目錄
- 1. MQTT是什么？
- 2. 開發交互UI
- 3. 服務器核心代碼
- 4. 客戶端核心代碼
- 5. 消息訂閱與發布
- 6. 通訊測試
- 7. MQTT與PLC通訊
- 最后. 核心總結
1. MQTT是什么？
MQTT（Message Queuing Terlemetry Transport）消息隊列遙測協議；是一種輕量級的發布/訂閱消息傳輸協議，專為IOT、低帶寬、高延遲的網絡環境設計，具有高效、低耗、海量設備連接特性。
1.通訊原理
- 發布（Publisher）：發布消息到特定主題（Topic）
- 訂閱（Subscriber）：訂閱主題接收消息
- 代理（Broker）：消息路由管理，接收發布的消息，頒發給所有訂閱者
示例：傳感器（Publisher）發送消息到主題（Topic），代理（Broker）接收消息并檢查該主題的所有客戶端，訂閱者（Subscriber）實時接收消息
2.消息結構
- 主題（topic）+負載（payload）
3.必要條件
- MQTT Broker： 消息代理服務器
- 客戶端庫： 設備或應用需集成MQTT客戶端
- 端口： 默認非加密端口 1883，加密端口 8883（TLS/SSL）
- 連接認證： 支持用戶名/密碼、客戶端證書等認證方式
- QoS服務質量/策略
| QoS等級 | 描述 | 適用場景 |
|---|---|---|
| 0 | 最多一次（無確認） | 實時性高，允許丟數據 |
| 1 | 至少一次（需確認） | 數據需可靠但不重復 |
| 2 | 精確一次（握手確認） | 關鍵數據，嚴格不重復 |
4. 關鍵特性
遺囑消息（Last Will）
- 設備異常斷開時，Broker 自動發布預設消息（如“設備離線”），通知其他客戶端。
保留消息（Retained）
- Broker 保存主題的最新消息，新訂閱者首次連接時立即獲取。
主題層級（Topic Hierarchy）
- 支持多級通配符（+ 單層，# 多層）
- 例如：
home/floor1/temperature; home/+/status（匹配所有樓層狀態）
5.應用場景
- 移動設備遠程監控（AGV狀態上報）
- 跨廠區數據匯聚（通過云平臺中轉）
2. 開發交互UI
創建WindowsFormAPP項目，NuGet安裝MQTTnet開源庫（項目-屬性-框架；需與程序包的依賴項一致<否則安裝錯誤>：PM> NuGet\Install-Package MQTTnet -Version 2.8.2）
控件
- label、TextBox、ComboBox、Button
- ListView（Dock=停靠<視圖=Details；小Imagelist=Imagelist1；編輯列=Infoname、Content>）
容器
- SplitContainer（Orienting=垂直；SplitterWith=1；BorderStyle=邊框）
組件
- Imagelist（添加圖像）
- timer（Enabled=true、Interval=1000）
狀態
- StatusStrip（系統時間、連接數量、版本說明）
Server端
- 窗體設置（Text=標題、Font=字體、StartPosition=位置、FormBoardStyle=邊框）
- 給定服務IP，固定端口號，設置開始、停止服務、快捷打開客戶端按鈕
- 設置日志消息顯示窗口；設置狀態欄
Client端
- 技巧：復制FrmServer（修改窗口、Designer代碼）
- 容器：在SP1的Panel2添加SplitContainer2（Listview放在SP2的Panel1中）；
- 設置SP1的FixedPanel的Panel1不動；設置SP2的FixedPanel的Panel2不動
- 客戶端可發布主題消息
- 設置連接、訂閱、取消訂閱、發布主題按鈕；
- 主題信息、給定QoS策略
3. 服務器核心代碼
初始化-public FrmServer(){…}
- 獲取IP集合
（Dns.GetHostAddresses） - 綁定控件
（cmb_iplist.DataSource、.SelectedIndex）
創建服務器對象（IMqttServer）（->服務啟動按鈕點擊事件）
- 創建服務器配置 _
var optionsBuilder = new MqttServerOptionsBuilder()
– 驗證用戶密碼_.WithConnectionValidator(c =>... - 實例化服務對象_
mqttServer = new MqttFactory().CreateMqttServer(); - 創建MQTT事件方法_
mqttServer.ClientConnected += MqttServer_ClientConnected;
– 方法日志顯示_this.AddLog(0, "MQTT客戶端已連接" + "ClietID:" + e.ClientId.Length); - 啟動服務_
mqttServer.StartAsync(optionsBuilder.Build());
日志對象
- 創建委托_
public delegate void AddlogDelegate(int index, string info); - 委托方法_
private void AddlogMothod(int index, string info){...} - 委托對象_
private AddlogDelegate AddLog; - 對象綁定方法 _
this.AddLog = this.AddlogMothod; - 對象應用eg:_
this.AddLog(0, "MQTT服務端已停止");
狀態欄
- 系統時間_
this.tss_time.Text = DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); - 連接個數（連接/斷開事件更新）_
this.tss_connnum.Text = mqttServer.GetClientSessionsStatusAsync().Result.Count.ToString();
其他
- 停止服務_
mqttServer.StopAsync(); - 清空日志_
this.lst_info.Items.Clear(); - 打開客戶端（注意“重新生成解決方案”）_
new FrmClient().Show(); - 當前時間_
DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); - 關閉窗體停止服務
4. 客戶端核心代碼
初始化
- 獲取IP集合
（Dns.GetHostAddresses） - 綁定控件
（cmb_iplist.DataSource、.SelectedIndex）
快捷打開客戶端，ServerIP、Port自動填寫
- 創建帶參數的初始化構造方法_
public FrmClient(string ip, string port)
創建客戶端對象（IMqttClient）（->客戶端連接按鈕點擊事件）
- 創建客戶端配置_
var option = new MqttClientOptions() { ClientId = Guid.NewGuid().ToString("D") }; - 創建通道配置_
option.ChannelOptions = new MqttClientTcpOptions() - 是否啟用賬戶_
if (this.chk_isuserpwd.Checked) - 創建會話配置_
option.CleanSession = true; - 創建客戶端對象_
mqttClient = new MqttFactory().CreateMqttClient(); - 連接服務器_
mqttClient.ConnectAsync(option); - 綁定事件方法（添加日志）_
mqttClient.Connected += mqttClient_Connected;
日志顯示
- 創建委托方法_與服務端一致
- 創建委托對象_與服務端一致
- 初始化對象綁定方法_與服務端一致
- 對象引用eg_與服務端一致
其他
- 斷開連接_
mqttClient.DisconnectAsync();
5. 消息訂閱與發布
客戶端可以正確連接后，只有訂閱與發布消息，才算真正進行數據通訊；消息的訂閱和發布均在客戶端進行，服務端只需提供一個服務供客戶連接（橋梁的作用）；小節解釋消息訂閱發布的核心代碼。
QoS服務策略（下拉框獲取）
- QoS服務策略(枚舉類型)_
this.cmb_qos_pub.DataSource = Enum.GetNames(typeof(MqttQualityOfServiceLevel));
消息訂閱
- 訂閱主題_
mqttClient.SubscribeAsync(new List<TopicFilter>(){...});1
消息取消訂閱
- 取消訂閱_
mqttClient.UnsubscribeAsync(this.txt_topic_sub.Text);
消息發布
- 創建消息對象_
var msg = new MqttApplicationMessage(){...}2 - 發布消息_
mqttClient.PublishAsync(msg);
6. 通訊測試
7. MQTT與PLC通訊
將msg對象中的Payload更改為PLC的寄存器即可
自動發布
- 添加定時器timer1_設置頻率，事件（消息內容，自動發布）
- 連接成功時啟動定時器_
this.timer1.Enabled = true;
消息內容
- 添加引用（西門子通訊庫）
- 創建PLC對象
- 讀取PLC變量
- 添加到msg中的Payload中_
Payload = Encoding.UTF8.GetBytes(plcmsg),
最后. 核心總結
1. 開發實現
服務端：
- 功能：IP/端口配置、啟動/停止服務、連接監控
- 初始化 MqttServer 對象
- 處理連接/斷開事件（日志記錄、狀態更新）
客戶端：
- 功能：連接/斷開、訂閱/取消主題、消息發布
- 配置 MqttClient（IP、端口、認證）
- 實現訂閱 (SubscribeAsync) /發布 (PublishAsync)
2. 進階應用
PLC 集成：
- 自動發布：定時器讀取 PLC 數據并推送
- 數據格式：Payload 封裝寄存器值（如 Siemens PLC 數據）
異常測試：
- 基礎測試：服務端啟停、客戶端連接/斷開
- 消息流驗證：訂閱發布功能、QoS 策略生效
- 異常測試：網絡斷開重連、遺囑消息觸發
附：關鍵代碼片段
服務端啟動：
var options = new MqttServerOptionsBuilder().WithDefaultPort(1883).Build();
mqttServer = new MqttFactory().CreateMqttServer();
mqttServer.StartAsync(options);
客戶端發布消息：
var msg = new MqttApplicationMessage {Topic = "sensor/temp",Payload = Encoding.UTF8.GetBytes("25℃"),QoS = MqttQualityOfServiceLevel.AtLeastOnce
};
client.PublishAsync(msg);
PLC 數據讀取：
var plcValue = SiemensPLC.Read("DB1.DBD0"); // 讀取浮點數
var payload = $"{{\"temperature\": {plcValue}}}";
源碼鏈接
學習鏈接
創建TopicFilter對象_
new TopicFilter(this.txt_topic_sub.Text， (MqttQualityOfServiceLevel)Enum.Parse(typeof(MqttQualityOfServiceLevel),this.cmb_qos_sub.Text))??消息對象賦值_
Topic = this.txt_topic_pub.Text, QualityOfServiceLevel =(MqttQualityOfServiceLevel)Enum.Parse(typeof(MqttQualityOfServiceLevel), this.cmb_qos_pub.Text), Payload = Encoding.UTF8.GetBytes(this.txt_msg_pub.Text), Retain = false,??
)
