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【NodeJs-5天学习】第三天实战篇③ ——基于MQTT的环境温度检测
面向读者群体
- ❤️ 电子物联网专业同学，想针对硬件功能构造简单的服务器，不需要学习专业的服务器开发知识 ❤️
- ❤️ 业余爱好物联网开发者，有简单技术基础，想针对硬件功能构造简单的服务器❤️
- ❤️ 本篇创建记录 2023-03-12 ❤️
- ❤️ 本篇更新记录 2023-03-12 ❤️
技术要求
- 有HTML、CSS、JavaScript基础更好，当然也没事，就直接运行实例代码学习
专栏介绍
- 通过简短5天时间的渐进式学习NodeJs，可以了解到基本的服务开发概念，同时可以学习到npm、内置核心API（FS文件系统操作、HTTP服务器、Express框架等等），最终能够完成基本的物联网web开发，而且能够部署到公网访问。
🙏 此博客均由博主单独编写，不存在任何商业团队运营，如发现错误，请留言轰炸哦！及时修正！感谢支持！🎉 欢迎关注 🔎点赞 👍收藏 ⭐️留言📝
1. 前言
说到物联网，基本上离不开一个网络协议——MQTT。而在NodeJs中集成MQTT服务器也是非常简单易行，这里我们就构建一个简单的基于本地MQTT服务器的环境温度检测小系统。
2.实现思路
- ① 本地部署一个
MQTT服务器，端口号是1883，负责监听ESP8266通过mqtt协议上传上来的温度数据 - ② 本地部署一个
Express服务器，端口号是8266，负责处理浏览器请求静态UI数据展示页面，静态页面由html、css、js编写 - ③ 核心业务处理包括处理温度数据，记录数据到
fs文件系统 - ④ 设备端存在多个ESP8266, 每个8266都是一个Node节点的概念，上传该节点对应的ds18b20数据，我们需要对ds18b20进行
编号，类似于#1，#2，#3等等。
2.1 NodeJs服务器代码
服务器代码包括两部分：
- mqtt服务器，负责和设备端进行通信
- express服务器，负责web页面展示数据
2.2.1 本地部署MQTT服务器，端口1883
const mqttTopic = require('./router/topic_router.js')
const getIPAdress = require('./utils/utils.js')
const deviceConfig = require('./config/device_config.js')
// 2、创建web服务器
const myHost = getIPAdress();
const aedes = require('aedes')()
const server = require('net').createServer(aedes.handle)
const port = 1883
server.listen(port, function ()
console.log("mqtt 服务器启动成功 mqtt://"+ myHost +":" + port);
);
// API文档：https://github.com/moscajs/aedes/blob/main/docs/Aedes.md
/********************************客户端连接状态************************************************************/
//Some Use Cases:
// - Rate Limit / Throttle by client.conn.remoteAddress
// - Check aedes.connectedClient to limit maximum connections
// - IP blacklisting
// Any error will be raised in connectionError event.
aedes.preConnect = function(client, packet, callback)
// 这个时候还没有 client.id
console.log('服务器收到客户端: \\x1b[31m' + (client ? client.conn.remoteAddress : client) + '\\x1b[0m preConnect');
callback(null, true)
// aedes.preConnect = function(client, packet, callback)
// callback(new Error('connection error'), client.conn.remoteAddress !== '::1')
//
// 连接身份验证,这个方法在preConnect之后
aedes.authenticate = function (client, username, password, callback)
console.log('客户端连接身份验证: \\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m authenticate');
if (client.id && deviceConfig.authID(client.id))
callback(null, deviceConfig.authLogin(client.id, username, password.toString()))
return
var error = new Error('Auth error,非法ID')
error.returnCode = 4
callback(error, null)
// aedes.authenticate = function (client, username, password, callback)
// var error = new Error('Auth error')
// error.returnCode = 4
// callback(error, null)
//
// 客户端正在连接
aedes.on('client', function (client)
console.log('\\x1b[33m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '客户端正在连接到 broker', aedes.id);
);
// 客户端连接成功
aedes.on('clientReady', function (client)
console.log('\\x1b[33m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '客户端连接成功到 broker', aedes.id);
);
// 客户端连接断开
aedes.on('clientDisconnect', function (client)
console.log('\\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '客户端连接断开 clientDisconnect');
);
// 客户端连接错误
aedes.on('clientError', function (client, error)
console.log('\\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '客户端连接错误 clientError');
);
// 客户端连接异常
// Emitted when an error occurs. Unlike clientError it raises only when client is uninitialized.
aedes.on('connectionError', function (client, error)
console.log('\\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '客户端连接异常 connectionError');
);
// CONNACK —— 确认连接请求
// （服务端发送CONNACK报文响应从客户端收到的CONNECT报文。服务端发送给客户端的第一个报文必须是CONNACK）
aedes.on('connackSent', function (packet , client )
console.log('服务端确认连接给到\\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m connackSent', packet);
);
/********************************客户端连接状态************************************************************/
/********************************心跳应答************************************************************/
// 客户端连接超时
aedes.on('keepaliveTimeout', function (client, error)
console.log('\\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '客户端心跳连接超时 keepaliveTimeout');
);
// Emitted an QoS 1 or 2 acknowledgement when the packet successfully delivered to the client.
aedes.on('ack', function (packet , client)
console.log('服务端应答客户端: \\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m 内容：', packet);
);
// Emitted when client sends a PINGREQ.
aedes.on('ping', function (packet , client)
console.log('\\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '客户端发送过来心跳 Ping');
);
/********************************心跳应答************************************************************/
/********************************主题相关************************************************************/
aedes.on('publish', function (packet, client)
if(client)
console.log('服务器收到客户端\\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '发布内容：', packet);
mqttTopic.route(packet.topic, packet.payload)
else
console.log('服务器发布内容：', packet);
);
// Emitted when client successfully subscribe the subscriptions in server.
aedes.on('subscribe', function (subscriptions , client)
console.log('服务器收到客户端: \\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '主题订阅：', subscriptions);
);
// 对订阅主题进行校验
aedes.authorizeSubscribe = function (client, sub, callback)
// if (sub.topic === 'aaaa')
// return callback(new Error('wrong topic'))
//
// if (sub.topic === 'bbb')
// // overwrites subscription
// sub.topic = 'foo'
// sub.qos = 1
//
callback(null, sub)
// Emitted when client successfully unsubscribe the subscriptions in server.
aedes.on('unsubscribe', function (unsubscriptions , client)
console.log('服务器收到客户端: \\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m', '主题注销：', unsubscriptions);
);
/********************************主题相关************************************************************/
2.2.1.1 用户校验
// 连接身份验证,这个方法在preConnect之后
aedes.authenticate = function (client, username, password, callback)
console.log('客户端连接身份验证: \\x1b[31m' + (client ? client.id : client) + '\\x1b[0m authenticate');
if (client.id && deviceConfig.authID(client.id))
callback(null, deviceConfig.authLogin(client.id, username, password.toString()))
return
var error = new Error('Auth error,非法ID')
error.returnCode = 4
callback(error, null)
这里会对clientid进行校验，通过之后再进行校验用户名字和密码。相当于三元组都得通过。
校验配置：
[
"id": "1",
"mac": "B0:E1:7E:70:25:CD",
"name": "user",
"psw": "123456"
,
"id": "2",
"mac": "78:DA:07:04:5D:18",
"name": "user",
"psw": "123456"
,
"id": "3",
"mac": "30:FC:68:19:52:A4",
"name": "user",
"psw": "123456"
]
包括四个元素：
- clientid
- mac地址
- 用户名字name
- 用户密码psw
接下来看看校验代码实现：
const fs = require('fs')
// 设备配置信息，需要通过配置校验才会通过
var fileName = './config/device.json';
var config = JSON.parse(fs.readFileSync(fileName));
var idToMacMap = new Map()
var idToValueMap = new Map()
config.forEach(element =>
var id = element.id
var mac = element.mac
if (idToMacMap.has(id))
throw console.error('device_config配置文件出现重复ID，请检查！' + id);
idToMacMap.set(id, mac)
idToValueMap.set(id, element)
)
console.log("用户设备配置信息：")
console.log(idToValueMap)
// 判断设备是否是合法设备，这里只是判断名字，最好是连着mac地址一起判断
function authID(deviceId, mac)
return idToMacMap.has(deviceId)
function authLogin(deviceId, name, psw)
var value = idToValueMap.get(deviceId)
console.log(value)
if (!value)
console.log('不存在ID:' + deviceId)
return false
return value.name === name && value.psw === psw
module.exports =
authID,
authLogin
主要是把配置文件变成一个map映射对象，key是clientid。判断规则主要是判断是否存在对应的clientid，再把具体值拿出来进行下一轮比较。
2.2.1.2 主题消息处理
// 导入所需插件模块
const fs = require('fs')
const querystring = require('querystring')
const ds18b20Handler = require('./ds18b20_handler')
var mqttTopic =
var routes = []
const USE_DEFAULT = 0
const USE_JSON = 1
const USE_FORM = 2
// 注入主题和处理方法
mqttTopic.use = function(path, dataType, action)
if (!dataType) dataType = USE_DEFAULT
routes.push([path, dataType, action])
// 路由匹配
mqttTopic.route = function(topic, payload)
for (let index = 0; index < routes.length; index++)
const route = routes[index];
var key = route[0]
var dataType = route[1]
var action = route[2]
if (topic === key)
var rawBody = payload.toString()
if (dataType == USE_JSON)
try
action(JSON.parse(rawBody))
catch (e)
// 异常内容
console.log('Invalid JSON')
else if(dataType == USE_FORM)
action(querystring.parse(req.rawBody))
else
action(payload)
mqttTopic.use('SysThingPropertyPost',USE_JSON, (payload)=>
console.log(payload)
if (payload.params.temp)
ds18b20Handler.setCurrentTemp(payload.id, payload.params.temp)
ds18b20Handler.saveToFile(payload.id, payload.params.temp)
)
module.exports =
mqttTopic
主要是处理映射对应的mqtt主题，目前这里是处理 SysThingPropertyPost，这里是8266订阅的主题。
2.2.2 本地部署Express服务器，端口8266
// 1、导入所需插件模块
const express = require("express");
const getIPAdress = require('./utils/utils.js')
const bodyParser = require('body-parser')
const router = require('./router/router.js')
// 2、创建web服务器
let app = express();
const port = 8266; // 端口号
const myHost = getIPAdress();
// 3、注册中间件，app.use 函数用于注册中间件
// 3.1 预处理中间件
app.use(bodyParser.json());
app.use(bodyParser.urlencoded( extended: true ));
app.use(function(req, res, next)
// url地址栏出现中文则浏览器会进行iso8859-1编码，解决方案使用decode解码
console.log('解码之后' + decodeURI(req.url));
console.log('URL:' + req.url);
if (req.method.toLowerCase() === 'post')
console.log(req.body);
next()
)
// 3.2 路由中间件
app.use(router)
app.use(express.static('web')) // express.static()方法，快速对外提供静态资源
// 3.3 错误级别中间件(专门用于捕获整个项目发生的异常错误，防止项目奔溃),必须注册在所有路由之后
app.use((err, req, res, next) =>
console.log('出现异常：' + err.message)
res.send('Error: 服务器异常，请耐心等待！')
)
// 4、启动web服务器
app.listen(port,() =>
console.log("express 服务器启动成功 http://"+ myHost +":" + port);
);
这里注入了api路由和静态文件路由。
// 3.2 路由中间件
app.use(router)
app.use(express.static('web')) // express.static()方法，快速对外提供静态资源
2.2.2.1 api路由中间件
// 1、导入所需插件模块
const express = require("express")
const ds18b20Handler = require('./ds18b20_handler.js')
// 2、创建路由对象
const router = express.Router();
// 3、挂载具体的路由
// 配置add URL请求处理
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