使用JavaScript和MQTT开发物联网应用

标签: javascript mqtt 开发 | 发表时间:2017-06-26 18:00 | 作者:tangxiaoyin
出处:http://blog.csdn.net

如果说Java和C#哪个是最好的开发语言,无疑会挑起程序员之间的相互怒怼,那如果说JavaScript是动态性最好的语言,相信大家都不会有太大的争议。随着越来越多的硬件平台和开发板开始支持JavaScript,JavaScript在硬件端以及物联网领域有了新的机会。

IoT应用开发的数据链路

图1是一个智能家居物联平台的数据链路。

这里写图片描述

图1 智能家居物联平台的数据链路

一般来说,可以把IoT应用分为如图所示的四层。

  • client层:指的是IoT设备,可以是冰箱、空调,也可以是一些温湿度传感器。

  • gateway层:大多数场景中gateway是家里的WiFi路由器,也有小部分是基于Zigbee或蓝牙的网关设备。智能生活场景中的gateway数量相对于工业领域要少很多,在工业领域存在大量的边缘计算放在gateway层进行处理(雾计算)。

  • cloud云层:这里是集中处理业务的地方。

  • 应用层:这一层是直接与用户打交道的地方,可以是通过电脑的Web浏览器、手机App,也可以是有屏幕的智能设备的显示器。随着语音技术的发展,无屏设备也可以通过语音交互,作为一个应用存在于物联网的交互层。

物联设备(下文统称为client),可以是单个设备或多个设备组成的应用场景。比如冰箱把运行的功耗数据、库存数据、温度数据采集,通过gateway发送到cloud层,cloud层收集数据后进行异常判断,做智能模式推荐等业务处理后到application层进行展现和交互。用户可以通过冰箱的设备数据进行模式选择,还可以做一些与设备无关的增值服务,比如听音乐、买菜等,这就是一个智能冰箱的数据链路。还有些client是成组智能场景的,比如温湿度传感器将数据上传到cloud,经过处理和加工,动态控制家中空调的温度,调节空气净化器的运行模式等。这么描述好像没有体现出cloud层的作用,那如果运行模式是用户预先配置好的呢?如“当温度超过25度,请帮我打开空调”,这些业务都可以通过cloud层进行处理。

client层的连接方式有WiFi、Bluetooth、Zigbee,而MQTT是为了让物联网设备更加互联互通而出现的应用层数据协议。

MQTT+JavaScript

MQTT是一个长连接的通讯应用层协议,最大的特点是数据精简、消息可靠、Publish-Subscribe模式灵活易用。MQTT已经成为IoT传输的标准协议,应用非常广泛。

图2中Client指的是物联网设备。Client通过对Topic的订阅和发布数据管理应用中的数据流动,而Broker是MQTT应用中用于管理Topic的角色。Server是物联网应用中的服务端,用于处理业务逻辑。

这里写图片描述
图2 MQTT的数据链路图

MQTT被广泛使用的一个重要的原因是MQTT的生态非常完善,同时也支持JavaScript。因此图2所示的所有链路和模块,都可以通过JavaScript实现。

这里写图片描述
图3 JavaScript在MQTT架构中常用的架构

JavaScript在MQTT架构中常用的框架

mosca( https://github.com/mcollina/mosca
mosca是一个用JavaScript实现的MQTT Broker。不仅如此,mosca还增加了对数据库,如Redis、MongoDB的支持,用来实现消息数据的存储。

MQTT.js( https://github.com/mqttjs/MQTT.js
MQTT.js是官网推荐的JavaScript实现的Client端。

KOA和Express
这两者都是非常主流的Node版本的Server,简单易用。

实战物联网应用

这节我们运用之前介绍的框架,自己动手完成一个简单的物联网应用。应用场景如图4所示,温度传感器用于接收温度,并把文档通过MQTT发送到Server端,在Server端进行业务处理,根据温度计算出穿衣提示,通过MQTT把数据发送到特定的Topic,App订阅Topic获取数据后进行展现。

这里写图片描述
图4 “穿衣提示”业务场景框架

Broker端的实现

Broker端使用mosca,参考网页 https://github.com/mcollina/mosca

  • 安装mosca。
  nmp install mosca --save
  • 启动mosca。这里需要注意,如果本地没有配置MongoDB,则需要把ascoltatore中的内容全部注释掉。
  var mosca = require('mosca');

var ascoltatore = {
  //using ascoltatore
  // type: 'mongo',
  // url: 'mongodb://localhost:27017/mqtt',
  // pubsubCollection: 'ascoltatori',
  // mongo: {}
};

var settings = {
  port: 1883,
  backend: ascoltatore
};

var server = new mosca.Server(settings);

server.on('clientConnected', function(client) {
    console.log('client connected', client.id);
});

// fired when a message is received
server.on('published', function(packet, client) {
  console.log('Published', packet.payload); //{"clientId":"mqttjs_02fea7b4","topic":"/tips"}
  // console.log('>>>packet', packet); //{"clientId":"mqttjs_02fea7b4","topic":"/tips"}
});

server.on('ready', setup);

// fired when the mqtt server is ready
function setup() {
  console.log('Mosca server is up and running');
}

代码完成后,启动文件,本地的一个Broker就跑在localhost的1883端口上了。

Client端的温度传感器实现

Client使用MQTT.js实现,参考网页 https://github.com/mqttjs/MQTT.js

  • 安装
  npm install mqtt --save
  • 启动
  var mqtt = require('mqtt');
var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');

client.on('connect', function () {
   console.log('>>> connected')
   // client.subscribe('/tips')
   setInterval(
        ()=>{client.publish('/temperature', '30');},
        3000
    );

})

client.on('message', function (topic, message) {
  // message is Buffer
  console.log(message.toString())
})

// client.end();

执行Node index后Client就启动了,可以看到在MQTT.connect方法中连接了上一节中启动的Broker地址,连接成功后,Client会输出日志,“>>> connected”,Broker的控制台也会输出Client的连接信息。

这里模拟了温度传感器,定时3秒向/temperature的Topic中发送温度数据。

本节的温度器可以在电脑中使用Node方式运行,也可以运行在支持JavaScript的开发板中,如RUFF、NodeMCU、Raspberry Pi,并且可以使用真实的传感器。

Server的实现

Server使用MQTT.js订阅Client发送到/temperature Topic的数据进行处理,把处理后的数据转译成JSON发送到另一业务主题/tips中。

实现代码如下:

  'use strict'

const mqtt = require('mqtt');
var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');

client.on('connect', function () {
   console.log('>>> connected');
   client.subscribe('/temperature');
})

client.on('message', function (topic, message) {
  var temperature = parseInt(message.toString());
  var data = {temperature};

  if (temperature >= 60) {
        data.tips = "热... 500服务器故障";
  }
  else if (temperature >= 50) {
        data.tips = "今天天气非常热,建议不要穿衣服了";
  }
  else if (temperature >= 40) {
        data.tips = "今天天气十分的热,建议穿短袖T恤+短裤";
  }
  else if (temperature >= 30) {
        data.tips = "今天天气有点的热,建议穿短袖T恤";
  }
  else if (temperature >= 0) {
        data.tips = "今天天气正好,可以穿上一件薄衣服";
  }
  else if (temperature >= -10) {
        data.tips = "今天天气十分寒冷,棉袄可以穿上一件";    
  }
  else {
        data.tips = "今天天气十分十分寒冷,棉袄可以穿上二件";  
  }
  client.publish('/tips', JSON.stringify(data));
  // if (temperature+1) {}
  // message is Buffer
  console.log(JSON.stringify(data));
})

App的实现

Demo的App使用KOA启动一个Web,在Web中展现当前温度对应的穿衣提示,通过订阅tips获取数据。

  • 安装koa
  $ npm install koa
  • 实现代码
  'use strict'

const Koa = require('koa');
const mqtt = require('mqtt');
const app = new Koa();


var msg = {temperature:"-",tips:""};
// response
app.use(ctx => {
  ctx.body = "当前温度:" + msg.temperature + "度" + "\n" + '穿衣提示:'+msg.tips + "\n"  ;
});

app.listen(3000);

//mqtt
var client  = mqtt.connect('mqtt://localhost:1883');

client.on('connect', function () {
   console.log('>>> connected');
   client.subscribe('/tips');
})

client.on('message', function (topic, message) {
  var data = JSON.parse(message.toString());
  console.log(message.toString()); 
  console.log(data.tips); 
  msg = data;

  // if (temperature+1) {}
  // message is Buffer
  // let str = message.toString();
  // let data = JSON.parse(message);
  // console.log(data.tips);
  // msg =  message.toString();
})

Demo小节

本章给出了一个简单的物联网业务的业务场景和实现逻辑,其中Client也可以运行在电脑上进行Demo查看,或是跑在真实物联设备或开发版上。如图5,笔者使用RUFF开发板实现了一次。

这里写图片描述
图5 Demo硬件演示

完整Demo代码已经分享在github中,大家可以输入URL下载。
https://github.com/coolnameismy/javascript-mqtt-demo-wearingTip

总结

本文和大家交流了物联网应用的一般数据链路、MQTT协议的架构,并基于MQTT实现了一个简单的物联网应用。

现在正是前端工程师的大好机会,越来越多的嵌入式设备都开始支持JavaScript,原因是现在有很多JavaScript引擎可以把JavaScript转换成各种平台的底层代码,比较有名的有Jerryscript、Duktape等。随着越来越多的JavaScript工程师进入嵌入式开发的领域,嵌入式应用开发也会出现前后端分离的情况(应用开发或是驱动开发),类似于Web开发的前后端分离。前端关注在应用、创意、数据链路、用户体现上,而后端则关心GPIO、I2C的底层数据接口和驱动,平台兼容性等方向。

这里写图片描述

作者:tangxiaoyin 发表于2017/6/26 18:00:02 原文链接
阅读:1954 评论:2 查看评论

相关 [javascript mqtt 开发] 推荐:

使用JavaScript和MQTT开发物联网应用

- - CSDN博客移动开发推荐文章
如果说Java和C#哪个是最好的开发语言,无疑会挑起程序员之间的相互怒怼,那如果说JavaScript是动态性最好的语言,相信大家都不会有太大的争议. 随着越来越多的硬件平台和开发板开始支持JavaScript,JavaScript在硬件端以及物联网领域有了新的机会. 图1是一个智能家居物联平台的数据链路.

JavaScript开发规范要求

- - 博客 - 伯乐在线
来源: webflash 的博客. 作为一名开发人员(WEB前端JavaScript开发),不规范的开发不仅使日后代码维护变的困难,同时也不利于团队的合作,通常还会带来代码安全以及执行效率上的问题. 本人在开发工作中就曾与不按规范来开发的同事合作过,与他合作就不能用“愉快”来形容了. 现在本人撰写此文的目的除了与大家分享一点点经验外,更多的是希望对未来的合作伙伴能够起到一定的借鉴作用.

MQTT协议 - 安全问题

- - ITeye博客
        物联网的核心是连接万物,通过交换并分析数据使得生活更舒适与便捷. 不过,敏感数据泄露或者设备被非法控制可不是闹着玩的. 比如前段时间国内某著名家电企业的智能洗衣机,使用了某著名电商基于XMPP协议的物联网平台,不费吹灰之力便被黑客攻破并远程遥控,给智能家居的发展带来了一些阴影. 究其本质,并不是物联网技术本身有缺陷,而是在物联网系统的设计中最基本的安全设计被工程师轻视了,才导致整个系统的崩塌.

使用JavaScript和Canvas开发游戏(一)

- iVane - 为之漫笔
原文作者:Matthew Casperson • 编辑:Michele McDonough. 原文链接: Game Development with JavaScript and the Canvas element. 3、通过Canvas元素实现高级图像操作. 4、通过Canvas实现视差滚动. 8、JavaScript键盘输入.

15款很棒的 JavaScript 开发工具

- jiwei - cnBeta.COM
在开发中,借助得力的工具可以事半功倍. 今天,这篇文章向大家分享最新收集的15款非常有用的 JavaScript 开发工具.

使用JavaScript和Canvas开发游戏(三)

- weslleywang - 为之漫笔
原文作者:Matthew Casperson • 编辑:Michele McDonough. 原文链接: Game Development with JavaScript and the Canvas element. 3、通过Canvas元素实现高级图像操作. 6、通过Canvas实现视差滚动. 8、JavaScript键盘输入.

使用JavaScript和Canvas开发游戏(四)

- weslleywang - 为之漫笔
原文作者:Matthew Casperson • 编辑:Michele McDonough. 原文链接: Game Development with JavaScript and the Canvas element. 3、通过Canvas元素实现高级图像操作. 6、通过Canvas实现视差滚动. 8、JavaScript键盘输入.

使用JavaScript和Canvas开发游戏(一)

- Alex - HTML5研究小组
原文作者:Matthew Casperson • 编辑:Michele McDonough. 原文链接: http://www.brighthub.com/internet/web-development/articles/38364.aspx. 3、基于Canvas的高级图像操作. 4、通过Canvas实现视差滚动.

15款很棒的 JavaScript 开发工具

- 南洋 - 博客园新闻频道
在开发中,借助得力的工具可以事半功倍. 今天,这篇文章向大家分享最新收集的15款非常有用的 JavaScript 开发工具. TestSwarm是Mozilla实验室推出的一个开源项目,它旨在为开发者提供在多个浏览器版本上快速轻松测试自己JavaScript代码的方法. 在网络上,速度是很重要的,Minimee能帮助你将CSS和JavaScript文件进行自动压缩和打包.

JavaScript最佳开发工具集合

- MAGI-CASPER/Peter Pan - 伯乐在线 -博客
  注:此文由敏捷翻译 - 关关编译自 Joe Stagner 近日分享的博文. 本文只是JavaScript的工具集合,如需书籍资源,《你得学JavaScript》这篇文章已有推荐.   我最近做了很多客户端OG开发,也计划做更多. HTML5、JavaScript 和 CSS.   我正在做一个工作计时器,所以我在寻找一个JS测试框架,故我自己给不同的JavaScript工具做了一个列表.