Kay-Larry

前端程序员是怎么做物联网开发的

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上图是我历时一周做的在线的温湿度可视化项目,可以查看截至目前往前一天的温度、湿度变化趋势,并且实时更新当前温湿度

本文可能含有知识诅咒

概述和基础讲解

该项目用到的技术有:

  • 前端:jq、less、echarts、mqtt.js
  • 后端:eggjs、egg-emqtt
  • 数据库:mysql
  • 服务器:emqx(mqtt broker)
  • 硬件:
    • 板子:wemos D1 R2(设计基于 Arduino Uno R3 , 搭载esp8266 wifi模块)
  • 调试工具:mqttx、Arduino IDE v2.0.3 使用Arduino C开发

必备知识:

  • nodejs(eggjs框架)能面向业务即可
  • mysql 能写基本插入查询语句即可
  • C语言的基本语法了解即可
  • 知道mqtt协议的运作方式即可
  • arduino 开发板或任何其他电路板的初步了解即可

简单介绍一下上面几个的知识点:

  1. 从来没有后端学习经验的同学,推荐一个全栈项目供你参考:vue-xmw-admin-pro ,该项目用到了 前端VUE、后端eggjs、mysql、redis,对全栈学习很有帮助。

  2. mysql 只需要知道最简单的插入和查询语句即可,在本项目中,其实使用mongodb是更合适的,但是我为了方便,直接用了现成的mysql

  3. 即使你不知道C语言的基本语法,也可以在一小时内快速了解一下,知道简单的定义变量、函数、返回值即可

  4. MQTT(消息队列遥测传输)是一种网络协议(长连接,意思就是除了客户端可以主动向服务器通信外,服务器也可以主动向客户端发起),也是基于TCP/IP的,适用于算力低下的硬件设备使用,基于发布\订阅范式的消息协议,具体示例如下:

    image-20230104170333941

    当某客户端想发布消息时,图大概长这样:

    image-20230104171235368

    由上图可知,当客户端通过验证上线后,还需要订阅主题,当某客户端向某主题发布消息时,只有订阅了该主题的客户端会收到broker的转发。

    举一个简单的例子:你和我,还有他,我们把自己的名字、学号报告给门卫大爷(broker),门卫大爷就同意我们在警卫室玩一会,警卫室有无数块黑板(topic),我们每个人都可以向门卫请求:如果某黑板上被人写了字,请转告给我。门卫会记住每个人的要求,比如当你向一块黑板写了字(你向某topic发送了消息),所有要求门卫告诉的人都会被门卫告知你写了什么(如果你也要求被告知,那么也包括你自己)。

  5. 开发板可以被写入程序,程序可以使用简单的代码控制某个针脚的高低电平,或者读取某针脚的数据。

开始

  1. 购买 wemos d1开发板、DHT11温湿度传感器,共计19.3元。
  2. 使用arduino ide(以下简称ide) 对wemos d1编程需要下载esp8266依赖 参见:Arduino IDE安装esp8266 SDK
  3. 在ide的菜单栏选择:文件>首选项>其他开发板管理器地址填入:http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json,可以顺便改个中文
  4. 安装ch340驱动参见: win10 安装 CH340驱动 实测win11同样可用
  5. 使用 micro-usb 线,连接电脑和开发板,在ide菜单中选择:工具>开发板>esp8266>LOLIN(WEMOS) D1 R2 & mini
  6. 选择端口,按win+x,打开设备管理器,查看你的ch340在哪个端口,在ide中选择对应的端口
  7. 当ide右下角显示LOLIN(WEMOS) D1 R2 & mini 在comXX上时,连接就成功了
  8. 打开ide菜单栏 :文件>示例>esp8266>blink,此时ide会打开新窗口,在新窗口点击左上角的上传按钮,等待上传完成,当板子上的灯一闪一闪,就表明:环境、设置、板子都没问题,可以开始编程了,如果报错,那么一定是哪一步出问题了,我相信你能够根据错误提示找出到底是什么问题,如果实在找不出问题,那么可能买到了坏的板子(故障率还是蛮高的)

wemos d1 针脚中有一个 3.3v电源输出,三个或更多的GND接地口,当安装DHT11传感器元件时,需要将正极插入3.3v口,负极插入GND口,中间的数据线插入随便的数字输入口,比如D5口(D5口的PIN值是14,后面会用到)。

使用DHT11传感器,需要安装库:DHT sensor library by Adafruit , 在ide的左侧栏中的库管理中直接搜索安装即可

下面是一个获取DHT11数据的简单示例,如果正常的话,在串口监视器中,会每秒输出温湿度数据

#include "DHT.h"  //这是依赖或者叫库,或者叫驱动也行
#include "string.h"
#define DHTPIN 14      // DHT11数据引脚连接到D5引脚 D5引脚的PIN值是14
#define DHTTYPE DHT11  // 定义DHT11传感器
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);  //初始化传感器

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  //wemos d1 的波特率是 115200
  pinMode(BUILTIN_LED, OUTPUT); //设置一个输出的LED
  dht.begin();  //启动传感器
}

char* getDHT11Data() {
  float h = dht.readHumidity();  //获取湿度值
  float t = dht.readTemperature(); //获取温度值
  static char data[100];
  if (isnan(h) || isnan(t)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
    sprintf(data, "Temperature: %.1f, Humidity: %.1f", 0.0, 0.0); //如果任何一个值没有值,直接返回两个0.0,这样我们就知道传感器可能出问题了
    return data;
  }
  sprintf(data, "Temperature: %.1f, Humidity: %.1f", t, h); //正常就取到值,我这里拼成了一句话
  return data;
}

void loop() {
  char* data = getDHT11Data(); //此处去取传感器值
  Serial.println("got: " + String(data));  // 打印主题内容
  delay(1000); //每次循环延迟一秒
}

继续

到了这一步,如果你用的是普通的arduino uno r3板子,就可以结束了。

取到数据之后,你就可以根据数据做一些其他的事情了,比如打开接在d6引脚上的继电器,而这个继电器控制着一个加湿器。

如果你跟我一样,使用了带wifi网络的板子,就可以继续跟我做。

我们继续分步操作:

设备端:

  1. 引入esp8266库(上面已经提到安装过程)

    1. #include "ESP8266WiFi.h"
      
  2. 安装mqtt客户端库 ,直接在库商店搜索 PubSubClient ,下载 PubSubClient by Nick O'Leary 那一项,下载完成后:

    1. #include "PubSubClient.h"
      
  3. 至此,库文件已全部安装引入完毕

  4. 设置 wifi ssid(即名字) 和 密码,如:

    1. char* ssid = "2104";
      char* passwd = "13912428897";
      
  5. 尝试连接 wifi

    1. WiFiClient espClient;
      int isConnect = 0;
      void connectWIFI() {
        isConnect = 0; 
        WiFi.mode(WIFI_STA);  //不知道什么意思,照着写就完了
        WiFi.begin(ssid, passwd); //尝试连接
        int timeCount = 0;  //尝试次数
        while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { //如果没有连上,继续循环
          for (int i = 200; i <= 255; i++) {
            analogWrite(BUILTIN_LED, i);
            delay(2);
          }
          for (int i = 255; i >= 200; i--) {
            analogWrite(BUILTIN_LED, i);
            delay(2);
          }
          // 上两个循环共计200ms左右,在控制LED闪烁而已,你也可以不写
          Serial.println("wifi connecting......" + String(timeCount));
          timeCount++;
          isConnect = 1; //每次都需要把连接状态码设置一下,只有连不上时设置为0
          // digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);
          if (timeCount >= 200) {
            // 当40000毫秒时还没连上,就不连了
            isConnect = 0; //设置状态码为 0
            break;
          }
        }
        if (isConnect == 1) {
          Serial.println("Connect to wifi successfully!" + String("SSID is ") + WiFi.SSID());
          Serial.println(String("mac address is ") + WiFi.macAddress());
          // digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);
          analogWrite(BUILTIN_LED, 250); //设置LED常亮,250的亮度对我来说已经很合适了
          settMqttConfig();  //尝试连接mqtt服务器,在下一步有详细代码
        } else {
          analogWrite(BUILTIN_LED, 255); //设置LED常灭,不要问我为什么255是常灭,因为我的灯是高电平熄灭的
          //连接wifi失败,等待一分钟重连
          delay(60000);
        }
      }
      
  6. 尝试连接 mqtt

    1. const char* mqtt_server = "larryblog.top";  //这里是我的服务器,当你看到这篇文章的时候,很可能已经没了,因为我的服务器还剩11天到期
      const char* TOPIC = "testtopic";            // 设置信息主题
      const char* client_id = "mqttx_3b2687d2";   //client_id不可重复,可以随便取,相当于你的网名
      PubSubClient client(espClient);
      void settMqttConfig() {
        client.setServer(mqtt_server, 1883);  //设定MQTT服务器与使用的端口,1883是默认的MQTT端口
        client.setCallback(onMessage);  //设置收信函数,当订阅的主题有消息进来时,会进这个函数
        Serial.println("try connect mqtt broker");
        client.connect(client_id, "wemos", "aa995231030");  //后两个参数是用户名密码
        client.subscribe(TOPIC); //订阅主题
        Serial.println("mqtt connected");  //一切正常的话,就连上了
      }
      //收信函数
      void onMessage(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
        Serial.print("Message arrived [");
        Serial.print(topic);  // 打印主题信息
        Serial.print("]:");
        char* payloadStr = (char*)malloc(length + 1);
        memcpy(payloadStr, payload, length);
        payloadStr[length] = '\0';
        Serial.println(payloadStr);  // 打印主题内容
        if (strcmp(payloadStr, (char*)"getDHTData") == 0) {
          char* data = getDHT11Data();
          Serial.println("got: " + String(data));  // 打印主题内容
          client.publish("wemos/dht11", data);
        }
        free(payloadStr);  // 释放内存
      }
      
  7. 发送消息

    1. client.publish("home/status/", "{device:client_id,'status':'on'}");
      //注意,这里向另外一个主题发送的消息,消息内容就是设备在线,当有其他的客户端(比如web端)订阅了此主题,便能收到此消息
      

至此,板子上的代码基本上就写完了,完整代码如下:

#include "ESP8266WiFi.h"
#include "PubSubClient.h"
#include "DHT.h"
#include "string.h"
#define DHTPIN 14      // DHT11数据引脚连接到D5引脚
#define DHTTYPE DHT11  // DHT11传感器
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

char* ssid = "2104";
char* passwd = "13912428897";
const char* mqtt_server = "larryblog.top";
const char* TOPIC = "testtopic";            // 订阅信息主题
const char* client_id = "mqttx_3b2687d2";
int isConnect = 0;
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
long lastMsg = 0;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  // Set WiFi to station mode
  connectWIFI();
  pinMode(BUILTIN_LED, OUTPUT);
  dht.begin();
}
char* getDHT11Data() {
  float h = dht.readHumidity();
  float t = dht.readTemperature();
  static char data[100];
  if (isnan(h) || isnan(t)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
    sprintf(data, "Temperature: %.1f, Humidity: %.1f", 0.0, 0.0);
    return data;
  }
  sprintf(data, "Temperature: %.1f, Humidity: %.1f", t, h);
  return data;
}
void connectWIFI() {
  isConnect = 0;
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, passwd);
  int timeCount = 0;
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    for (int i = 200; i <= 255; i++) {
      analogWrite(BUILTIN_LED, i);
      delay(2);
    }
    for (int i = 255; i >= 200; i--) {
      analogWrite(BUILTIN_LED, i);
      delay(2);
    }
    // 上两个循环共计200ms左右
    Serial.println("wifi connecting......" + String(timeCount));
    timeCount++;
    isConnect = 1;
    // digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);
    if (timeCount >= 200) {
      // 当40000毫秒时还没连上,就不连了
      isConnect = 0;
      break;
    }
  }
  if (isConnect == 1) {
    Serial.println("Connect to wifi successfully!" + String("SSID is ") + WiFi.SSID());
    Serial.println(String("mac address is ") + WiFi.macAddress());
    // digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);
    analogWrite(BUILTIN_LED, 250);
    settMqttConfig();
  } else {
    analogWrite(BUILTIN_LED, 255);
    //连接wifi失败,等待一分钟重连
    delay(60000);
  }
}
void settMqttConfig() {
  client.setServer(mqtt_server, 1883);  //设定MQTT服务器与使用的端口,1883是默认的MQTT端口
  client.setCallback(onMessage);
  Serial.println("try connect mqtt broker");
  client.connect(client_id, "wemos", "aa995231030");
  client.subscribe(TOPIC);
  Serial.println("mqtt connected");
}
void onMessage(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);  // 打印主题信息
  Serial.print("]:");
  char* payloadStr = (char*)malloc(length + 1);
  memcpy(payloadStr, payload, length);
  payloadStr[length] = '\0';
  Serial.println(payloadStr);  // 打印主题内容
  if (strcmp(payloadStr, (char*)"getDHTData") == 0) {
    char* data = getDHT11Data();
    Serial.println("got: " + String(data));  // 打印主题内容
    client.publish("wemos/dht11", data);
  }
  free(payloadStr);  // 释放内存
}
void publishDhtData() {
  char* data = getDHT11Data();
  Serial.println("got: " + String(data));  // 打印主题内容
  client.publish("wemos/dht11", data);
  delay(2000);
}
void reconnect() {
  Serial.print("Attempting MQTT connection...");
  // Attempt to connect
  if (client.connect(client_id, "wemos", "aa995231030")) {
    Serial.println("reconnected successfully");
    // 连接成功时订阅主题
    client.subscribe(TOPIC);
  } else {
    Serial.print("failed, rc=");
    Serial.print(client.state());
    Serial.println(" try again in 5 seconds");
    // Wait 5 seconds before retrying
    delay(5000);
  }
}
void loop() {
  if (!client.connected() && isConnect == 1) {
    reconnect();
  }
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    connectWIFI();
  }
  client.loop();
  publishDhtData();
  long now = millis();
  if (now - lastMsg > 2000) {
    lastMsg = now;
    client.publish("home/status/", "{device:client_id,'status':'on'}");
  }
  // Wait a bit before scanning again
  delay(1000);
}

服务器

刚才的一同操作很可能让人一头雾水,相信大家对上面mqtt的操作还是一知半解的,不过没有关系,通过对服务端的设置,你会对mqtt的机制了解的更加透彻

我们需要在服务端部署 mqtt broker,也就是mqtt的消息中心服务器

在网络上搜索 emqx , 点击 EMQX: 大规模分布式物联网 MQTT 消息服务器 ,这是一个带有可视化界面的软件,而且画面特别精美,操作特别丝滑,功能相当强大,使用起来基本上没有心智负担。点击立即下载,并选择适合你的服务器系统的版本:

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这里拿 ubuntu和windows说明举例,相信其他系统也都大差不差

在ubuntu上,推荐使用apt下载,按上图步骤操作即可,如中途遇到其他问题,请自行解决

  1. sudo ufw status 查看开放端口,一般情况下,你只会看到几个你手动开放过的端口,或者只有80、443端口
  2. udo ufw allow 18083 此端口是 emqx dashboard 使用的端口,开启此端口后,可以在外网访问 emqx看板控制台

image-20230223103352676 当你看到如图所示的画面,说明已经开启成功了

windows下直接下载安装包,上传到服务器,双击安装即可

  1. 打开 “高级安全Windows Defender 防火墙”,点击入站规则>新建规则
  2. 点击端口 > 下一步
  3. 点击TCP、特定本地端口 、输入18083,点击下一步
  4. 一直下一步到最后一步,输入名称,推荐输入 emqx 即可

image-20230223103810837

当你看到如图所示画面,说明你已经配置成功了。

完成服务端程序安装和防火墙端口配置后,我们需要配置服务器后台的安全策略,这里拿阿里云举例:

如果你是 ESC 云主机,点击实例>点击你的服务器名>安全组>配置规则>手动添加

添加这么一条即可:

image-20230223104139442

如果你是轻量服务器,点击安全>防火墙>添加规则 即可,跟esc设置大差不差。

完成后,可以在本地浏览器尝试访问你的emqx控制台

image-20230223104408482

直接输入域名:18083即可,初始用户名为admin,初始密码为public,登录完成后,你便会看到如下画面

image-20230223104559151

接下来需要配置 客户端登录名和密码,比如刚刚在设备中写的用户名密码,就是在这个系统中设置的

点击 访问控制>认证 > 创建,然后无脑下一步即可,完成后你会看到如下画面

image-20230223104906488

点击用户管理,添加用户即可,用户名和密码都是自定义的,这些用户名密码可以分配给设备端、客户端、服务端、测试端使用,可以参考我的配置

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userClient是准备给前端页面用的 ,server是给后端用的,995231030是我个人自留的超级用户,wemos是设备用的,即上面设备连接时输入的用户名密码。

至此,emqx 控制台配置完成。

下载 mqttx,作为测试端尝试连接一下

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点击连接,你会发现,根本连接不上......

因为,1883(mqtt默认端口)也是没有开启的,当然,和开启18083的方法一样。

同时,还建议你开启:

  • 1803 websocket 默认端口
  • 1804 websockets 默认端口
  • 3306 mysql默认端口

后面这四个端口都会用到。

当你开启完成后,再次尝试使用mqttx连接broker,会发现可以连接了

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这个页面的功能也是很易懂的,我们在左侧添加订阅,右侧的聊天框里会出现该topic的消息

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你是否还记得,在上面的设备代码中,我们在loop中每一秒向 home/status/ 发送一条设备在线的提示,我们现在在这里就收到了。

当你看到这些消息的时候,就说明,你的设备、服务器、emqx控制台已经跑通了。

前后端以及数据库

前端

前端不必多说,我们使用echarts承载展示数据,由于体量较小,我们不使用任何框架,直接使用jq和echarts实现,这里主要讲前端怎么连接mqtt

首先引入mqtt库

<script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/mqtt/4.1.0/mqtt.min.js"></script>

然后设置连接参数

  const options = {
    clean: true, // true: 清除会话, false: 保留会话
    connectTimeout: 4000, // 超时时间
    clientId: 'userClient_' + generateRandomString(),
    //前端客户端很可能比较多,所以这里我们生成一个随机的6位字母加数字作为clientId,以保证不会重复
    username: 'userClient',
    password: 'aa995231030',
  }
   function generateRandomString() {
    let result = '';
    let characters = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789';
    let charactersLength = characters.length;
    for (let i = 0; i < 6; i++) {
      result += characters.charAt(Math.floor(Math.random() * charactersLength));
    }
    return result;
  }
 

连接

  // const connectUrl = 'mqtt://larryblog.top/mqtt' 当然你可以使用mqtt协议,但是有可能会遇到 ssl 跨域的问题,如果你不使用 https 可以忽略这一项,直接使用mqtt即可
  const connectUrl = 'wss://larryblog.top/mqtt' //注意,这里使用了nginx进行转发,后面会讲
  const client = mqtt.connect(connectUrl, options)

因为前端代码不多,我这里直接贴了

html:

index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <link rel="stylesheet/less" href="./style.less">
  <link rel="stylesheet" href="//at.alicdn.com/t/c/font_3712319_bzaequy11dn.css">
  <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/less.js/4.1.3/less.js"></script>
  <title>wemos d1 test</title>
</head>

<body>
  <div class="app" id="app">
    <div id="deviceStatus">
      <span class="statusLight"></span>
      <span id="statusText">Loading device status</span>
      <!-- <span class="iconfont icon-xinxi"></span> -->
    </div>
    <div class="container">
      <div class="Temperature">
        <div id="echartsViewTemperature"></div>
        <span>Current temperature:</span>
        <span id="Temperature">loading...</span>
      </div>
      <div class="Humidity">
        <div id="echartsViewHumidity"></div>
        <span>Current humidity:</span>
        <span id="Humidity">loading...</span>
      </div>
    </div>
  </div>
</body>
<script src="./showTip.js"></script>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/moment.js/2.29.4/moment.min.js"></script>
<script src="https://libs.baidu.com/jquery/2.0.0/jquery.min.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/mqtt/4.1.0/mqtt.min.js"></script>
<script src="https://cdn.staticfile.org/echarts/4.7.0/echarts.js"></script>
<script src="./echarts.js?v=1.0.0"></script>
<script src="./mqttController.js"></script>

</html>

mqttController.js

// const mqtt = require('mqtt')
$(document).ready(() => {
  // Welcome to request my open interface. When the device is not online, the latest 2000 pieces of data will be returned
  $.post("https://larryblog.top/api", {
    topic: "getWemosDhtData",
    skip: 0
  },
    (data, textStatus, jqXHR) => {
      setData(data.res)
      // console.log("line:77 data==> ", data)
    },
  );
  // for (let i = 0; i <= 10; i++) {
  //   toast.showToast(1, "test")
  // }
  const options = {
    clean: true, // true: 清除会话, false: 保留会话
    connectTimeout: 4000, // 超时时间
    // Authentication information
    clientId: 'userClient_' + generateRandomString(),
    username: 'userClient',
    password: 'aa995231030',
    // You are welcome to use my open mqtt broker(My server is weak but come on you). When connecting, remember to give yourself a personalized clientId to prevent being squeezed out
    // Topic rule:
    // baseName/deviceId/events
  }
  // 连接字符串, 通过协议指定使用的连接方式
  // ws 未加密 WebSocket 连接
  // wss 加密 WebSocket 连接
  // mqtt 未加密 TCP 连接
  // mqtts 加密 TCP 连接
  // wxs 微信小程序连接
  // alis 支付宝小程序连接
  let timer;
  let isShowTip = 1
  const connectUrl = 'wss://larryblog.top/mqtt'
  const client = mqtt.connect(connectUrl, options)
  client.on('connect', (error) => {
    console.log('已连接:', error)
    toast.showToast("Broker Connected")
    timer = setTimeout(onTimeout, 3500);
    // 订阅主题
    client.subscribe('wemos/dht11', function (err) {
      if (!err) {
        // 发布消息
        client.publish('testtopic', 'getDHTData')
      }
    })
    client.subscribe('home/status/')
    client.publish('testtopic', 'Hello mqtt')

  })
  client.on('reconnect', (error) => {
    console.log('正在重连:', error)
    toast.showToast(3, "reconnecting...")
  })

  client.on('error', (error) => {
    console.log('连接失败:', error)
    toast.showToast(2, "connection failed")
  })
  client.on('message', (topic, message) => {
    // console.log('收到消息:', topic, message.toString())
    switch (topic) {
      case "wemos/dht11":
        const str = message.toString()
        const arr = str.split(", "); // 分割字符串
        const obj = Object.fromEntries(arr.map(s => s.split(": "))); // 转化为对象

        document.getElementById("Temperature").innerHTML = obj.Temperature + " ℃"
        optionTemperature.xAxis.data.push(moment().format("MM-DD/HH:mm:ss"))
        optionTemperature.xAxis.data.length >= 100 && optionTemperature.xAxis.data.shift()
        optionTemperature.series[0].data.length >= 100 && optionTemperature.series[0].data.shift()
        optionTemperature.series[0].data.push(parseFloat(obj.Temperature))
        ChartTemperature.setOption(optionTemperature, true);

        document.getElementById("Humidity").innerHTML = obj.Humidity + " %RH"
        optionHumidity.xAxis.data.push(moment().format("MM-DD/HH:mm:ss"))
        optionHumidity.xAxis.data.length >= 100 && optionHumidity.xAxis.data.shift()
        optionHumidity.series[0].data.length >= 100 && optionHumidity.series[0].data.shift()
        optionHumidity.series[0].data.push(parseFloat(obj.Humidity))
        ChartHumidity.setOption(optionHumidity, true);
        break
      case "home/status/":
        $("#statusText").text("device online")
        deviceOnline()
        $(".statusLight").removeClass("off")
        $(".statusLight").addClass("on")
        clearTimeout(timer);
        timer = setTimeout(onTimeout, 3500);
        break

    }

  })

  function deviceOnline() {
    if (isShowTip) {
      toast.showToast(1, "device online")
    }
    isShowTip = 0
  }

  function setData(data) {
    // console.log("line:136 data==> ", data)
    for (let i = data.length - 1; i >= 0; i--) {
      let item = data[i]
      // console.log("line:138 item==> ", item)
      optionTemperature.series[0].data.push(item.temperature)
      optionHumidity.series[0].data.push(item.humidity)
      optionHumidity.xAxis.data.push(moment(item.updateDatetime).format("MM-DD/HH:mm:ss"))
      optionTemperature.xAxis.data.push(moment(item.updateDatetime).format("MM-DD/HH:mm:ss"))
    }
    ChartTemperature.setOption(optionTemperature);
    ChartHumidity.setOption(optionHumidity);
  }

  function onTimeout() {
    $("#statusText").text("device offline")
    toast.showToast(3, "device offline")
    isShowTip = 1
    document.getElementById("Temperature").innerHTML = "No data"
    document.getElementById("Humidity").innerHTML = "No data"
    $(".statusLight").removeClass("on")
    $(".statusLight").addClass("off")
  }

  function generateRandomString() {
    let result = '';
    let characters = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789';
    let charactersLength = characters.length;
    for (let i = 0; i < 6; i++) {
      result += characters.charAt(Math.floor(Math.random() * charactersLength));
    }
    return result;
  }
});

showTip.js 是我发布在npm上的一个包,如果有需要可以自行npm下载

style.less

* {
  padding: 0;
  margin: 0;
  color: #fff;
}

.app {
  background: #1b2028;
  width: 100vw;
  height: 100vh;
  display: flex;
  flex-direction: column;
  overflow: hidden;

  #deviceStatus {
    display: flex;
    align-items: center;
    gap: 10px;
    padding: 20px;

    .statusLight {
      display: block;
      height: 10px;
      width: 10px;
      border-radius: 100px;
      background: #b8b8b8;

      &.on {
        background: #00a890;
      }

      &.off {
        background: #b8b8b8;
      }
    }
  }

  .container {
    width: 100%;
    height: 0;
    flex: 1;
    display: flex;

    @media screen and (max-width: 768px) {
      flex-direction: column;
    }

    >div {
      flex: 1;
      height: 100%;
      text-align: center;

      #echartsViewTemperature,
      #echartsViewHumidity {
        width: 80%;
        height: 50%;
        margin: 10px auto;
        // background: #eee;
      }
    }
  }
}

echarts.js 这个文件是我自己写的,别学我这种命名方式,这是反例

let optionTemperature = null
let ChartTemperature = null
$(document).ready(() => {
  setTimeout(() => {
    // waiting
    ChartTemperature = echarts.init(document.getElementById('echartsViewTemperature'));
    ChartHumidity = echarts.init(document.getElementById('echartsViewHumidity'));
    // 指定图表的配置项和数据
    optionTemperature = {
      textStyle: {
        color: '#fff'
      },
      tooltip: {
        trigger: 'axis',
        // transitionDuration: 0,
        backgroundColor: '#fff',
        textStyle: {
          color: "#333",
          align: "left"
        },
      },
      xAxis: {
        min: 0,
        data: [],
        boundaryGap: false,
        splitLine: {
          show: false
        },
        axisLine: {
          lineStyle: {
            color: '#fff'
          }
        }
      },
      yAxis: {
        splitLine: {
          show: false
        },
        axisTick: {
          show: false // 隐藏 y 轴的刻度线
        },
        axisLine: {
          show: false,
          lineStyle: {
            color: '#fff'
          }
        }
      },
      grid: {
        // 为了让标尺和提示框在图表外面,需要将图表向外扩展一点
        left: '10%',
        right: '5%',
        bottom: '5%',
        top: '5%',
        containLabel: true,
      },
      series: [{
        // clipOverflow: false,
        name: '温度',
        type: 'line',
        smooth: true,
        symbol: 'none',
        data: [],
        itemStyle: {
          color: '#00a890'
        },
        areaStyle: {
          color: {
            type: 'linear',
            x: 0,
            y: 0,
            x2: 0,
            y2: 1,
            colorStops: [{
              offset: 0,
              color: '#00a89066' // 0% 处的颜色
            }, {
              offset: 1,
              color: '#00a89000' // 100% 处的颜色
            }],
            global: false // 缺省为 false
          }
        },
        hoverAnimation: true,
        label: {
          show: false,
        },
        markLine: {
          symbol: ['none', 'none'],
          data: [
            {
              type: 'average',
              name: '平均值',
            },
          ],
        },
      }]
    };
    optionHumidity = {
      textStyle: {
        color: '#fff'
      },
      tooltip: {
        trigger: 'axis',
        backgroundColor: '#fff',
        textStyle: {
          color: "#333",
          align: "left"
        },
      },
      xAxis: {
        min: 0,
        data: [],
        boundaryGap: false,
        splitLine: {
          show: false
        },
        axisTick: {
          //x轴刻度相关设置
          alignWithLabel: true,
        },
        axisLine: {
          lineStyle: {
            color: '#fff'
          }
        }
      },
      yAxis: {
        splitLine: {
          show: false
        },
        axisTick: {
          show: false // 隐藏 y 轴的刻度线
        },
        axisLine: {
          show: false,
          lineStyle: {
            color: '#fff'
          }
        }
      },
      grid: {
        // 为了让标尺和提示框在图表外面,需要将图表向外扩展一点
        left: '5%',
        right: '5%',
        bottom: '5%',
        top: '5%',
        containLabel: true,
      },
      // toolbox: {
      //   feature: {
      //     dataZoom: {},
      //     brush: {
      //       type: ['lineX', 'clear'],
      //     },
      //   },
      // },
      series: [{
        clipOverflow: false,
        name: '湿度',
        type: 'line',
        smooth: true,
        symbol: 'none',
        data: [],
        itemStyle: {
          color: '#ffa74b'
        },
        areaStyle: {
          color: {
            type: 'linear',
            x: 0,
            y: 0,
            x2: 0,
            y2: 1,
            colorStops: [{
              offset: 0,
              color: '#ffa74b66' // 0% 处的颜色
            }, {
              offset: 1,
              color: '#ffa74b00' // 100% 处的颜色
            }],
            global: false // 缺省为 false
          }
        },
        hoverAnimation: true,
        label: {
          show: false,
        },
        markLine: {
          symbol: ['none', 'none'],
          data: [
            {
              type: 'average',
              name: '平均值',
            },
          ],
        },
      }]
    };

    // 使用刚指定的配置项和数据显示图表。
    ChartTemperature.setOption(optionTemperature);
    ChartHumidity.setOption(optionHumidity);
  }, 100)
});

当你看到这里,你应该可以在你的前端页面上展示你的板子发来的每一条消息了,但是还远远做不到首图上那种密密麻麻的数据,我并不是把页面开了一天,而是使用了后端和数据库存储了一部分数据。

后端

后端我们分为了两个部分,一个是nodejs的后端程序,一个是nginx代理,这里先讲代理,因为上一步前端的连接需要走这个代理

nginx

如果你没有使用https连接,那么可以不看本节,直接使用未加密的mqtt协议,如果你有自己的域名,且申请了ssl证书,那么可以参考我的nginx配置,配置如下

http {
	sendfile on;
	tcp_nopush on;
	tcp_nodelay on;
	keepalive_timeout 65;
	types_hash_max_size 2048;
	include /etc/nginx/mime.types;
	default_type application/octet-stream;

	##
	# SSL Settings
	##
	server {
    listen 80;
    server_name jshub.cn;
    #将请求转成https
    rewrite ^(.*)$ https://$host$1 permanent;
	}
	server {
        listen 443 ssl;
				server_name jshub.cn;
				location / {
					root /larryzhu/web/release/toolbox;
					index index.html index.htm;
					try_files $uri $uri/ /index.html;
				}
	 location /mqtt {
           proxy_pass http://localhost:8083;
           proxy_http_version 1.1;
           proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
           proxy_set_header Connection "upgrade";
      	 }
        # SSL 协议版本
        ssl_protocols TLSv1.2;
        # 证书
        ssl_certificate /larryzhu/web/keys/9263126_jshub.cn.pem;
        # 私钥
        ssl_certificate_key /larryzhu/web/keys/9263126_jshub.cn.key;
        # ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384;
        # ssl_ciphers AES128-GCM-SHA256:AES256-GCM-SHA384:AES128-SHA256;

        # 与False Start没关系,默认此项开启,此处减少抓包的干扰而关闭
        # ssl_session_tickets off;

        # return 200 "https ok \n";
  }

注意这只是部分配置,切不可全部覆盖你的配置。

如果你不会使用nginx,说明你无需配置 ssl ,直接使用 mqtt协议即可。

后端程序部分

这里以egg.js框架为例

首先需要下载egg.js的插件 egg-emqtt ,直接使用npm下载即可,详细配置和启用方法 参见 MQTT系列实践二 在EGG中使用mqtt

上面教程的方法并不全面,可以下载我的示例,仿照着写一下,因为内容相对复杂,地址:https://gitee.com/zhu_yongbo/mqttineggjs

其中还包含了 mysql 数据库的连接方法,内有我服务器的地址、mysql开放端口,用户名以及密码,我服务器还剩不到十天到期,有缘人看到我的文章可以对我的服务器为所欲为,没有什么重要数据。

mysql

mysql方面,只需要一个库,一个表即可完成全部工作

image-20230223114608671

如图所示,不复杂,仿照我的建库即可

有一点,比较重要,因为mysql本身不适用于存储量级太大的数据,我们的数据重复的又比较多,可以考虑一下压缩算法,或者添加一个事件(每次插入时检查数据量是否超过一定值)。像我的板子大概正常累计运行了几天的时间(每两秒一条数据),到目前可以看到已经累计了七十万条数据了,如果不是因为我设置了插入事件,这个数据量已经可以明显影响查询速度了。

可以仿照我的事件,语句如下:

DELIMITER $$
CREATE TRIGGER delete_oldest_data
AFTER INSERT ON wemosd1_dht11
FOR EACH ROW
BEGIN
    -- 如果数据量超过43200(每两秒插入一条,这是一天的量)条,调用存储过程删除最早的一条数据
    IF (SELECT COUNT(*) FROM wemosd1_dht11) > 43200 THEN
        CALL delete_oldest();
    END IF;
END$$
DELIMITER ;

-- 创建存储过程
CREATE PROCEDURE delete_oldest()
BEGIN
    -- 删除最早的一条数据
    delete from wemosd1_dht11 order by id asc limit 1
    
END$$
DELIMITER ;

BTW:这是chatGPT教我的,我只进行了一点小小的修改。

这样做会删除id比较小的数据,然后就会导致,id会增长的越来越大,好处是可以看到一共累计了多少条数据。但是如果你不想让id累计,那么可以选择重建id,具体做法,建议你咨询一下chatGPT

结语

至此,我们已经完成了前端、后端、设备端三端连通。

我们整体梳理一下数据是怎么一步一步来到我们眼前的:

首先wemos d1开发板会在DHT11温湿度传感器上读取温湿度值,然后开发板把数据通过mqtt广播给某topic,我们的前后端都订阅了此topic,后端收到后,把处理过的数据存入mysql,前端直接使用echarts进行展示,当前端启动时,还可以向后端程序查询历史数据,比如前8000条数据,之后的变化由在线的开发板提供,我们就得到了一个实时的,并且能看到历史数据的温湿度在线大屏。

如果你觉得牛逼,就给我点个赞吧。

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