使用JavaScript和MQTT开发物联网应用

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。

IoT应用开发的数据链路

智能家居物联平台的数据链路

智能家居物联平台的数据链路

一般来说，可以把IoT应用分为如图所示的四层。

  1. 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。
  2. 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）。
  3. cloud云层：这里是集中处理业务的地方。
  4. 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。

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。

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。

MQTT+JavaScript

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。

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。

图2 MQTT的数据链路图

图2 MQTT的数据链路图

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。

图3 JavaScript在MQTT架构中常用的架构

JavaScript在MQTT架构中常用的框架

mosca（https://github.com/mcollina/mosca）

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。

MQTT.js（https://github.com/mqttjs/MQTT.js）

MQTT.js是官网推荐的JavaScript实现的Client端。

KOA和Express

这两者都是非常主流的Node版本的Server，简单易用。

实战物联网应用

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。

图4 “穿衣提示”业务场景框架

图4 “穿衣提示”业务场景框架

Broker端的实现

Broker端使用mosca，参考网页https://github.com/mcollina/mosca。

1、安装mosca。

  1. nmp install mosca --save

2、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。

  1. var mosca = require('mosca');
  3. var ascoltatore = {
  4.   //using ascoltatore
  5.   // type: 'mongo',
  6.   // url: 'mongodb://localhost:27017/mqtt',
  7.   // pubsubCollection: 'ascoltatori',
  8.   // mongo: {}
  9. };
  11. var settings = {
  12.   port: 1883,
  13.   backend: ascoltatore
  14. };
  16. var server = new mosca.Server(settings);
  18. server.on('clientConnected', function(client) {
  19.     console.log('client connected', client.id);
  20. });
  22. // fired when a message is received
  23. server.on('published', function(packet, client) {
  24.   console.log('Published', packet.payload); //{"clientId":"mqttjs_02fea7b4","topic":"/tips"}
  25.   // console.log('>>>packet', packet); //{"clientId":"mqttjs_02fea7b4","topic":"/tips"}
  26. });
  28. server.on('ready', setup);
  30. // fired when the mqtt server is ready
  31. function setup() {
  32.   console.log('Mosca server is up and running');
  33. }

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。

Client端的温度传感器实现

Client使用MQTT.js实现，参考网页https://github.com/mqttjs/MQTT.js

1、安装。

  1. npm install mqtt --save

2、启动。

  1. var mqtt = require('mqtt');
  2. var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');
  4. client.on('connect', function () {
  5.    console.log('>>> connected')
  6.    // client.subscribe('/tips')
  7.    setInterval(
  8.         ()=>{client.publish('/temperature', '30');},
  9.         3000
  10.     );
  12. })
  14. client.on('message', function (topic, message) {
  15.   // message is Buffer
  16.   console.log(message.toString())
  17. })
  19. // client.end();

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。

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。

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。

Server的实现

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。

实现代码如下：

  1. 'use strict'
  3. const mqtt = require('mqtt');
  4. var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');
  6. client.on('connect', function () {
  7.    console.log('>>> connected');
  8.    client.subscribe('/temperature');
  9. })
  11. client.on('message', function (topic, message) {
  12.   var temperature = parseInt(message.toString());
  13.   var data = {temperature};
  15.   if (temperature >= 60) {
  16.         data.tips = "热... 500服务器故障";
  17.   }
  18.   else if (temperature >= 50) {
  19.         data.tips = "今天天气非常热，建议不要穿衣服了";
  20.   }
  21.   else if (temperature >= 40) {
  22.         data.tips = "今天天气十分的热，建议穿短袖T恤+短裤";
  23.   }
  24.   else if (temperature >= 30) {
  25.         data.tips = "今天天气有点的热，建议穿短袖T恤";
  26.   }
  27.   else if (temperature >= 0) {
  28.         data.tips = "今天天气正好，可以穿上一件薄衣服";
  29.   }
  30.   else if (temperature >= -10) {
  31.         data.tips = "今天天气十分寒冷，棉袄可以穿上一件";
  32.   }
  33.   else {
  34.         data.tips = "今天天气十分十分寒冷，棉袄可以穿上二件";
  35.   }
  36.   client.publish('/tips', JSON.stringify(data));
  37.   // if (temperature+1) {}
  38.   // message is Buffer
  39.   console.log(JSON.stringify(data));
  40. })

App的实现

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。

1、安装koa。

  1. $ npm install koa

2、实现代码。

  1. 'use strict'
  3. const Koa = require('koa');
  4. const mqtt = require('mqtt');
  5. const app = new Koa();
  8. var msg = {temperature:"-",tips:""};
  9. // response
  10. app.use(ctx => {
  11.   ctx.body = "当前温度:" + msg.temperature + "度" + "\n" + '穿衣提示:'+msg.tips + "\n"  ;
  12. });
  14. app.listen(3000);
  16. //mqtt
  17. var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');
  19. client.on('connect', function () {
  20.    console.log('>>> connected');
  21.    client.subscribe('/tips');
  22. })
  24. client.on('message', function (topic, message) {
  25.   var data = JSON.parse(message.toString());
  26.   console.log(message.toString());
  27.   console.log(data.tips);
  28.   msg = data;
  30.   // if (temperature+1) {}
  31.   // message is Buffer
  32.   // let str = message.toString();
  33.   // let data = JSON.parse(message);
  34.   // console.log(data.tips);
  35.   // msg =  message.toString();
  36. })

Demo小节

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。

图5 Demo硬件演示

图5 Demo硬件演示

完整Demo代码已经分享在github中，大家可以输入URL下载。 https://github.com/coolnameismy/javascript-mqtt-demo-wearingTip

 

  • 版权声明： 本文源自 csdn， 于6年前，由整理发表，共 5659字。
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