總覽

1.流程概述
2.開始搭建！
3.

一、流程概述

0.總體流程

二、開始搭建

1.下載 MQTTX 客戶端（在PC上）

https://mqttx.app/zh/downloads

在這里插入圖片描述

2.新建 MQTTX 連接

0.點擊左側的加號，開始新建連接。

在這里插入圖片描述

一共需要填寫幾個參數：

1.名稱：想起什么名稱都可以

在這里插入圖片描述

2.服務器地址：填入你的云服務器外網IP

在這里插入圖片描述

3.用戶名和密碼：填入你剛才登錄 EMQX 的用戶名和密碼（就是默認用戶名是 admin 、默認密碼是 public 的那個）

在這里插入圖片描述

4.創建連接成功
在這里插入圖片描述

3.使用 MQTTX 向 HomeAssistant 添加設備（此設備） & 實體（此設備上的傳感器…可以很多個）

3.1 添加設備和實體
這個步驟需要注意的就是，topic 里面的內容應該是 unique_id 的值加上 /config。如果不明白，看我下面的 json代碼和圖片來理解。照葫蘆畫瓢即可。


homeassistant/sensor/HA/HA-HYDC-A-60-01-currentTemp/config{"unique_id": "HA-HYDC-A-60-01-currentTemp","name": "currentTemp","icon": "mdi:thermometer","state_topic": "HA-HYDC-A-60-01/currentTemp/state","json_attributes_topic": "HA-HYDC-A-60-01/currentTemp/attributes","unit_of_measurement": "℃","device": {"identifiers": "HYDC-A-60-01","manufacturer": "遼寧鴻昱石油機械制造有限公司","model": "HA","name": "HYDC-A-60-01","sw_version": "1.0"}
}

在這里插入圖片描述

3.2 查看設備和實體
去 HomeAssistant 里面配置 -> MQTT 就能看見設備和實體啦。（我這里已經添加了實體，并且實驗著賦值了，你不是這樣的界面很正常。照葫蘆畫瓢，自己去改參數的內容，這很重要）

在這里插入圖片描述

3.3 測試著使用 MQTTX 給設備的實體（設備上具體的傳感器）賦值
像下面這段代碼，topic 是 HA-HYDC-A-60-01/currentTemp/state，指的就是你剛剛創建的設備上的實體的值。
我現在給它賦值34，就能在 HomeAssistant 里面看到這個值。


HA-HYDC-A-60-01/currentTemp/state35

在這里插入圖片描述

3.4 給此設備添加第2、3、4…個實體的操作步驟
我們剛才在創建這個設備的時候，也創建了它的第一個實體，現在我們要創建第二個，請注意看下面的代碼和上面代碼的相同和不同之處。你會發現他們的 “device” 詞條是一樣的，但是上面的內容改變了。剛才我們創建的傳感器叫“currentTemp”，而這次我們創建的傳感器叫“setTemp”。而且標題也改變了。

在發送下面這段代碼之后，會發現 HomeAssistant 里面出現了第二個傳感器，和剛才是一樣的，我們創建好第二個傳感器之后也可以通過剛才的方式給它賦值。


homeassistant/sensor/HA/HA-HYDC-A-60-01-setTemp/config{"unique_id": "HA-HYDC-A-60-01-setTemp","name": "setTemp","icon": "mdi:thermometer","state_topic": "HA-HYDC-A-60-01/setTemp/state","json_attributes_topic": "HA-HYDC-A-60-01/setTemp/attributes","unit_of_measurement": "℃","device": {"identifiers": "HYDC-A-60-01","manufacturer": "遼寧鴻昱石油機械制造有限公司","model": "HA","name": "HYDC-A-60-01","sw_version": "1.0"}
}


HA-HYDC-A-60-01/setTemp/state35

在這里插入圖片描述

4.在 ESP32S3 上寫入程序，連接 WIFI 并讓它連接到云服務器上的 MQTT 網絡服務

4.1 給 ESP32S3 寫入程序
給這段程序起個名字吧，隨便。我的是 MQTTX_WIFI.py
請注意，你需要更改這里面的幾個地方，我在下面代碼中句子的后面加上了注釋“請修改：xxx”

import time
from machine import Pin
import network
from umqttsimple import MQTTClientdef do_wifi_connect():wifi_name = 'TP-LINK_FEEC'	# 請修改：改成你的 WIFI 名稱wifi_password = 'hbz12345'  # 請修改：改成你的 WIFI 密碼wlan = network.WLAN(network.STA_IF)wlan.active(True)if not wlan.isconnected():print('Connecting to WIFI...')print('WIFI name == ',wifi_name)print('WIFI password == ',wifi_password)wlan.connect(wifi_name, wifi_password)i = 1while not wlan.isconnected():print("Connecting for ",i,' seconds...')i += 1time.sleep(1)print('network config:', wlan.ifconfig())def sub_cb(topic, msg): # 回調函數，收到服務器消息后會調用這個函數print(topic, msg)# ---- 控制 指令 --------if topic.decode("utf-8") == "ledctl" and msg.decode("utf-8") == "on":led_pin.value(1)elif topic.decode("utf-8") == "ledctl" and msg.decode("utf-8") == "off":led_pin.value(0)# ---- 監控 指令 --------# 1. 聯網
do_wifi_connect()# 2. 創建mqt
YzyMqttClient = MQTTClient("YzyMqttClient", "182.93.213.218")  # 請修改：可以選擇將 YzyMqttClient 改成你想要的對象名，然后把 182.93.213.218 改成你的 云服務器外網 IP
YzyMqttClient.set_callback(sub_cb)  # 設置回調函數
YzyMqttClient.connect()  # 建立連接
YzyMqttClient.subscribe(b"ledctl")  # 監控ledctl這個通道，接收控制命令# ---- 添加 --------
# 3. 創建LED對應Pin對象
led_pin = Pin(1, Pin.OUT)
# ---- 添加 --------while True:i = 0YzyMqttClient.check_msg()time.sleep(0.5)YzyMqttClient.publish("hello","my name is esp32s3...",i)time.sleep(1)i += 1

4.2 導入依賴包 umqttsimple.py
自己創建一個 umqttsimple.py 文件，內容如下（不需要自己往里面加什么）：

import usocket as socket
import ustruct as struct
from ubinascii import hexlifyclass MQTTException(Exception):passclass MQTTClient:def __init__(self,client_id,server,port=0,user=None,password=None,keepalive=0,ssl=False,ssl_params={},):if port == 0:port = 8883 if ssl else 1883self.client_id = client_idself.sock = Noneself.server = serverself.port = portself.ssl = sslself.ssl_params = ssl_paramsself.pid = 0self.cb = Noneself.user = userself.pswd = passwordself.keepalive = keepaliveself.lw_topic = Noneself.lw_msg = Noneself.lw_qos = 0self.lw_retain = Falsedef _send_str(self, s):self.sock.write(struct.pack("!H", len(s)))self.sock.write(s)def _recv_len(self):n = 0sh = 0while 1:b = self.sock.read(1)[0]n |= (b & 0x7F) << shif not b & 0x80:return nsh += 7def set_callback(self, f):self.cb = fdef set_last_will(self, topic, msg, retain=False, qos=0):assert 0 <= qos <= 2assert topicself.lw_topic = topicself.lw_msg = msgself.lw_qos = qosself.lw_retain = retaindef connect(self, clean_session=True):self.sock = socket.socket()addr = socket.getaddrinfo(self.server, self.port)[0][-1]self.sock.connect(addr)if self.ssl:import usslself.sock = ussl.wrap_socket(self.sock, **self.ssl_params)premsg = bytearray(b"\x10\0\0\0\0\0")msg = bytearray(b"\x04MQTT\x04\x02\0\0")sz = 10 + 2 + len(self.client_id)msg[6] = clean_session << 1if self.user is not None:sz += 2 + len(self.user) + 2 + len(self.pswd)msg[6] |= 0xC0if self.keepalive:assert self.keepalive < 65536msg[7] |= self.keepalive >> 8msg[8] |= self.keepalive & 0x00FFif self.lw_topic:sz += 2 + len(self.lw_topic) + 2 + len(self.lw_msg)msg[6] |= 0x4 | (self.lw_qos & 0x1) << 3 | (self.lw_qos & 0x2) << 3msg[6] |= self.lw_retain << 5i = 1while sz > 0x7F:premsg[i] = (sz & 0x7F) | 0x80sz >>= 7i += 1premsg[i] = szself.sock.write(premsg, i + 2)self.sock.write(msg)# print(hex(len(msg)), hexlify(msg, ":"))self._send_str(self.client_id)if self.lw_topic:self._send_str(self.lw_topic)self._send_str(self.lw_msg)if self.user is not None:self._send_str(self.user)self._send_str(self.pswd)resp = self.sock.read(4)assert resp[0] == 0x20 and resp[1] == 0x02if resp[3] != 0:raise MQTTException(resp[3])return resp[2] & 1def disconnect(self):self.sock.write(b"\xe0\0")self.sock.close()def ping(self):self.sock.write(b"\xc0\0")def publish(self, topic, msg, retain=False, qos=0):pkt = bytearray(b"\x30\0\0\0")pkt[0] |= qos << 1 | retainsz = 2 + len(topic) + len(msg)if qos > 0:sz += 2assert sz < 2097152i = 1while sz > 0x7F:pkt[i] = (sz & 0x7F) | 0x80sz >>= 7i += 1pkt[i] = sz# print(hex(len(pkt)), hexlify(pkt, ":"))self.sock.write(pkt, i + 1)self._send_str(topic)if qos > 0:self.pid += 1pid = self.pidstruct.pack_into("!H", pkt, 0, pid)self.sock.write(pkt, 2)self.sock.write(msg)if qos == 1:while 1:op = self.wait_msg()if op == 0x40:sz = self.sock.read(1)assert sz == b"\x02"rcv_pid = self.sock.read(2)rcv_pid = rcv_pid[0] << 8 | rcv_pid[1]if pid == rcv_pid:returnelif qos == 2:assert 0def subscribe(self, topic, qos=0):assert self.cb is not None, "Subscribe callback is not set"pkt = bytearray(b"\x82\0\0\0")self.pid += 1struct.pack_into("!BH", pkt, 1, 2 + 2 + len(topic) + 1, self.pid)# print(hex(len(pkt)), hexlify(pkt, ":"))self.sock.write(pkt)self._send_str(topic)self.sock.write(qos.to_bytes(1, "little"))while 1:op = self.wait_msg()if op == 0x90:resp = self.sock.read(4)# print(resp)assert resp[1] == pkt[2] and resp[2] == pkt[3]if resp[3] == 0x80:raise MQTTException(resp[3])return# Wait for a single incoming MQTT message and process it.# Subscribed messages are delivered to a callback previously# set by .set_callback() method. Other (internal) MQTT# messages processed internally.def wait_msg(self):res = self.sock.read(1)self.sock.setblocking(True)if res is None:return Noneif res == b"":raise OSError(-1)if res == b"\xd0":  # PINGRESPsz = self.sock.read(1)[0]assert sz == 0return Noneop = res[0]if op & 0xF0 != 0x30:return opsz = self._recv_len()topic_len = self.sock.read(2)topic_len = (topic_len[0] << 8) | topic_len[1]topic = self.sock.read(topic_len)sz -= topic_len + 2if op & 6:pid = self.sock.read(2)pid = pid[0] << 8 | pid[1]sz -= 2msg = self.sock.read(sz)self.cb(topic, msg)if op & 6 == 2:pkt = bytearray(b"\x40\x02\0\0")struct.pack_into("!H", pkt, 2, pid)self.sock.write(pkt)elif op & 6 == 4:assert 0# Checks whether a pending message from server is available.# If not, returns immediately with None. Otherwise, does# the same processing as wait_msg.def check_msg(self):self.sock.setblocking(False)return self.wait_msg()

4.3 運行剛才我們編寫的 MQTTX_WIFI.py，并使用 MQTTX 向它發送內容
我在 ESP32S3 的 GPIO1 接了一個繼電器，所以上面的代碼我解釋一下：

def sub_cb(topic, msg): # 回調函數，收到服務器消息后會調用這個函數print(topic, msg)# ---- 控制 指令 --------if topic.decode("utf-8") == "ledctl" and msg.decode("utf-8") == "on":led_pin.value(1)elif topic.decode("utf-8") == "ledctl" and msg.decode("utf-8") == "off":led_pin.value(0)# ---- 監控 指令 --------

這是剛才代碼中回調函數的部分，意思是，如果 ESP32S3 接收到 topic 是 “ledctl” 的、內容是 on 的消息，就將 GPIO1 的電平拉高，繼電器也就合了。相反，如果 ESP32S3 接收到 topic 是 “ledctl” 的、內容是 off 的消息，就將 GPIO1 的電平拉低，繼電器也就開了。而有趣的是，我們能夠使用電腦端的 MQTTX 給 ESP32S3 遠程發送指令。

情況 1：遠程控制 - 繼電器合：
在這里插入圖片描述

情況 2：遠程控制 - 繼電器開：
在這里插入圖片描述
至此，你已經可以通過電腦遠程控制 ESP32S3 終端了，我只是介紹這個過程，至于實際應用，你需要根據你現有的主程序等進行自己修改，讓它控制你想要控制的 GPIO 等…

5.在 ESP32S3 上寫入程序，讓它能夠發送自己的數據至云服務器

懶得寫了… 太多了倒是還好，主要是每個人的程序不一樣。把我的 main.py 粘上來大家照葫蘆畫瓢吧…


import time
import machine
import _thread
import sys
import max31865
from pid import PID
import ujson
from machine import UART
from machine import Pin
import network
from umqttsimple import MQTTClient
import MQTTX_WIFI#------------------------------------------- 0.創建多線程 -------------------------------------------## 0.1 MQTT監聽打開 - 線程
def MQTT_Listener(*args, **kwargs):print("------------ 正在創建 MQTT_Listener 線程 -----------\n")print("1.正在設置回調函數...")YzyMqttClient.set_callback(MQTTX_WIFI.sub_cb)  # 設置回調函數print("1.OK\n")print("2.正在建立 MQTT 連接")YzyMqttClient.connect()  # 建立連接print("2.OK\n")control_topic = "HYDC-A-60-01-control_topic"print("3.正在設置 MQTT_Listener 通訊 control_topic == {} ... ".format(control_topic))YzyMqttClient.subscribe(b"{}".format(control_topic))  # 監控ledctl這個通道，接收控制命令print("3.OK\n")print("4.正在設置引腳...")led_pin = Pin(1, Pin.OUT)print("4.OK\n")time.sleep(1)#------------------------------------- 1.初始化 PIN / UART 端口 -------------------------------------## 1.1 初始化-顯示器：
#     UART 1（ pin_tx == 47; pin_rx == 48）
uart = UART(1, baudrate=115200, tx=47, rx=48)
# 1.2 初始化-繼電器：
#     GPIO 1 為 輸出模式
pin_1 = machine.Pin(1, machine.Pin.OUT)
pin_1.init(mode=machine.Pin.OUT, pull=None)
# 1.3 初始化-溫度+/-按鈕：
#     GPIO 16、GPIO 17 為 輸入模式。
#     GPIO 16（溫度+）; GPIO 17（溫度-）
switch_setTemp_up = machine.Pin(16, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)
switch_setTemp_down = machine.Pin(17, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP)#--------------------------------------- 2.參數配置 PID / PWM ---------------------------------------## 2.1 PID 控制器配置：
setTemp = 60                               # 目標溫度（default==60）
Kp = 2                                      # 更改此值設置 PID 的 Kp 值
Ki = 0.2                                    # 更改此值設置 PID 的 Ki 值
Kd = 0.05                                   # 更改此值設置 PID 的 Kd 值
pid_controller = PID(Kp, Ki, Kd, setTemp)  # 向 PID 函數傳遞參數
# 2.2 設置 PWM 引腳和頻率：
pwm_pin = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)  # 選擇 GPIO15 作為 PWM 控制引腳
pwm = machine.PWM(pwm_pin)                  # 向 PWM 類傳遞參數，創建 PWM 對象
pwm.freq(1500)                              # 設置 PWM 對象的頻率（建議范圍：1000-20000 Hz）#----------------------------------------- 3.WIFI 遠程 MQTT -----------------------------------------## 3.1 使用 WIFI 連接網絡
print("---------------- 正在連接 WIFI ... ---------------\n")
MQTTX_WIFI.do_wifi_connect()
time.sleep(1)
# 3.2 創建mqt
print("-------------- 正在建立 MQTTClient ... ------------\n")
print("1.正在創建 MQTT Client ...")
YzyMqttClient = MQTTClient("YzyMqttClient", "183.72.219.207",1883,"admin","fish0424",keepalive=60)  # 建立一個MQTT客戶端
print("1.OK\n")
# 0.定義 設備名稱
homeassistant_device_name = "HYDC-A-60-01"
# 1.定義 傳感器 currentTemp 名稱、類型
print("2.正在創建 傳感器 currentTemp ...")
homeassistant_device_sensor_currentTemp_name = "currentTemp"
homeassistant_device_sensor_currentTemp_type = "Temp"
print("2.OK\n")
# 2.定義 傳感器 setTemp 名稱、類型
print("3.正在創建 傳感器 setTemp ...")
homeassistant_device_sensor_setTemp_name = "setTemp"
homeassistant_device_sensor_setTemp_type = "Temp"
print("3.OK\n")
# 1.1 定義 傳感器 currentTemp 發送報文 topic
homeassistant_device_sensor_currentTemp_state_topic = "HA-%s/%s/state" % (homeassistant_device_name, homeassistant_device_sensor_currentTemp_name)
# 2.1 定義 傳感器 setTemp 發送報文 topic
homeassistant_device_sensor_setTemp_state_topic = "HA-%s/%s/state" % (homeassistant_device_name, homeassistant_device_sensor_setTemp_name)
time.sleep(1)#------------------------------------------- 4.開啟 多線程 -------------------------------------------## 4.1 開啟 MQTT_Listener 線程
thread_1 = _thread.start_new_thread(MQTT_Listener, (1,))
time.sleep(1)print("---------------- main 函數開始運行 ... --------------\n")
while True:# ------------ 1.溫度檢測 ------------ ## 1.1：溫度值讀取 - temp_4、temp_5、temp_6、temp_7temp_4 = round(max31865.read_max31865_temperature_4(), 1)time.sleep_ms(30)temp_5 = round(max31865.read_max31865_temperature_5(), 1)time.sleep_ms(30)temp_6 = round(max31865.read_max31865_temperature_6(), 1)time.sleep_ms(30)temp_7 = round(max31865.read_max31865_temperature_7(), 1)time.sleep_ms(30)# 1.2：計算4路config值config_4 = max31865.read_config_4()config_5 = max31865.read_config_5()config_6 = max31865.read_config_6()config_7 = max31865.read_config_7()# -------------- 2.PID -------------- ## 2.1：根據 temp_4 計算輸出 PWM 信號強度output_value = pid_controller.compute(temp_4)# 2.2：將輸出值限制在 0-100% 的范圍內，并將其映射到PWM占空比（0-1023）output_value = max(min(output_value, 100), 0)duty_cycle = int(output_value * 1023 / 100)# 2.3：設置 PWM 占空比pwm.duty(duty_cycle)# 2.4：獲取 PID 參數errorsum = pid_controller.get_constants()# ------------- 3.繼電器 ------------- ## 3.1：設置繼電器控制邏輯，大于設定溫度15℃自動斷開if temp_4 < setTemp + 15:pin_1.value(1)else:pin_1.value(0)# ---------- 4.溫度 +/- 按鈕 --------- ## 4.1：設置微動開關邏輯if switch_setTemp_up.value() == 0 and setTemp < 120:setTemp += 1pid_controller.set_setTemp(setTemp)  # 更新PID控制器的目標值time.sleep_ms(200)  # 為了防止多次觸發，暫停200msif switch_setTemp_down.value() == 0 and setTemp > 30:setTemp -= 1pid_controller.set_setTemp(setTemp)  # 更新PID控制器的目標值time.sleep_ms(200)  # 為了防止多次觸發，暫停200ms# ---------- 5.顯示器串口傳輸 --------- ## 5.1：UART，將數據轉jsondata = {'temp4': temp_4, 'temp5': temp_5, 'temp6': temp_6, 'setTemp': setTemp}json_data = ujson.dumps(data)# 5.2：發送JSON數據到另一個ESP32S3（顯示器）uart.write(json_data + '\n')# ----------- 6.MQTT遠傳監視 ---------- #YzyMqttClient.check_msg()time.sleep(0.3)homeassistant_device_sensor_currentTemp_state_content = round(temp_4, 1)homeassistant_device_sensor_setTemp_state_content = setTemp# 1.2 定義 傳感器 currentTemp 發送報文 contentsend_content_currentTemp = ujson.dumps(homeassistant_device_sensor_currentTemp_state_content)# 2.2 定義 傳感器 setTemp 發送報文 contentsend_content_setTemp = ujson.dumps(homeassistant_device_sensor_setTemp_state_content)# 3.發送 currentTemp、setTemp 報文（包含 topic 和 content）YzyMqttClient.publish(homeassistant_device_sensor_currentTemp_state_topic,send_content_currentTemp)time.sleep(0.1)YzyMqttClient.publish(homeassistant_device_sensor_setTemp_state_topic,send_content_setTemp)time.sleep(0.1)# ---------- 7.串口監視器調試 --------- ## 6.1：輸出溫度print("CS-4-PT100:當前溫度: {:.2f}".format(temp_4))print("CS-5-PT100:當前溫度: {:.2f}".format(temp_5))print("CS-6-PT100:當前溫度: {:.2f}".format(temp_6))print("CS-7-PT100:當前溫度: {:.2f}".format(temp_7))# 6.2：輸出 max-31865 的 configprint("CS-4-Config: 0x{:02x}".format(config_4))print("CS-5-Config: 0x{:02x}".format(config_5))print("CS-6-Config: 0x{:02x}".format(config_6))print("CS-7-Config: 0x{:02x}".format(config_7))# 6.3：輸出 PID 相關參數print("PID控制程序輸出功率百分比: {:.2f}%".format(output_value))print("errorsum ==",errorsum)print("setTemp ==",setTemp)print("PWM Duty Cycle: {}".format(duty_cycle))print("Kp: {}, Ki: {}, Kd: {}".format(Kp, Ki, Kd))# 6.4：輸出 傳輸至顯示器的 json_data 內容print("json_data ==",json_data,"\n")time.sleep(0.1)