MQTT 準備編。Arduino EtherNet, paho-MQTT(over WebSocket)で表示も

軽量プロトコルのMQTT (MQ Telemetry Transport) の準備編の記事です。

[概要]

IoT/M2Mで使えそうな通信技術で

HTTPを使わずに、軽量/高速で通信できそうなプロトコル実装を

試す内容で

デバイス側の構成が

[Arduino Uno] + [EtherNe シールド] で、コスト的にも高め

複数の購入するのは厳しいの感ありますが、テストしてみました。

[MQTT 構成]

broker : test.mosquitto.org

publish(Pub) : IoT device (Arduino EtherNet)

subscribe(Sub) : Browser Chrome

Sub のブラウザ側のライブラリは paho-mqtt のJSライブラリを使用

内部的WebSocketみたいですので、Broker側がWebSocket対応している

必要がありそうです。

*) 関連URL/version 等は、執筆時点を記載しています

# 表示系のサンプル

chrome Android

デバイス側から、数値を加算して　Pubする程度の仕組み。

[開発ツール]

Linux (Raspberry PI 2)

関連ツールを、インストールします。

mosquittoは、内部serverを起動しない場合は不要です。

MQTT server

pi@raspberrypi:~/tmp$ sudo apt-get install mosquitto

clientのツール

pi@raspberrypi:~/tmp$ sudo apt-get install mosquitto-clients

# テストします

下記はホスト名を指定していません。内部 brokerに接続

# subscribe--Subする

pi@raspberrypi:~/tmp$ mosquitto_sub -d -t test_topic

# publisher --Pubする

別のコンソール開き

pi@raspberrypi:~/tmp$　mosquitto_pub -t test_topic -m "24.5"

# 結果

Sub の画面に、Pubしたデータが表示されます。

pi@raspberrypi:~/tmp$ mosquitto_sub -d -t test_topic

Received CONNACK

Received SUBACK

Subscribed (mid: 1): 0

Received PUBLISH (d0, q0, r0, m0, 'test_topic', ... (4 bytes))

24.5

Sendin

# 表示系のライブラリ等　[paho-mqtt javascript] 

http://git.eclipse.org/c/paho/org.eclipse.paho.mqtt.javascript.git/

# commit ページの

org.eclipse.paho.mqtt.javascript-master.zip

をDL　＆解凍します。

 src/mqttws31.js を使います。

# IoTデバイス側 (Arduino) の実装

Arduino SDK 1.6.5

Arduino Client for MQTT

http://knolleary.net/arduino-client-for-mqtt/

ライブラリをインストールしておきます

# テスト

# ARDUINO スケッチの準備

スケッチの例 -[PubSubClient] - [mqtt_basic]

を参考にしました

作業用ルータ設定の関係か、動作しませんでしたので

コードみながら、他のARDUINO-EtherNet関係比較したところ

IP指定せずに, DHCP方式に修正すると接続できました。

//Ethernet.begin(mac, ip);

if (Ethernet.begin(mac) == 0) {

  Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP");

  Ethernet.begin(mac, ip);

}

Topicを適当に決めて、Pubしてみます

char mTopic[]="test-topc-1009A/sensor";

#code： Arduino SDK

２秒間隔で、数値を加算し、Pubしてます。

*) macアドレスを指定してますので、

複数設置する場合は重複に注意してください。

# mqtt_arduino_1.ino

	#include <SPI.h>
	#include <Ethernet.h>
	#include <PubSubClient.h>
	// Update these with values suitable for your network.
	byte mac[] = { 0xDE, 0xED, 0xBA, 0xFE, 0xFE, 0xE1 };
	IPAddress ip(172, 168, 1, 41 );
	const char* mqtt_server = "test.mosquitto.org";
	char mTopic[]="test-topc-1009A/sensor";
	long mCount=0;
	long lastMsg = 0;
	void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
	Serial.print("Message arrived [");
	Serial.print(topic);
	Serial.print("] ");
	for (int i=0;i<length;i++) {
	Serial.print((char)payload[i]);
	}
	Serial.println();
	}
	EthernetClient ethClient;
	PubSubClient client(ethClient);
	void reconnect() {
	// Loop until we're reconnected
	while (!client.connected()) {
	Serial.print("Attempting MQTT connection...");
	if (client.connect("arduinoClient")) {
	Serial.println("connected");
	//client.publish("outTopic","hello world");
	client.subscribe("inTopic");
	} else {
	Serial.print("failed, rc=");
	Serial.print(client.state());
	Serial.println(" try again in 5 seconds");
	// Wait 5 seconds before retrying
	delay(5000);
	}
	}
	}
	//
	void setup()
	{
	Serial.begin( 9600);
	Serial.println("# Start-mqtt_basic");
	client.setServer(mqtt_server, 1883);
	client.setCallback(callback);
	//Ethernet.begin(mac, ip);
	if (Ethernet.begin(mac) == 0) {
	Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP");
	Ethernet.begin(mac, ip);
	}
	delay(1500);
	}
	void loop()
	{
	if (!client.connected()) {
	reconnect();
	}
	client.loop();
	//pub
	long now = millis();
	if ((now - lastMsg) > 2000) {
	lastMsg = now;
	++mCount;
	char msg[100];
	snprintf (msg, 75, "%ld", mCount);
	Serial.print("Publish message: ");
	Serial.println(msg);
	client.publish(mTopic , msg);
	}
	}

view raw mqtt_arduino_1.ino hosted with ❤ by GitHub

# mosquitto_sub で結果見てみます

$ mosquitto_sub -d -h test.mosquitto.org -t test-topc-1009A/sensor

pi@raspberrypi:~/tmp$ mosquitto_sub -d -h test.mosquitto.org -t test-topc-1009A/sensor

Received CONNACK

Received SUBACK

Subscribed (mid: 1): 0

Received PUBLISH (d0, q0, r0, m0, 'test-topc-1009A/sensor', ... (2 bytes))

29

Received PUBLISH (d0, q0, r0, m0, 'test-topc-1009A/sensor', ... (2 bytes))

30

Received PUBLISH (d0, q0, r0, m0, 'test-topc-1009A/sensor', ... (2 bytes))

31

デバイス側のPub と、Sub 確認ができましたので、次 は

browser表示方法を検討します。

# 表示アプリ (MQTT over WebSocket)

上記の paho-mqtt JS版使います。

mqttws31.js, jquery 読み込み

topic は、デバイス側で指定とあわせる

var mTopic="test-topc-1009A/sensor";

clientId　(クライアントID)は、重複した場合、

後勝ち(後で開いた画面の表示が有効、前は停止)になるようです。

Paho.MQTT.Client インスタンスを呼出、

connect コールバック内で、

subscribe　実行します

#code : mqtt-sub-sample-js-1.htm

	<!DOCTYPE html>
	<html>
	<!-- mqtt-sub-sample-js-1.htm -->
	<head>
	<meta charset="UTF-8">
	<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
	<script src="jquery-1.8.0.js"></script>
	<script src="mqttws31.js"></script>
	<script>
	var clientId = "clientid-12345";
	var client = new Paho.MQTT.Client("test.mosquitto.org", 8080, "/", clientId);
	var mTopic="test-topc-1009A/sensor";
	//
	function onMessageArrived(message) {
	var dd= new Date();
	console.log("onMessageArrived:"+message.payloadString + dd.toString() );
	$('#list').prepend($('<div/>').text( message.payloadString+" | "+ dd.toString() ));
	};
	client.connect({
	onSuccess:function(){
	console.log("con_success")
	client.onMessageArrived = onMessageArrived;
	client.subscribe( mTopic );
	}
	, onFailure:function(){console.log("con_fail")}
	});
	</script>
	</head>
	<body>
	<h1>MQTT sample</h1>
	<h2> List </h2>
	<div id="list"></div>
	<br />
	</body>
	</html>

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起動時のconnect あたりが、数秒の待ち時間ありました。

# まとめ

デバイス側から、計算結果の数値を送信しているだけで

表示画面みていても、面白くはないのですが、

MQTTで短い間隔で、データ送信と、受信表示系の機能の

リアルタイム表示的な体験はできます。

次は活用編とか、センサー/実行系(LED)など検討したいと思います。

# 参考の記事

http://dev.classmethod.jp/cloud/aws/bridge-mqtt-and-kinesis/

http://tdoc.info/blog/2014/09/25/mqtt_javascript.html

# 開発者向けのまとめ記事

http://knaka0209.blogspot.jp/2015/04/agri.html