使用 Arduino 通过 MQTT 协议连接 HomeAssi

前言

如果对于 MQTT 协议有一点了解的话，应该知道设备既可以推送消息给 MQTT 代理，也可以从 MQTT 代理那里订阅消息，而在之前的教程中，因为我们连接的设备都是传感器，仅需要将数据发送给 MQTT 代理即可，这时 HomeAssistant 相当于运行着一个 MQTT 订阅服务。既然我们有了 Arduino ，通过 Arduino 我们可以读取很多设备，也可以控制很多设备，如灯，电动机，而通过继电器还能控制高压电路，可以实现更多的功能，因此我们肯定不会仅限于从 Arduino 收集数据发送给 HomeAssistant ，我们肯定还希望能从 HomeAssistant 控制 Arduino 设备。本文便来源于此，建议正在阅读的你将之前我写的那两篇关于传感器的教程阅读完，因为今天的教程，是接着上面写的。

链接
使用 Arduino 通过 MQTT 协议连接 HomeAssistant -- 树莓派端
使用 Arduino 通过 MQTT 协议连接 HomeAssistant -- Arduino端

1. 树莓派端

树莓派端仅仅需要添加相应的配置即可，如果是灯就添加在 light 标签中，如果是风扇就添加在 fan 标签中，这里是一个小的激光灯和一个散热风扇。配置如下：

light: 
  - platform: mqtt
    name: laserLight
    command_topic: "home-assistant/arduino1/laserLight"
    state_topic: "home-assistant/arduino1/laserLightState"
    optimistic: false
fan:
  - platform: mqtt
    name: coolFan
    command_topic: "home-assistant/arduino1/fan"
    state_topic: "home-assistant/arduino1/fanState"
    optimistic: false

配置完成后使用 sudo systemctl restart home-assistant.service 重启 HomeAssistant 服务。当然如果想把这两个设备加入到分组中，也可以先将他们加入到分组之后再重启 HomeAssistant 服务也行。

ESP12 端

如果你在之前已经将传感器按照之前的教程配置完成，并且可以使用，那么之前的 Arduino 中的程序不需要更改，只需要修改部分 ESP12 中的程序即可，在修改 ESP12 的程序中一定要注意，本教程是将受控设备连接到 ESP12 ，而非 Arduino，虽然也可以将它连接到 Arduino ，连接 Arduino 还要添加 Arduino 与 ESP12 的通信程序，因为 ESP12 本身就有 IO 所以可以将受控设备直接连接到 ESP12 上。
在使用 ESP12 的时候一定要注意，如果你是直接用一个 ESP8266 ，那么直接按照引脚图上的引脚用即可，如果你使用的是像我使用的 ESP12 一样的话，建议你找到 引脚与IO对应的图在进行使用。程序中使用 GPIO 号作为引脚号使用。上面没标的GPIO号，谨慎使用。

我的ESP12 引脚与GPIO对应图

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

#define MQTT_VERSION MQTT_VERSION_3_1_1

// Wifi: SSID and password
const char* WIFI_SSID = "YourWiFiSSID";
const char* WIFI_PASSWORD = "YourWiFiPassword";

// MQTT: ID, server IP, port, username and password
const PROGMEM char* MQTT_CLIENT_ID = "DeviceID";
const PROGMEM char* MQTT_SERVER_IP = "YourRaspberryPi_IPAddress";
const PROGMEM uint16_t MQTT_SERVER_PORT = 1883;
const PROGMEM char* MQTT_USER = "YourMQTTUserName";
const PROGMEM char* MQTT_PASSWORD = "YouMQTTPassword";

// MQTT: topics 这里的主题要与树莓派中的配置文件中的主题保持一致
const char* MQTT_LASOR_COMMAND_TOPIC = "home-assistant/arduino1/laserLight";
const char* MQTT_FAN_COMMAND_TOPIC = "home-assistant/arduino1/fan";
const char* MQTT_LASOR_STATE_TOPIC = "home-assistant/arduino1/laserLightState";
const char* MQTT_FAN_STATE_TOPIC = "home-assistant/arduino1/fanState";

// payloads by default (on/off)
const char* DEVICE_ON = "ON";
const char* DEVICE_OFF = "OFF";

const PROGMEM uint8_t lasorPin = 14;
const PROGMEM uint8_t fanPin = 12;

boolean lightSstate = false;
boolean fanState = false;

String strRecv = "";
long now = 0;
long lastRecv = 0;
bool newDataComing = false;

WiFiClient wifiClient;
PubSubClient client(wifiClient);

void publishLasorState() {
    if (lightSstate) {
        client.publish(MQTT_LASOR_STATE_TOPIC, DEVICE_ON, true);
    } else {
        client.publish(MQTT_LASOR_STATE_TOPIC, DEVICE_OFF, true);
    }
}

// function called to turn on/off the light
void setLasorState() {
    if (lightSstate) {
       digitalWrite(lasorPin, HIGH);
       //Serial.println("INFO: Turn light on...");
    } else {
       digitalWrite(lasorPin, LOW);
       //Serial.println("INFO: Turn light off...");
    }
  }

void publishFanState() {
    if (fanState) {
        client.publish(MQTT_FAN_STATE_TOPIC, DEVICE_ON, true);
    } else {
         client.publish(MQTT_FAN_STATE_TOPIC, DEVICE_OFF, true);
    }
}

void setFanState() {
    if (fanState) {
        digitalWrite(fanPin, HIGH);
        //Serial.println("INFO: Turn Fan on...");
      } else {
        digitalWrite(fanPin, LOW);
        //Serial.println("INFO: Turn Fan off...");
      }
 }

// function called when a MQTT message arrived
void callback(char* p_topic, byte* p_payload, unsigned int p_length) {
    // concat the payload into a string
    String payload;
    Serial.println("INFO:callback...");
    for (uint8_t i = 0; i < p_length; i++) {
    payload.concat((char)p_payload[i]);
    }

    // handle message topic
  if (String(MQTT_LASOR_COMMAND_TOPIC).equals(p_topic)) {
    if (payload.equals(String(DEVICE_ON))) {
        lightSstate = true;
    } else if (payload.equals(String(DEVICE_OFF))) {
        lightSstate = false;
    }
    setLasorState();
    publishLasorState();
  }
  else if (String(MQTT_FAN_COMMAND_TOPIC).equals(p_topic)) {
    if (payload.equals(String(DEVICE_ON))) {
         fanState = true;
    } else if (payload.equals(String(DEVICE_OFF))) {
         fanState = false;
    }
    setFanState();
    publishFanState();
  }
}

void reconnect() {
  // Loop until we're reconnected
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("INFO: Attempting MQTT connection...");
    // Attempt to connect
    if (client.connect(MQTT_CLIENT_ID, MQTT_USER, MQTT_PASSWORD)) {
      Serial.println("INFO: connected");
      // Once connected, publish an announcement...
      publishLasorState();
      publishFanState();
      // ... and resubscribe
      client.subscribe(MQTT_LASOR_COMMAND_TOPIC);
      client.subscribe(MQTT_FAN_COMMAND_TOPIC);
    } else {
      Serial.print("ERROR: failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println("DEBUG: try again in 5 seconds");
      // Wait 5 seconds before retrying
      delay(5000);
    }
  }
}

void setup() {
  // init the serial
  Serial.begin(9600);

  // init the led
  pinMode(lasorPin, OUTPUT);
  pinMode(fanPin, OUTPUT);
  analogWriteRange(255);
  setLasorState();
  setFanState();

  // init the WiFi connection
  Serial.println();
  Serial.println();
  Serial.print("INFO: Connecting to ");
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  Serial.println(WIFI_SSID);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.println("INFO: WiFi connected");
  Serial.print("INFO: IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  // init the MQTT connection
  client.setServer(MQTT_SERVER_IP, MQTT_SERVER_PORT);
  client.setCallback(callback);
}

void loop() {
  //Serial.println("INFO: LOOP: ");
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();
  if (Serial.available() > 0) {
    char str = char(Serial.read());
    strRecv = strRecv + str;
    lastRecv = millis();
    newDataComing = true;
    delay(2);
  }
  else {
    now = millis();
    if ((now - lastRecv > 100) && (newDataComing == true)) {
      //Serial.print("recv Data ");
      //Serial.print(strRecv);

      boolean isOK = client.publish(ARDUINO_SENSOR, String(strRecv).c_str(), true);
      //Serial.print(" send state ");
      //Serial.println(isOK);

      strRecv = "";
      newDataComing = false;
    }
  }
}

在这个程序中你可以看到之前教程的影子，包括之前传感器的主题，串口接收的程序都还依旧保留。所以如果你是想在上面直接加上受控设备直接用的话，可以参考本文的代码。