
		}
	}
	return 1;
}

6.6 實現(xiàn)MQTT_PublishData函數(shù)

【1】查看文檔說明

和前面一章節(jié)一樣，看文檔說明編寫代碼。

【2】固定報文頭

通過文檔了解到，發(fā)布消息的固定報文頭由2個字節(jié)組成。第一個字節(jié)每個位的組成含義可看文檔的表格介紹。

最高4位是MQTT控制報文類型，固定的值：0x3

后面4個字節(jié)分為是DUP(重發(fā)標(biāo)志)、QOS等級(服務(wù)質(zhì)量等級)、RETAIN(消息的保留標(biāo)志)。

DUP(重發(fā)標(biāo)志)：

QOS等級(服務(wù)質(zhì)量等級)：

RETAIN(保留標(biāo)志–固定位0)：

那么經(jīng)過文檔的解釋，我們編寫代碼如下： (關(guān)于后面4個字節(jié)可以根據(jù)自己的需求設(shè)置)

//固定報頭
//控制報文類型
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  

【3】剩余字段長度

固定報文頭的第2個字節(jié)是填寫剩余字段長度。

在文檔里對剩余長度字段計算的介紹：

剩余長度字段： 等于可變報頭的長度加上有效載荷的長度。

這里先要了解： 什么是可變報頭？ 什么是有效載荷的長度？

往下翻文檔，可看到可變報頭的介紹。 **可變報頭是：按順序包含主題名和報文標(biāo)識符。 ** 而報文標(biāo)識符只有在QOS為1或者2的時候才有。

再往下翻文檔，可看到有效載荷的長度的介紹。有效載荷包含將被發(fā)布的應(yīng)用消息。數(shù)據(jù)的內(nèi)容和格式是應(yīng)用特定的。有效載荷的長度這樣計算：用固定 報頭中的剩余長度字段的值減去可變報頭的長度。包含零長度有效載荷的 PUBLISH 報文是合法的。

經(jīng)過文檔的介紹，我們知道了剩余長度字段如何介紹。

那么這個剩余長度字段計算出來之后，如何賦值到報文數(shù)組里去？ 其實在Connect報文的固定字段第2個字節(jié)也是要天剩余長度字段，在Connect報文的章節(jié)已經(jīng)介紹過，在文檔的2.2.3小節(jié)的有詳細(xì)說明，那么翻到2.2.3小節(jié)，了解如何填寫剩余長度值。 (其實我們上一節(jié)已經(jīng)介紹了一遍)

接下來就編寫代碼：

unsigned int topicLength = (int)strlen(topic);  //計算主題的長度
unsigned int messageLength = (int)strlen(message); //計算發(fā)送的消息長度
unsigned int DataLen; //保存最終長度

//有效載荷的長度這樣計算：用固定報頭中的剩余長度字段的值減去可變報頭的長度
//QOS為0時沒有標(biāo)識符
//數(shù)據(jù)長度             主題名   報文標(biāo)識符   有效載荷
if (qos)	DataLen = (2 + topicLength) + 2 + messageLength;
else	DataLen = (2 + topicLength) + messageLength;

//剩余長度
do
{
    unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
    DataLen = DataLen / 128;
    // if there are more data to encode, set the top bit of this byte
    if (DataLen > 0)
        encodedByte = encodedByte | 128;
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
} while (DataLen > 0);

【4】可變報頭

PUBLISH 報文可變報頭非規(guī)范示例:

編寫代碼：

mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topicLength);//主題長度MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主題長度LSB 
memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], topic, topicLength);//拷貝主題
mqtt_txlen += topicLength;

//報文標(biāo)識符
if (qos)
{
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(id);
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(id);
	id++;
}

接著就添加有效載荷，也就是實際發(fā)送的消息內(nèi)容。

編寫代碼:

memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], message, messageLength);
mqtt_txlen += messageLength;

最后將報文發(fā)送出去：

MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);

【5】完整代碼

//MQTT發(fā)布數(shù)據(jù)打包函數(shù)
//topic   主題 
//message 消息
//qos     消息等級 
unsigned char MQTT_PublishData(char* topic, char* message, unsigned char qos)
{
	unsigned int topicLength = (int)strlen(topic);
	unsigned int messageLength = (int)strlen(message);
	unsigned short id = 0;
	unsigned int DataLen;
	mqtt_txlen = 0;

	printf("上報JSON消息長度:%d\r\n", messageLength);
	printf("message=%s\r\n", message);
	//有效載荷的長度這樣計算：用固定報頭中的剩余長度字段的值減去可變報頭的長度
	//QOS為0時沒有標(biāo)識符
	//數(shù)據(jù)長度             主題名   報文標(biāo)識符   有效載荷
	if (qos)	DataLen = (2 + topicLength) + 2 + messageLength;
	else	DataLen = (2 + topicLength) + messageLength;

	//固定報頭
	//控制報文類型
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  

	//剩余長度
	do
	{
		unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if (DataLen > 0)
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	} while (DataLen > 0);
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topicLength);//主題長度MSB
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主題長度LSB 
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], topic, topicLength);//拷貝主題
	mqtt_txlen += topicLength;

	//報文標(biāo)識符
	if (qos)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(id);
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(id);
		id++;
	}
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], message, messageLength);
	mqtt_txlen += messageLength;

	MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);
	return mqtt_txlen;
}

【6】發(fā)布確認(rèn)

如果消息質(zhì)量大于0，那么可以繼續(xù)看文檔下面的發(fā)布確認(rèn)，對本次發(fā)送的消息進(jìn)行響應(yīng)處理。

6.7 實現(xiàn) MQTT_SubscribeTopic 函數(shù)

【1】查看文檔：訂閱主題的格式

和前面一樣，查看文檔的說明，編寫代碼。

【2】查看文檔：取消訂閱的格式

【3】固定報頭

訂閱主題和取消訂閱主題格式一樣的，只是固定報頭不一樣。

可以封裝一個函數(shù)，傳入一個參數(shù)實現(xiàn)兩種功能。

編寫判斷代碼：

//固定報頭
//控制報文類型
if (whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息類型和標(biāo)志訂閱
else	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消訂閱

剩余長度字段：

編寫代碼：

unsigned int topiclen = (int)strlen(topic);
unsigned int DataLen = 2 + (topiclen + 2) + (whether ? 1 : 0);//可變報頭的長度（2字節(jié)）加上有效載荷的長度

剩余長度字段的填寫規(guī)則與前面一樣。

編寫代碼：

//剩余長度
do
{
    unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
    DataLen = DataLen / 128;
    // if there are more data to encode, set the top bit of this byte
    if (DataLen > 0)
        encodedByte = encodedByte | 128;
    mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
} while (DataLen > 0);

【4】可變報頭

編寫代碼：

//可變報頭
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;			//消息標(biāo)識符 MSB
mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x01;        //消息標(biāo)識符 LSB

【5】完整代碼

/*
函數(shù)功能: MQTT訂閱/取消訂閱數(shù)據(jù)打包函數(shù)
函數(shù)參數(shù):
	topic       主題
	qos         消息等級 0:最多分發(fā)一次  1: 至少分發(fā)一次  2: 僅分發(fā)一次
	whether     訂閱/取消訂閱請求包 (1表示訂閱,0表示取消訂閱)
返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
unsigned char MQTT_SubscribeTopic(char* topic, unsigned char qos, unsigned char whether)
{
	unsigned char i, j;
	mqtt_txlen = 0;
	unsigned int size = 0;
	unsigned char buff[256];
	unsigned int topiclen = (int)strlen(topic);
	unsigned int DataLen = 2 + (topiclen + 2) + (whether ? 1 : 0);//可變報頭的長度（2字節(jié)）加上有效載荷的長度
	//固定報頭
	//控制報文類型
	if (whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息類型和標(biāo)志訂閱
	else	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消訂閱
	//剩余長度
	do
	{
		unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if (DataLen > 0)
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	} while (DataLen > 0);
	//可變報頭
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;			//消息標(biāo)識符 MSB
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x01;        //消息標(biāo)識符 LSB
	//有效載荷
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主題長度 MSB
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主題長度 LSB   
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], topic, topiclen);
	mqtt_txlen += topiclen;
	if (whether)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS級別
	}
	for (i = 0; i < 100; i++)
	{
		memset(mqtt_rxbuf, 0, mqtt_rxlen);
		MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);
		//printf("訂閱消息發(fā)布成功\n");
		size = Client_GetData(buff);//從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)
		if (size <= 0)
		{
			continue;
		}
		memcpy(mqtt_rxbuf, buff, size);

		printf("訂閱應(yīng)答:\r\n");
		for (j = 0; j < size; j++)
		{
			printf("%#X ", buff[j]);
		}
		printf("\r\n");

		if (mqtt_rxbuf[0] == parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1] == parket_subAck[1]) //連接成功			   
		{
			return 0;//連接成功
		}
		Sleep(1000);
	}
	return 1; //失敗
}

七、運行項目、連接華為云服務(wù)器

7.1 整個項目的完整代碼

前面章節(jié)陸續(xù)已經(jīng)編寫好了重要的函數(shù)，那么這里就貼出我編寫好的整體的代碼,進(jìn)行運行測試：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#pragma warning(disable:4996)


#include <string.h>
#include <stdio.h>

#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") //告訴編譯器鏈接Winsock庫



//---------------------------------------MQTT協(xié)議相關(guān)的子函數(shù)聲明-------------------------------------------------------

//發(fā)布主題
unsigned char MQTT_PublishData(char* topic, char* message, unsigned char qos);

//訂閱或者取消訂閱主題
unsigned char MQTT_SubscribeTopic(char* topic, unsigned char qos, unsigned char whether);

//登錄MQTT服務(wù)器
unsigned char MQTT_Connect(char* ClientID, char* Username, char* Password);


//MQTT協(xié)議緩沖區(qū)初始化
void MQTT_Init(void);


//調(diào)用底層接口發(fā)送數(shù)據(jù)包
void MQTT_SendBuf(unsigned char* buf, unsigned short len);


//MQTT協(xié)議里最底層的接口，最底層的如果要移植協(xié)議到其他地方運行，那么改這里就行了。其他地方不用改的。
int Client_SendData(unsigned char* buff, unsigned int len);//發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器
int Client_GetData(unsigned char* buff);//從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)


//---------------------------------------全局變量定義--------------------------------------------------------------------

#define BYTE0(dwTemp)       (*( char *)(&dwTemp))
#define BYTE1(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 1))
#define BYTE2(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 2))
#define BYTE3(dwTemp)       (*((char *)(&dwTemp) + 3))


unsigned char mqtt_rxbuf[1024 * 1024];//發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)
unsigned char mqtt_txbuf[256];//接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)
unsigned int mqtt_rxlen;
unsigned int mqtt_txlen;


typedef enum
{
	//名字 	    值 			報文流動方向 	描述
	M_RESERVED1 = 0,	//	禁止	保留
	M_CONNECT,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端請求連接服務(wù)端
	M_CONNACK,	//	服務(wù)端到客戶端	連接報文確認(rèn)
	M_PUBLISH,	//	兩個方向都允許	發(fā)布消息
	M_PUBACK,	//	兩個方向都允許	QoS 1消息發(fā)布收到確認(rèn)
	M_PUBREC,	//	兩個方向都允許	發(fā)布收到（保證交付第一步）
	M_PUBREL,	//	兩個方向都允許	發(fā)布釋放（保證交付第二步）
	M_PUBCOMP,	//	兩個方向都允許	QoS 2消息發(fā)布完成（保證交互第三步）
	M_SUBSCRIBE,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端訂閱請求
	M_SUBACK,	//	服務(wù)端到客戶端	訂閱請求報文確認(rèn)
	M_UNSUBSCRIBE,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端取消訂閱請求
	M_UNSUBACK,	//	服務(wù)端到客戶端	取消訂閱報文確認(rèn)
	M_PINGREQ,	//	客戶端到服務(wù)端	心跳請求
	M_PINGRESP,	//	服務(wù)端到客戶端	心跳響應(yīng)
	M_DISCONNECT,	//	客戶端到服務(wù)端	客戶端斷開連接
	M_RESERVED2,	//	禁止	保留
}_typdef_mqtt_message;

//連接成功服務(wù)器回應(yīng) 20 02 00 00
//客戶端主動斷開連接 e0 00
const unsigned char parket_connetAck[] = { 0x20,0x02,0x00,0x00 };
const unsigned char parket_disconnet[] = { 0xe0,0x00 };
const unsigned char parket_heart[] = { 0xc0,0x00 };
const unsigned char parket_heart_reply[] = { 0xc0,0x00 };
const unsigned char parket_subAck[] = { 0x90,0x03 };

void MQTT_Init(void)
{
	//緩沖區(qū)賦值
	mqtt_rxlen = sizeof(mqtt_rxbuf);
	mqtt_txlen = sizeof(mqtt_txbuf);
	memset(mqtt_rxbuf, 0, mqtt_rxlen);
	memset(mqtt_txbuf, 0, mqtt_txlen);

}


/*
函數(shù)功能: 登錄服務(wù)器
函數(shù)返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
unsigned char MQTT_Connect(char* ClientID, char* Username, char* Password)
{
	unsigned short i, j;
	int ClientIDLen = (int)strlen(ClientID);
	int UsernameLen = (int)strlen(Username);
	int PasswordLen = (int)strlen(Password);
	unsigned int DataLen;
	mqtt_txlen = 0;
	unsigned int size = 0;
	unsigned char buff[256];
	
	//可變報頭+Payload  每個字段包含兩個字節(jié)的長度標(biāo)識
	DataLen = 10 + (ClientIDLen + 2) + (UsernameLen + 2) + (PasswordLen + 2);

	//固定報頭
	//控制報文類型
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x10;		//MQTT Message Type CONNECT
	//剩余長度(不包括固定頭部)
	do
	{
		unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if (DataLen > 0)
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	} while (DataLen > 0);

	//可變報頭
	//協(xié)議名
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        	// Protocol Name Length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;           // Protocol Name Length LSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'M';        	// ASCII Code for M    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'Q';        	// ASCII Code for Q    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 'T';        	// ASCII Code for T    
	//協(xié)議級別
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 4;        		// MQTT Protocol version = 4    
	//連接標(biāo)志
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xc2;        	// conn flags 
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;        		// Keep-alive Time Length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 100;        	// Keep-alive Time Length LSB  100S心跳包  

	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(ClientIDLen);// Client ID length MSB    
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(ClientIDLen);// Client ID length LSB  	
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], ClientID, ClientIDLen);
	mqtt_txlen += ClientIDLen;
	if (UsernameLen > 0)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(UsernameLen);		//username length MSB    
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(UsernameLen);    	//username length LSB    
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], Username, UsernameLen);
		mqtt_txlen += UsernameLen;
	}

	if (PasswordLen > 0)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(PasswordLen);		//password length MSB    
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(PasswordLen);    	//password length LSB  
		memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], Password, PasswordLen);
		mqtt_txlen += PasswordLen;
	}
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		memset(mqtt_rxbuf, 0, mqtt_rxlen);
		MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);
		size = Client_GetData(buff);//從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)
		if (size <= 0)continue;
		memcpy(mqtt_rxbuf, buff, size);

		printf("登錄應(yīng)答:\r\n");
		for (j = 0; j < size; j++)
		{
			printf("%#X ", buff[j]);
		}
		printf("\r\n");

		if (mqtt_rxbuf[0] == parket_connetAck[0] && mqtt_rxbuf[1] == parket_connetAck[1]) //連接成功			   
		{
			return 0;//連接成功
		}
	}
	return 1;
}

/*
函數(shù)功能: MQTT訂閱/取消訂閱數(shù)據(jù)打包函數(shù)
函數(shù)參數(shù):
	topic       主題
	qos         消息等級 0:最多分發(fā)一次  1: 至少分發(fā)一次  2: 僅分發(fā)一次
	whether     訂閱/取消訂閱請求包 (1表示訂閱,0表示取消訂閱)
返回值: 0表示成功 1表示失敗
*/
unsigned char MQTT_SubscribeTopic(char* topic, unsigned char qos, unsigned char whether)
{
	unsigned char i, j;
	mqtt_txlen = 0;
	unsigned int size = 0;
	unsigned char buff[256];
	unsigned int topiclen = (int)strlen(topic);
	unsigned int DataLen = 2 + (topiclen + 2) + (whether ? 1 : 0);//可變報頭的長度（2字節(jié)）加上有效載荷的長度
	//固定報頭
	//控制報文類型
	if (whether)mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x82; //消息類型和標(biāo)志訂閱
	else	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0xA2;    //取消訂閱
	//剩余長度
	do
	{
		unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if (DataLen > 0)
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	} while (DataLen > 0);
	//可變報頭
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0;			//消息標(biāo)識符 MSB
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x01;        //消息標(biāo)識符 LSB
	//有效載荷
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topiclen);//主題長度 MSB
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topiclen);//主題長度 LSB   
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], topic, topiclen);
	mqtt_txlen += topiclen;
	if (whether)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = qos;//QoS級別
	}
	for (i = 0; i < 100; i++)
	{
		memset(mqtt_rxbuf, 0, mqtt_rxlen);
		MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);
		//printf("訂閱消息發(fā)布成功\n");
		size = Client_GetData(buff);//從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)
		if (size <= 0)
		{
			continue;
		}
		memcpy(mqtt_rxbuf, buff, size);

		printf("訂閱應(yīng)答:\r\n");
		for (j = 0; j < size; j++)
		{
			printf("%#X ", buff[j]);
		}
		printf("\r\n");

		if (mqtt_rxbuf[0] == parket_subAck[0] && mqtt_rxbuf[1] == parket_subAck[1]) //連接成功			   
		{
			return 0;//連接成功
		}
		Sleep(1000);
	}
	return 1; //失敗
}



//MQTT發(fā)布數(shù)據(jù)打包函數(shù)
//topic   主題 
//message 消息
//qos     消息等級 
unsigned char MQTT_PublishData(char* topic, char* message, unsigned char qos)
{
	unsigned int topicLength = (int)strlen(topic);
	unsigned int messageLength = (int)strlen(message);
	unsigned short id = 0;
	unsigned int DataLen;
	mqtt_txlen = 0;

	printf("上報JSON消息長度:%d\r\n", messageLength);
	printf("message=%s\r\n", message);
	//有效載荷的長度這樣計算：用固定報頭中的剩余長度字段的值減去可變報頭的長度
	//QOS為0時沒有標(biāo)識符
	//數(shù)據(jù)長度             主題名   報文標(biāo)識符   有效載荷
	if (qos)	DataLen = (2 + topicLength) + 2 + messageLength;
	else	DataLen = (2 + topicLength) + messageLength;

	//固定報頭
	//控制報文類型
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = 0x30;    // MQTT Message Type PUBLISH  

	//剩余長度
	do
	{
		unsigned char encodedByte = DataLen % 128;
		DataLen = DataLen / 128;
		// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
		if (DataLen > 0)
			encodedByte = encodedByte | 128;
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = encodedByte;
	} while (DataLen > 0);
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(topicLength);//主題長度MSB
	mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(topicLength);//主題長度LSB 
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], topic, topicLength);//拷貝主題
	mqtt_txlen += topicLength;

	//報文標(biāo)識符
	if (qos)
	{
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE1(id);
		mqtt_txbuf[mqtt_txlen++] = BYTE0(id);
		id++;
	}
	memcpy(&mqtt_txbuf[mqtt_txlen], message, messageLength);
	mqtt_txlen += messageLength;

	MQTT_SendBuf(mqtt_txbuf, mqtt_txlen);
	return mqtt_txlen;
}


void MQTT_SendBuf(unsigned char* buf, unsigned short len)
{
	Client_SendData(buf, len);//發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器
}





//-----------------------------------------MQTT服務(wù)器的參數(shù)------------------------------------------------------------
//服務(wù)器IP
#define SERVER_IP "117.78.5.125"
#define SERVER_PORT 1883 //端口號

//MQTT三元組
#define ClientID "65697df3585c81787ad4da82_stm32_0_0_2023120106"
#define Username "65697df3585c81787ad4da82_stm32"
#define Password "12cc9b1f637da8d755fa2cbd007bb669e6f292e3e63017538b5e6e13eef0cf58"//密文 

//訂閱主題:
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/messages/down"//訂閱
//發(fā)布主題:
#define POST_TOPIC "$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/properties/report"//發(fā)布




//-----------------------------------------主函數(shù)------------------------------------------------------------

char mqtt_message[1024];//數(shù)據(jù)緩存區(qū)


SOCKET connectSocket; //網(wǎng)絡(luò)套接字
WSADATA wsaData; //創(chuàng)建一個結(jié)構(gòu)體變量，用于存儲關(guān)于Winsock庫的信息

double TEMP = 10.0;


int main()
{
	int result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData); //初始化Winsock庫，指定版本號2.2，檢查返回值
	if (result != 0)
	{
		printf("WSAStartup failed: %d\r\n", result);//輸出錯誤信息并退出程序
		return 1;
	}

	 connectSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //創(chuàng)建一個TCP套接字，檢查返回值
	if (connectSocket == INVALID_SOCKET)
	{
		printf("socket failed with error: %d", WSAGetLastError());//輸出錯誤信息并退出程序
		WSACleanup(); //清除Winsock庫
		return 1;
	}


	sockaddr_in service; //創(chuàng)建一個結(jié)構(gòu)體變量，用于存儲服務(wù)器地址信息
	service.sin_family = AF_INET; //指定地址族為IPv4
	inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &service.sin_addr); //將字符串類型的IP地址轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的IP地址，并存儲在結(jié)構(gòu)體中
	service.sin_port = htons(SERVER_PORT); //將端口號從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，并存儲在結(jié)構(gòu)體中

	result = connect(connectSocket, (SOCKADDR*)&service, sizeof(service)); //連接到服務(wù)器，檢查返回值
	if (result == SOCKET_ERROR)
	{
		std::cout << "connect failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
		closesocket(connectSocket); //關(guān)閉套接字
		WSACleanup(); //清除Winsock庫
		return 1;
	}

	std::cout << "Connected to server." << std::endl; //連接成功，輸出消息

	MQTT_Init();

	while (1)
	{
		/*登錄服務(wù)器*/
		if (MQTT_Connect((char*)ClientID, (char*)Username, (char*)Password) == 0)
		{
			break;
		}
		// 延時1000毫秒，即1秒
		Sleep(1000);
		printf("MQTT服務(wù)器登錄校驗中....\n");
	}


	printf("連接成功_666\r\n");
	//訂閱物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)
	int stat = MQTT_SubscribeTopic((char*)SET_TOPIC, 1, 1);
	if (stat)
	{
		printf("訂閱失敗\r\n");
		closesocket(connectSocket); //關(guān)閉套接字
		WSACleanup(); //清除Winsock庫
		return 1;
	}
	printf("訂閱成功\r\n");


	/*創(chuàng)建線程*/

	while (1)
	{
		sprintf(mqtt_message, "{\"services\": [{\"service_id\": \"stm32\",\"properties\":{\"TEMP\":%.1f}}]}", (double)(TEMP+=0.2));//溫度
		
		//發(fā)布主題
		MQTT_PublishData((char*)POST_TOPIC, mqtt_message, 0);
		printf("發(fā)布消息成功\r\n");
		Sleep(5000);
	}
}



/*發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器*/
int Client_SendData(unsigned char* buff, unsigned int len)
{
	int result = send(connectSocket,(const char*)buff, len, 0); //向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，檢查返回值
	if (result == SOCKET_ERROR)
	{
		std::cout << "send failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
		return -1;
	}
	return 0;
}



/*獲取服務(wù)器下發(fā)數(shù)據(jù)*/
int Client_GetData(unsigned char* buff)
{
	int result = recv(connectSocket, (char*)buff,200, 0); //從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，檢查返回值
	if (result == SOCKET_ERROR)
	{
		std::cout << "recv failed with error: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
		return -1;
	}
	return result;
}

7.2 代碼里核心的地方

這里填寫MQTT服務(wù)器的信息，也就是前面創(chuàng)建華為云IOT服務(wù)器得到的信息。

這里是主函數(shù)，登錄服務(wù)器后訂閱主題，發(fā)布消息。

7.3 編譯運行代碼

按下Ctrl+F5 運行代碼。 彈出控制臺窗口之后，可以看到，我們已經(jīng)連接了華為云MQTT服務(wù)器，并且完成數(shù)據(jù)上傳。

7.4 登錄華為云IOT云端查看數(shù)據(jù)

可以看到設(shè)備已經(jīng)在線了。

可以看到我們的消息也在實時的上傳。

到此，說明我們的MQTT協(xié)議已經(jīng)封裝完成，可以正常的運行了。

八、下發(fā)命令的處理

一般MQTT設(shè)備端除了上傳數(shù)據(jù)以外，還需要接收MQTT服務(wù)器下發(fā)的控制命令。

那么我們接下來就完善一下代碼，接收華為云MQTT服務(wù)器下發(fā)的命令，并進(jìn)行回應(yīng)。

8.1 添加命令

要測試命令下發(fā)，那么首先需要再華為云IOT平臺添加命令。

添加一個控制命令。

命令添加完成：

8.2 下發(fā)命令測試

注意：下發(fā)命令是同步的，設(shè)備端必須在線才可以下發(fā)命令。

這個下發(fā)的命令是有反饋。設(shè)備端收到之后，可以向服務(wù)器反饋狀態(tài)，這樣服務(wù)器才能知道剛才的控制命令確實發(fā)送成功了。

設(shè)備收到信息之后，上傳回應(yīng)給服務(wù)器的主題和內(nèi)容格式：

Topic：$oc/devices/{device_id}/sys/commands/response/request_id={request_id}
數(shù)據(jù)格式：  
{
    "result_code": 0,
    "response_name": "COMMAND_RESPONSE",
    "paras": {
        "result": "success"
    }
}

云端發(fā)送控制命令之后，設(shè)備收到的消息如下：

$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/commands/request_id=d49f0bb9-ba87-4c9b-b915-98a1f0fcf689{"paras":{"lock":true},"service_id":"lock","command_name":"鎖開關(guān)控制"}

其中request_id=d49f0bb9-ba87-4c9b-b915-98a1f0fcf689 就是本次的請求ID。回應(yīng)的時候需要加上請求ID。服務(wù)器才好對應(yīng)。

以當(dāng)前設(shè)備為例：

發(fā)布的主題這樣填： $oc/devices/65113d05a559fd7cd41435f8_lock1/sys/commands/response/request_id=ce49181e-7636-4b24-946d-c034ca083c1c
    
發(fā)布的內(nèi)容這樣填：
{"result_code":0,"response_name":"COMMAND_RESPONSE","paras":{"result":"success"}}

8.3 編寫代碼

為了能夠?qū)崟r接收服務(wù)器的代碼，我們單獨增加一個線程來接收服務(wù)器的消息。

在主函數(shù)里MQTT服務(wù)器連接成功之后，增加以下代碼：

/*創(chuàng)建線程*/
HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ReceiveData, NULL, 0, NULL);
if (hThread == NULL) {
	printf("CreateThread failed.\n");
	return 1;
}

編寫線程的工作函數(shù)：

// 處理服務(wù)器下發(fā)的數(shù)據(jù)
void ReceiveData(void)
{
	// 接收數(shù)據(jù)
	char buffer[1024];
	char request_id[100];
	char send_cmd[500];

	int recvSize;
	while (1) 
	{
		//等待服務(wù)器下發(fā)消息
		recvSize = recv(connectSocket, buffer, 1024, 0);
		if (recvSize == SOCKET_ERROR)
		{
			std::cout << "網(wǎng)絡(luò)斷開連接: " << WSAGetLastError() << std::endl; //輸出錯誤信息并退出程序
			return;
		}
		if (recvSize > 0)
		{
			printf("服務(wù)器下發(fā)消息:\r\n");
			//接收下發(fā)的數(shù)據(jù)
			for (int i = 0; i < recvSize; i++)
			{
				printf("%c", buffer[i]);
			}
			printf("\r\n");

			//下發(fā)指令請求回應(yīng)給服務(wù)器(命令下發(fā))
			if (strstr((char*)&buffer[5], "sys/commands/request_id="))
			{
				char* p = NULL;
				p = strstr((char*)&buffer[5], "request_id=");
				if (p)
				{
					//解析數(shù)據(jù)
					//$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/commands/request_id=6e925cc1-4a8d-4eab-8d85-6c7f15d72189
					strncpy(request_id, p, 47);
				}

				//上報數(shù)據(jù)
				sprintf(mqtt_message, "{\"result_code\":0,\"response_name\":\"COMMAND_RESPONSE\",\"paras\":{\"result\":\"success\"}}");

				sprintf(send_cmd, "$oc/devices/65697df3585c81787ad4da82_stm32/sys/commands/response/%s", request_id);

				MQTT_PublishData(send_cmd, mqtt_message, 0);

				printf("(命令)發(fā)布主題:%s\r\n", send_cmd);
				printf("(命令)發(fā)布數(shù)據(jù):%s\r\n", mqtt_message);
			}
		}		
	}
}

8.4 運行代碼測試

先運行客戶端的代碼，登錄MQTT服務(wù)器。

然后，在華為云IOT平臺下發(fā)命令。 如果點擊下發(fā)之后，右上角彈出了 命令下發(fā)成功，就表示我們客戶端代碼寫OK了。

我們看設(shè)備端收到的消息：

九、總結(jié)

到此，我們的MQTT協(xié)議已經(jīng)開發(fā)完成了。如果大家詳細(xì)閱讀了文章，并且跟著步驟操作了一次，相信你此刻對MQTT協(xié)議應(yīng)該有所認(rèn)識了。我是DS小龍哥，歡迎關(guān)注我，后續(xù)會有更多的技術(shù)文章、項目文章發(fā)布。

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-753092.html

到了這里，關(guān)于基于C語言從0開始手?jǐn)]MQTT協(xié)議代碼連接標(biāo)準(zhǔn)的MQTT服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)上傳和命令下發(fā)響應(yīng)(華為云IOT服務(wù)器)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！