如何在Python中使用MQTT

Python 是一種跨平臺的計算機程序設(shè)計語言，是ABC 語言的替代品，屬于面向?qū)ο蟮膭討B(tài)類型語言。它最初被設(shè)計用于編寫自動化腳本，隨著版本的不斷更新和語言新功能的添加，越來越多被用于獨立的、大型項目的開發(fā)。

MQTT 是一個物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，用于輕量級的發(fā)布/訂閱式消息傳輸，旨在為低帶寬和不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)等特點，使得它適用范圍更加廣泛。

本文主要介紹如何在 Python 項目中使用paho-mqtt客戶端庫 ，實現(xiàn)客戶端與MQTT服務(wù)器的連接、訂閱、取消訂閱、收發(fā)消息等功能。

一、項目準(zhǔn)備

本項目使用 Python 3.10進(jìn)行開發(fā)測試。

用戶可用以下命令來確認(rèn) Python的版本：

python3 --version

Python 3.10.9

測試設(shè)備：

瑞科慧聯(lián)（RAK）網(wǎng)關(guān)RAK7268 V2、帶溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集器Sensor Hub

二、選擇 MQTT 客戶端庫

paho-mqtt是目前 Python 中使用較多的 MQTT 客戶端庫。它為 Python 2.7 或 3.x 版本以上的客戶端類提供了對 MQTT v3.1 和 v3.1.1 的支持，還提供了一些幫助程序功能。這使得消息發(fā)布到 MQTT 服務(wù)器變得更簡單。

三、Pip 安裝 Paho MQTT 客戶端

Pip 是 Python 包管理工具。該工具提供了對 Python 包的查找、下載、安裝、卸載的功能。

pip3install paho.mqtt

四、Python MQTT 使用

1、連接 MQTT 服務(wù)器

本文將使用瑞科慧聯(lián)LoRaWAN?網(wǎng)關(guān)提供的內(nèi)置 MQTT服務(wù)，該服務(wù)基于 Mosquitto的開源消息代理。服務(wù)器接入信息如下：

• Broker:192.168.230.1
• TCP Port:1883

2、導(dǎo)入 Paho MQTT客戶端

from paho.mqtt import client as mqtt

3、設(shè)置 MQTT Broker 連接參數(shù)

設(shè)置 MQTT Broker 連接地址，端口以及 topic，同時調(diào)用 Pythonrandom.randint函數(shù)隨機生成 MQTT 客戶端 id。

MQTT_SERVER_IP ="192.168.230.1"

MQTT_PORT =1883

4、編寫 MQTT 連接函數(shù)

編寫連接回調(diào)函數(shù) on_connect，該函數(shù)將在客戶端連接后會被調(diào)用。在該函數(shù)中可以依據(jù)rc來判斷客戶端是否連接成功。同時可創(chuàng)建一個 MQTT 客戶端連接到broker.emqx.io。

defmqtt_connect(MQTT_SERVER_IP,MQTT_PORT):

    """連接MQTT服務(wù)器"""

    client_id=time.strftime('%Y%m%d%H%M%S',time.localtime(time.time()))

    mqttClient=mqtt.Client(client_id)

    mqttClient.on_connect=on_connect # 返回連接狀態(tài)的回調(diào)函數(shù)

    mqttClient.on_message=on_message # 返回訂閱消息回調(diào)函數(shù)

    MQTT_HOST=MQTT_SERVER_IP # MQTT服務(wù)器地址

    # MQTT_PORT = MQTT_PORT  # MQTT端口

    mqttClient.username_pw_set("username","password")  # mqtt服務(wù)器賬號密碼

    mqttClient.connect(MQTT_HOST,MQTT_PORT,60)

    mqttClient.loop_start()  # 啟用線程連接

    returnmqttClient

5、發(fā)布消息

定義一個 while 循環(huán)語句，在循環(huán)中設(shè)置每秒調(diào)用 MQTT 客戶端publish函數(shù)向/python/mqtt主題發(fā)送消息。

ddefon_publish():

    # 發(fā)布消息

    msg_count=0

    whileTrue:

        time.sleep(1)

        mqttClient=mqtt_connect(MQTT_SERVER_IP,MQTT_PORT)

        topic='application/1/device/0000000000000444/tx'# 發(fā)布的主題，訂閱時需要使用這個主題才能訂閱此消息

        msg='{"confirmed": true,"data": "SGVsbG8=","fPort": 10}'

        result=mqttClient.publish(topic,msg)

        status=result[0]

        ifstatus==0:

            print('第{}條消息發(fā)送成功'.format(msg_count))

        else:

            print('第{}條消息發(fā)送失敗'.format(msg_count))

        msg_count+=1

6、訂閱消息

編寫消息回調(diào)函數(shù) on_message，函數(shù)將在客戶端從 MQTT Broker 收到消息后被調(diào)用，并打印出訂閱的 topic 名稱以及接收到的消息內(nèi)容。

defon_subscribe():

    """訂閱主題：mqtt/demo"""

    mqttClient=mqtt_connect(MQTT_SERVER_IP,MQTT_PORT)

    whileTrue:

        mqttClient.subscribe("application/#",2)

        time.sleep(1)

7、完整代碼

消息訂閱代碼

#!/usr/bin/python

frompaho.mqttimportclientasmqtt

importtime

importjson

# from settings import *

importbase64



"""

網(wǎng)關(guān)通過mqtt發(fā)出數(shù)據(jù)

json - ok

probuf - no

"""

MQTT_SERVER_IP="192.168.230.1"

MQTT_PORT=1883

defon_connect(client,userdata,flags,rc):

    """一旦連接成功, 回調(diào)此方法"""

    rc_status= ["連接成功","協(xié)議版本錯誤","無效的客戶端標(biāo)識","服務(wù)器無法使用","用戶名或密碼錯誤","無授權(quán)"]

    print("connect:",rc_status[rc])

defon_message(client,userdata,msg):

    """一旦訂閱到消息, 回調(diào)此方法"""

    print("主題"+msg.topic +" 消息"+str(msg.payload.decode('gbk')))

    print("主題"+msg.topic +" 消息"+str(msg.payload.decode()))

    try:

        temp=json.loads(msg.payload.decode())

        # client.disconnect()

        deveui=temp['devEUI']

        print("devEUI: ",deveui)

        data=temp['data']

        print("解碼前的data為: ",data)

        data_decode=base64.b64decode(data).hex()

        print("解碼后的data為: ",data_decode)

        str1=data_decode[4:]

        ifstr1[0:4]=="0167":

            a=int(str1[4:8],16)*0.1 

            print("溫度：",a,"℃")

            ifstr1[8:12]=="0268":

               b=int(str1[12:16],16)

            print("濕度：",b,"%RH")

        elifstr1[0:4]=="0268":

            c=int(str1[4:8],16)

            print("濕度：",c,"%RH")                       

    exceptExceptionase:

        print(e)

defmqtt_connect(MQTT_SERVER_IP,MQTT_PORT):

    """連接MQTT服務(wù)器"""

    client_id=time.strftime('%Y%m%d%H%M%S',time.localtime(time.time()))

    mqttClient=mqtt.Client(client_id)

    mqttClient.on_connect=on_connect # 返回連接狀態(tài)的回調(diào)函數(shù)

    mqttClient.on_message=on_message # 返回訂閱消息回調(diào)函數(shù)

    MQTT_HOST=MQTT_SERVER_IP # MQTT服務(wù)器地址

    # MQTT_PORT = MQTT_PORT  # MQTT端口

    mqttClient.username_pw_set("username","password")  # mqtt服務(wù)器賬號密碼

    mqttClient.connect(MQTT_HOST,MQTT_PORT,60)

    mqttClient.loop_start()  # 啟用線程連接

    returnmqttClient

defon_subscribe():

    """訂閱主題：mqtt/demo"""

    mqttClient=mqtt_connect(MQTT_SERVER_IP,MQTT_PORT)

    whileTrue:

        mqttClient.subscribe("application/#",2)

        # allure.attach("gateway/" + GATEWAY_EUI + "/event/up", name="topic")

        # mqttClient.subscribe("gateway/ac1f09fffe08f099/event/up", 2)

        time.sleep(1)

if__name__=='__main__':

    on_subscribe()

消息發(fā)布代碼

#!/usr/bin/python

frompaho.mqttimportclientasmqtt

importtime

importjson

# from settings import *

importbase64



"""

網(wǎng)關(guān)通過mqtt發(fā)出數(shù)據(jù)

json - ok

probuf - no

"""

MQTT_SERVER_IP="192.168.230.1"

MQTT_PORT=1883

defon_connect(client,userdata,flags,rc):

    """一旦連接成功, 回調(diào)此方法"""

    rc_status= ["連接成功","協(xié)議版本錯誤","無效的客戶端標(biāo)識","服務(wù)器無法使用","用戶名或密碼錯誤","無授權(quán)"]

    print("connect:",rc_status[rc])

defmqtt_connect(MQTT_SERVER_IP,MQTT_PORT):

    """連接MQTT服務(wù)器"""

    client_id=time.strftime('%Y%m%d%H%M%S',time.localtime(time.time()))

    mqttClient=mqtt.Client(client_id)

    mqttClient.on_connect=on_connect # 返回連接狀態(tài)的回調(diào)函數(shù)

    MQTT_HOST=MQTT_SERVER_IP # MQTT服務(wù)器地址

    # MQTT_PORT = MQTT_PORT  # MQTT端口

    mqttClient.username_pw_set("username","password")  # mqtt服務(wù)器賬號密碼

    mqttClient.connect(MQTT_HOST,MQTT_PORT,60)

    mqttClient.loop_start()  # 啟用線程連接

    returnmqttClient

defon_publish():

    # 發(fā)布消息

    msg_count=0

    whileTrue:

        time.sleep(1)

        mqttClient=mqtt_connect(MQTT_SERVER_IP,MQTT_PORT)

        topic='application/x/device/x/tx'# 發(fā)布的主題，訂閱時需要使用這個主題才能訂閱此消息

        msg='{"confirmed": true,"data": "SGVsbG8=","fPort": 10}'#需要發(fā)布的消息內(nèi)容

        result=mqttClient.publish(topic,msg)

        status=result[0]

        ifstatus==0:

            print('第{}條消息發(fā)送成功'.format(msg_count))

        else:

            print('第{}條消息發(fā)送失敗'.format(msg_count))

        msg_count+=1

if__name__=='__main__':

    on_publish()

測試

消息發(fā)布

運行 MQTT消息發(fā)布代碼，將看到客戶端連接成功，并且成功將消息發(fā)布。

消息訂閱

通過瑞科慧聯(lián)帶溫濕度傳感器的 Sensor hub進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，訂閱并解析數(shù)據(jù)結(jié)果如下：

五、總結(jié)

至此，我們完成了使用paho-mqtt客戶端連接到LoRaWAN?網(wǎng)關(guān)內(nèi)置 MQTT服務(wù)器，并實現(xiàn)了測試客戶端與 MQTT 服務(wù)器的連接、消息發(fā)布和訂閱并解析。

與 C ++ 或 Java 之類的高級語言不同，Python 比較適合設(shè)備側(cè)的業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)。使用 Python 可以減少代碼上的邏輯復(fù)雜度，降低與設(shè)備的交互成本。未來，我們相信在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域 Python 將會有更廣泛的應(yīng)用！