GPIO – 树莓派中文站

MQTT是IBM开发的一个即时通讯协议。MQTT是面向M2M和物联网的连接协议，采用轻量级发布和订阅消息传输机制。Mosquitto是一款实现了 MQTT v3.1 协议的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持发布/订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信简单易用。
若初次接触MQTT协议，可先理解以下概念：
MQTT协议特点——相比于RESTful架构的物联网系统，MQTT协议借助消息推送功能，可以更好地实现远程控制。
MQTT协议角色——在RESTful架构的物联网系统，包含两个角色客户端和服务器端，而在MQTT协议中包括发布者，代理器（服务器）和订阅者。
MQTT协议消息——MQTT中的消息可理解为发布者和订阅者交换的内容（负载），这些消息包含具体的内容，可以被订阅者使用。
MQTT协议主题——MQTT中的主题可理解为相同类型或相似类型的消息集合。

本文说明如何在树莓派上安装Mosquitto。本文通过两个简单的例子说明树莓派中如何使用MQTT协议实现消息订阅，这些例子包括Mosquitto_sub指令实现消息订阅和paho-python扩展库实现GPIO端口的远程控制。本文中使用了两个工具——Mosquitto paho-python，其中Mosquitto是一款实现了 MQTT v3.1 协议的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持发布/订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的消息通信简单易用；另外，paho-python是一个符合MQTT v3.1协议的客户端，paho-python可连接MQTT代理服务器、发布消息、订阅消息和获得推送消息。

1 在树莓派上安装Mosquitto

在树莓派上安装Mosquitto和其他平台类似，如果在树莓派平台直接编译时间可能会稍长些。Mosquitto源代包不大，所以编译时间尚可忍受。

1.1 安装

截止2014年9月，最新版本为mosquitto-1.3.4。在树莓派中新建一个目录，例如software。

# 下载源代码包
wget http://mosquitto.org/files/source/mosquitto-1.3.4.tar.gz
# 解压
tar zxfv mosquitto-1.3.4.tar.gz
# 进入目录
cd mosquitto-1.3.4
# 编译
make
# 安装
sudo make install

1.2 安装注意点

编译找不到openssl/ssl.h
解决方法：安装openssl

sudo apt-get install libssl-dev

编译过程找不到ares.h
解决方法：修改config.mk中的WITH_SRV:=yes，改为WITH_SRV:=yes

使用过程中找不到libmosquitto.so.1
error while loading shared libraries: libmosquitto.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory

解决方法：修改libmosquitto.so位置

# 创建链接
sudo ln -s /usr/local/lib/libmosquitto.so.1 /usr/lib/libmosquitto.so.1
# 更新动态链接库
sudo ldconfig

make: g++：命令未找到
解决方法：安装g++编译器

2 简单的例子

设计一个简单的测试案例，在PC机上运行MQTT代理服务器，而树莓派订阅主题为gpio的消息，PC机发布同主题消息，消息的内容为JSON数据包，数据包格式为{“index”:17,“value”:0}，index代表树莓派GPIO的编号，value代表打开或关闭状态。

本例中PC机IP地址为 192.168.1.110，树莓派的IP地址为192.168.1.106

2.1 在PC机中开启MQTT服务

mosquitto -v

2.2 在树莓派中订阅消息

-h指定MQTT代理服务器主机，指向PC机IP地址192.168.1.110

mosquitto_sub -v -t gpio -h 192.168.1.110

2.3 在PC机中发布消息

-h指定MQTT代理服务器主机，指向PC机IP地址192.168.1.110

mosquitto_pub -t gpio -h 192.168.1.110 -m "{\"pin\":17,\"value\":0}"

2.4 消息被推送到树莓派中

最后在树莓派中输出以下内容：

gpio {"index":17,"value":0}

在PC机MQTT服务器控制台中输出

1410600001: mosquitto version 1.3.4 (build date 2014-09-13 15:55:06+0800) starting
1410600001: Using default config.
1410600001: Opening ipv4 listen socket on port 1883.
1410600001: Opening ipv6 listen socket on port 1883.
1410600062: New connection from 192.168.1.106 on port 1883.
1410600062: New client connected from 192.168.1.106 as mosqsub/3063-raspberryp (c1, k60).
1410600062: Sending CONNACK to mosqsub/3063-raspberryp (0)
1410600062: Received SUBSCRIBE from mosqsub/3063-raspberryp
1410600062: gpio (QoS 0)
1410600062: mosqsub/3063-raspberryp 0 gpio
1410600062: Sending SUBACK to mosqsub/3063-raspberryp
1410600122: Received PINGREQ from mosqsub/3063-raspberryp
1410600122: Sending PINGRESP to mosqsub/3063-raspberryp
1410600152: New connection from 192.168.1.110 on port 1883.
1410600152: New client connected from 192.168.1.110 as mosqpub/9793-EasyARM (c1, k60).
1410600152: Sending CONNACK to mosqpub/9793-EasyARM (0)
1410600152: Received PUBLISH from mosqpub/9793-EasyARM (d0, q0, r0, m0, 'gpio', ... (22 bytes))
1410600152: Sending PUBLISH to mosqsub/3063-raspberryp (d0, q0, r0, m0, 'gpio', ... (22 bytes))
1410600152: Received DISCONNECT from mosqpub/9793-EasyARM
1410600182: Received PINGREQ from mosqsub/3063-raspberryp
1410600182: Sending PINGRESP to mosqsub/3063-raspberryp

3 使用MQTT远程控制GPIO

下面借助python-gpio扩展库，通过消息推送的方式实现GPIO端口的远程控制。

3.1 安装paho-mqtt

使用pip工具安装paho-mqtt，输入以下指令即可：

sudo pip install paho-mqtt

3.2 树莓派订阅代码 simple.py

# -*- coding: utf-8 -*-  
import paho.mqtt.client as mqtt
import RPi.GPIO as GPIO
import json
  
# BCM GPIO编号
pins = [17,18,27,22,23,24,25,4]
def gpio_setup():
    # 采用BCM编号
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    # 设置所有GPIO为输出状态，且输出低电平
    for pin in pins:
        GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
        GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
         
def gpio_destroy():
    for pin in pins:
        GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
        GPIO.setup(pin, GPIO.IN)
         
# 连接成功回调函数
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code " + str(rc))
    # 连接完成之后订阅gpio主题
    client.subscribe("gpio")
  
# 消息推送回调函数
def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic+" "+str(msg.payload))
    # 获得负载中的pin 和 value
    gpio = json.loads(str(msg.payload))
  
    if gpio['pin'] in pins:
        if gpio['value'] == 0:
            GPIO.output(gpio['pin'], GPIO.LOW)
        else:
            GPIO.output(gpio['pin'], GPIO.HIGH)
  
if __name__ == '__main__':
    client = mqtt.Client()
    client.on_connect = on_connect
    client.on_message = on_message
    gpio_setup()
     
    try:
        # 请根据实际情况改变MQTT代理服务器的IP地址
        client.connect("192.168.1.110", 1883, 60)
        client.loop_forever()
    except KeyboardInterrupt:
        client.disconnect()
        gpio_destroy()

3.3 启动服务并发布消息

在PC机中启动MQTT代理服务

mosquitto -v

在树莓派中运行脚本

sudo python simple.py

在PC机中发布消息

# 打开GPIO17
mosquitto_pub -h 192.168.1.110 -t gpio -m "{\"pin\":17,\"value\":1}"
# 关闭GPIO17
mosquitto_pub -h 192.168.1.110 -t gpio -m "{\"pin\":17,\"value\":0}"

运行结果
树莓派GPIO17根据PC机推送的消息点亮或熄灭。

4 总结

本文说明了如何在树莓派中使用MQTT客户端，通过paho-mqtt实现GPIO的远程控制。本例在局域网中运行并能不能体现出MQTT协议在远程控制中的优越性。后期还将花更多的时间实践和分析MQTT协议。

转自：https://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/39255089

在最新的树莓派Raspbian系统上，Scratch2.0是自带的编程软件，这个版本除了可以让我们通过Scratch来操作GPIO的输入输出，还有一些新特性。

控制GPIO

和以前的版本一样，现在通过拖动模块，我们就能控制GPIO的输出，获取GPIO的输入，这就意味着我们通过Scratch就能点亮LED、控制蜂鸣器、获得按钮等各种传感器的输入信号来进一步控制scratch小猫的动作；而且比以前更加方便，用下面的两个模块就能完成输入和输出的操作。

添加这两个模块的方法很简单，打开Scratch2.0之后，我们单击More Blocks和Add an Extension，然后需要选择一个Pi GPIO的扩展，再选择OK。

之后在More Block板块下面就能看到相关的两个模块

在GPIO2连接一个LED，用下面的例子就能让这个LED一秒一秒的间隔闪烁。

或者在GPIO2连接一个按钮，简单地把这个引脚口设置成input，然后使用”gpio _ is high?” 模块就能来检测这个按钮的状态，在下面的例子中，当按钮被按下的时候Scratch小猫就会说”Pressed”。

复制SPRITE

相比较1.4的版本，Scratch2.0也提供了一些额外的新功能，最主要的一个新特性是我们可以创建sprite的拷贝，也就是从一个sprite复制成多个，每个拷贝都是某个sprite的实例，都会从最开始的sprite继承下它的脚本模块。

比如下面的例子中，每次按下空格键，scratch猫都会扔出一个复制出来的苹果实例，每个苹果被复制出来的时候，都会执行“When I start as a clone”的这部分脚本。

这种复制的新功能，避免了我们以前重复创建一模一样的sprite（比如做游戏的时候需要创建一堆敌人）的情况。

自定义的模块

Scratch2.0支持像定义函数一样，自定义模块，方便用户在一个项目里面多次调用和分块编写应用，下面的例子展示了一个jump的自定义模块，用一个jump模块就能对所有的sprite应用这个效果。

而且自定义模块的时候，可以加入输入值（参数），比如下面的这个画图形的函数模块，有两个参数，一个是图形的边数，一个是边长，可以看到同一个自定义模块，使用的时候输入不同的参数值，就能得到不一样的我们需要的效果。

Scratch2.0现在也支持与网络摄像头、麦克风的简单交互，都有了相应的模块，比如这个Clap-O-Meter项目通过麦克风可以来检测噪声的强度，Keepie Uppies这个游戏通过摄像头来控制足球。

另外还有几个新功能包括矢量图编辑器和一个声音编辑器以及很多新的人物图案。

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在树莓派上安装 Mosquitto 实现 MQTT