[i=s] 本帖最后由 云烟 于 2026-2-3 18:07 编辑 [/i]
基于Ai-WB2实现使用MQTT完成订阅、发布及点灯功能
前言
你将学到什么
通过本教程，你将掌握以下核心技能：
- ✅ 理解 MQTT 协议的核心概念、架构设计及 QoS 质量等级
- ✅ 在 Ai-WB2 开发板上实现 MQTT 客户端的连接、订阅与发布
- ✅ 使用 JSON 格式消息控制 RGB LED 的亮灭
- ✅ 使用 MQTTX 客户端工具进行功能测试与调试
MQTT 协议基础知识
MQTT 是一种基于 发布/订阅（Publish/Subscribe） 模式的轻量级消息传输协议，由 IBM 于 1999 年推出，2014 年成为 OASIS 标准。MQTT 专为资源受限的设备和低带宽、高延迟或不稳定的网络环境设计，是物联网（IoT）领域最流行的通信协议之一。
1️⃣ 核心架构与角色
MQTT 采用 发布/订阅 模式，实现了消息生产者和消费者的解耦：
| 角色 |
说明 |
| Publisher（发布者） |
消息的发出者，负责将消息发送到指定主题 |
| Subscriber（订阅者） |
消息的接收者，订阅感兴趣的主题以接收消息 |
| Broker（代理服务器） |
消息中转站，负责接收发布者的消息并转发给订阅者 |
| Topic（主题） |
消息的分类标识，使用/ 分隔层级，如 home/bedroom/light |
工作流程：发布者将消息发送到 Broker 的某个 Topic → Broker 根据订阅关系将消息转发给所有订阅该 Topic 的订阅者。
2️⃣ MQTT 协议特点
- 轻量级：协议头最小仅 2 字节，适合资源受限的嵌入式设备
- 低功耗：保持连接时心跳包开销极小，适合电池供电设备
- 可靠性：支持三种 QoS（服务质量）等级，满足不同可靠性需求
- 实时性：支持持久会话，设备断线重连后可接收离线消息
- 灵活性：主题支持通配符订阅（
+ 单层，# 多层）
3️⃣ QoS 消息质量等级
MQTT 定义了三种服务质量等级，用于控制消息传递的可靠性：
| QoS 等级 |
名称 |
特点 |
适用场景 |
| QoS 0 |
最多一次（At most once） |
消息只发送一次，不确认、不重试，可能丢失 |
传感器数据上报、心跳包等允许丢失的数据 |
| QoS 1 |
至少一次（At least once） |
确保消息到达，但可能重复送达 |
设备状态更新、关键指令等需要确保到达的场景 |
| QoS 2 |
恰好一次（Exactly once） |
四次握手确保消息只到达一次，不丢失不重复 |
金融交易、支付指令等绝对不允许重复的场景 |
MQTTS（MQTT over SSL/TLS）加密传输
在物联网应用中，设备传输的数据往往涉及敏感信息（如控制指令、传感器数据），因此 安全性 至关重要。MQTT 本身不提供加密功能，需要依赖传输层安全协议。⚠️ 本教程虽然没有涉及到 SSL/TLS 的配置，但了解其基本概念有助于后续的安全设计。
1️⃣ SSL/TLS 基础
SSL（Secure Sockets Layer） 和 TLS（Transport Layer Security） 是为网络通信提供安全及数据完整性的加密协议。TLS 是 SSL 的继任者，目前广泛使用的是 TLS 1.2 和 TLS 1.3。
TLS 提供的安全保障：
- 加密：防止数据被窃听（对称加密传输数据）
- 身份认证：验证通信双方身份（非对称加密交换密钥）
- 完整性：防止数据被篡改（消息认证码 MAC）
MQTT over TLS（MQTTS）协议栈：
应用层：MQTT 协议
安全层：SSL/TLS（加密/解密、身份认证）
传输层：TCP 协议
网络层：IP 协议
MQTTS 默认端口为 8883（MQTT 为 1883）。
2️⃣ 单向认证（One-way Authentication）
单向认证 是指 客户端验证服务器身份，服务器不验证客户端身份。这是最常见的 TLS 配置方式。
工作原理：
- 客户端发起 TLS 连接请求
- 服务器返回自己的证书（包含公钥）
- 客户端验证服务器证书的合法性（检查 CA 签名、有效期、域名匹配等）
- 验证通过后，客户端生成会话密钥，用服务器公钥加密后发送
- 服务器用私钥解密获取会话密钥
- 双方使用会话密钥进行对称加密通信
证书需求：
| 角色 |
需要的证书 |
| 服务器 |
服务器证书（含公钥）+ 私钥 |
| 客户端 |
CA 根证书（用于验证服务器证书） |
适用场景：
- 公共物联网平台（设备只需确认连接到正确的服务器）
- 设备数量庞大，难以管理每个设备的证书
- 对安全性要求不是极端严格的场景
优点：配置简单，客户端只需存储 CA 证书
缺点：服务器无法验证客户端身份，存在被未授权设备连接的风险
3️⃣ 双向认证（Mutual Authentication / mTLS）
双向认证 是指 客户端和服务器互相验证对方身份，提供最高级别的安全性。
工作原理：
- 客户端发起 TLS 连接请求
- 服务器返回自己的证书
- 客户端验证服务器证书
- 服务器请求客户端证书
- 客户端发送自己的证书
- 服务器验证客户端证书（检查 CA 签名、有效期、是否吊销等）
- 双方互相验证通过后，交换会话密钥
- 使用会话密钥进行加密通信
证书需求：
| 角色 |
需要的证书 |
| 服务器 |
服务器证书 + 私钥 + CA 证书（验证客户端） |
| 客户端 |
客户端证书 + 私钥 + CA 证书（验证服务器） |
适用场景：
- 金融、医疗等高安全要求的行业
- 工业控制系统（防止未授权设备接入）
- 需要精确控制设备接入权限的场景
优点：最高安全性，服务器可精确识别每个客户端
缺点：证书管理复杂，每个设备需要独立证书，证书分发和更新成本高
4️⃣ 证书类型与选型
| 类型 |
说明 |
适用场景 |
| DV SSL |
域名验证证书，仅验证域名所有权 |
测试环境、非核心应用 |
| OV SSL |
组织验证证书，验证组织身份 |
企业应用、工业物联网 |
| EV SSL |
扩展验证证书，最高级别验证 |
金融、关键基础设施 |
| 自签名证书 |
自己生成的证书，无第三方 CA |
内网测试、开发环境 |
密钥算法选择：
- RSA：兼容性好，应用广泛，但密钥较长、计算开销大
- ECC（椭圆曲线）：密钥短、计算快、功耗低，适合资源受限的物联网设备
一、准备工作
📦 硬件与软件清单
| 分类 |
项目 |
数量/版本 |
说明 |
| 硬件 |
Ai-WB2-12F 开发板 |
1 |
核心控制 MCU |
|
Type-C 数据线 |
1 |
烧录程序与调试 |
| 软件 |
安信可 Ai-WB2 开源仓库 |
最新版 |
Gitee |
|
MQTTX 客户端 |
最新版 |
官网下载 |
⏱️ 预计完成时间
- 代码配置与编译：约 15 分钟
- 烧录与调试：约 10 分钟
- 功能测试：约 10 分钟
- 总计：约 35 分钟
📋 前置要求
- 熟悉 GPIO 控制和 FreeRTOS
- 对 Linux、make、Git 指令有一定的了解
- 对回调函数、JSON、MQTT 协议有一定了解
二、克隆完整的 Ai-WB2 开源仓库
1️⃣ 克隆仓库
以下指令可直接一键克隆完整 Git 仓库和子模块，也可点击链接跳转直接下载 ZIP 包：
# Gitee
git clone --recursive https://gitee.com/Ai-Thinker-Open/Ai-Thinker-WB2.git
🔴 提示：该仓库包含子模块内容较大(约几百兆)，需要耐心等待克隆完成。
2️⃣ 检查仓库完整性
克隆下来的完整文件如图，重点关注图中红框部分的子模块包含内容是否完整无缺失：
图：Ai-WB2 项目仓库目录结构，红框标注的 toolchain/riscv 子模块应包含 Darwin、Linux、MSYS 三个文件夹且文件夹内应包含有内容。
三、点灯代码配置与编译
1️⃣ 创建 MQTT 测试项目
打开刚克隆的仓库，在 applications → protocols 目录下找到 mqtt 文件夹，将其复制粘贴一份，并重命名为 mqtt_test：
图：将 mqtt 文件夹复制并重命名为 mqtt_test，红色高亮显示选中位置
2️⃣ 配置 WiFi 路由器信息
在 mqtt_test/tcp 文件夹下找到 main 文件，修改两个宏定义：ROUTER_SSID 和 ROUTER_PWD，填入你的 WiFi 名称和密码：
// 路由器配置信息(需要用户根据实际情况修改)
#define ROUTER_SSID "WIFI" // 填入你的 WiFi 名称
#define ROUTER_PWD "1234567890" // 填入你的 WiFi 密码
3️⃣ 添加 RGB LED 控制代码
📌 关键配置点：引入头文件与定义引脚
在 #include "blog.h" 以下添加以下头文件和宏定义：
#include "cJSON.h" // JSON 解析库
#include <bl_gpio.h> // GPIO 控制库
// RGB LED 引脚定义（根据实际硬件连接修改）
#define GPIO_LED_RED 14
#define GPIO_LED_GREEN 17
#define GPIO_LED_BLUE 3
📌 关键配置点：LED 状态枚举与任务实现
在 static void log_error_if_nonzero(const char *message, int error_code) 函数后面添加以下代码：
/* ================= LED 指示灯业务逻辑 ================= */
typedef enum {
LED_OFF = 0, // 闲置（全灭）
LED_BLUE, // 蓝灯常亮
LED_GREEN, // 绿灯常亮
LED_RED // 红灯常亮
} led_indicator_state_t;
static volatile led_indicator_state_t g_led_state = LED_OFF;
// 设置 RGB LED 的亮灭状态
static void led_set_level(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {
bl_gpio_output_set(GPIO_LED_RED, r);
bl_gpio_output_set(GPIO_LED_GREEN, g);
bl_gpio_output_set(GPIO_LED_BLUE, b);
}
// LED 指示灯任务（FreeRTOS 任务）
static void led_indicator_task(void *pvParameters) {
// 初始化 GPIO 为输出模式
bl_gpio_enable_output(GPIO_LED_RED, 0, 0);
bl_gpio_enable_output(GPIO_LED_GREEN, 0, 0);
bl_gpio_enable_output(GPIO_LED_BLUE, 0, 0);
led_set_level(0, 0, 0); // 初始状态：全灭
while (1) {
switch (g_led_state) {
case LED_BLUE: // 蓝灯常亮
led_set_level(0, 0, 1);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
break;
case LED_GREEN: // 绿灯常亮
led_set_level(0, 1, 0);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
break;
case LED_RED: // 红灯常亮
led_set_level(1, 0, 0);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
break;
case LED_OFF: // 全灭
default:
led_set_level(0, 0, 0);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
break;
}
}
}
📌 关键配置点：MQTT 客户端参数配置
在 mqtt_start(void) 函数中配置 MQTT 客户端参数：
/*
* 配置 MQTT 客户端参数
* uri: MQTT 代理服务器地址，使用 mqtt:// 协议（非加密）
* event_handle: 设置事件回调函数，用于接收连接状态和数据
*/
axk_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
.uri = "mqtt://wx.ai-thinker.com:1883", // Broker 服务器地址与端口
.client_id = "yunyan_WB2", // 客户端 ID，必须唯一
.username = "yunyan", // 用户名（可选）
.event_handle = event_cb, // 注册事件回调函数
};
// 创建 LED 控制任务
static TaskHandle_t led_task_handle;
xTaskCreate(led_indicator_task, "led", 512, NULL, 10, &led_task_handle);
📌 关键配置点：MQTT 事件回调函数实现
修改回调函数 event_cb(axk_mqtt_event_handle_t event)，实现以下三个关键事件：
/* ==================== MQTT 连接成功事件 ==================== */
case MQTT_EVENT_CONNECTED:
blog_info("MQTT_EVENT_CONNECTED");
// 订阅主题 "/topic/qos0"，QoS 等级 0（最多送达一次，不保证送达）
msg_id = axk_mqtt_client_subscribe(client, "/topic/qos0", 0);
blog_info("sent subscribe successful, msg_id=%d", msg_id);
// 如需取消订阅，取消以下注释
// msg_id = axk_mqtt_client_unsubscribe(client, "/topic/qos1");
// blog_info("sent unsubscribe successful, msg_id=%d", msg_id);
break;
/* ==================== 订阅成功确认事件 ==================== */
case MQTT_EVENT_SUBSCRIBED:
blog_info("MQTT_EVENT_SUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
// 订阅成功后，立即向该主题发布一条 QoS 0 的消息 "hello,MQTT!"
msg_id = axk_mqtt_client_publish(client, "/topic/qos", "hello,MQTT!", 0, 0, 0);
blog_info("sent publish successful, msg_id=%d", msg_id);
break;
/* ==================== 收到 MQTT 消息数据事件 ==================== */
case MQTT_EVENT_DATA:
blog_info("MQTT_EVENT_DATA");
// 1. 解析 JSON 字符串为 cJSON 对象
cJSON *root = cJSON_Parse(event->data);
if (root == NULL) {
printf("Error parsing JSON!\n");
break;
}
// 2. 获取 LED 字段
cJSON *LED = cJSON_GetObjectItem(root, "LED");
// 3. 访问值并进行类型检查
if (LED && LED->type == cJSON_String) {
if (strcmp(LED->valuestring, "LED_RED") == 0) {
g_led_state = LED_RED;
printf("LED_RED_ON");
}
else if (strcmp(LED->valuestring, "LED_GREEN") == 0) {
g_led_state = LED_GREEN;
printf("LED_GREEN_ON");
}
else if (strcmp(LED->valuestring, "LED_BLUE") == 0) {
g_led_state = LED_BLUE;
printf("LED_BLUE_ON");
}
else if (strcmp(LED->valuestring, "LED_OFF") == 0) {
g_led_state = LED_OFF;
printf("LED_OFF");
}
else {
printf("LED ERROR");
}
}
// 4. 核心：必须手动释放 cJSON 内存！
cJSON_Delete(root);
printf("TOPIC=%.*s\r\n", event->topic_len, event->topic);
printf("DATA=%.*s\r\n", event->data_len, event->data);
break;
4️⃣ 编译与烧录
保存代码后，执行以下命令进行编译与烧录：
make flash p=/dev/ttyUSB0
编译过程如下：
图：编译成功提示，生成 tcp.bin 二进制文件
烧录过程如下：
图：烧录成功日志，红色标注显示 "[All Success]"
按下复位键重启开发板，打开串口助手，波特率设置为 115200，查看
图：串口日志显示 MQTT 连接成功、订阅成功、发布成功的消息
四、MQTTX 客户端配置与功能测试
1️⃣ 创建 MQTT 连接
打开 MQTTX 客户端，点击"新建"连接，填写以下信息：
图：MQTTX 连接配置界面，数字标注对应以下配置项
| 标注 |
配置项 |
值 |
说明 |
| ① |
名称 |
随便填 |
连接标识名称 |
| ② |
服务器地址 |
mqtt://wx.ai-thinker.com |
与代码中的 URI 保持一致 |
| ③ |
端口 |
1883 |
标准 MQTT 端口（非加密） |
| ④ |
Client ID |
mqttx_xxxxxxxx |
确保唯一不重复 |
| ⑤ |
用户名 |
可填可不填 |
本例为yunyan |
| ⑥ |
密码 |
可填可不填 |
根据实际情况填写 |
⚠️ 注意：SSL/TLS 选项保持关闭状态，因为本教程使用的是非加密 MQTT 连接。
2️⃣ 添加主题订阅
点击左侧 "+ 添加订阅"按钮，填写订阅信息：
*图：添加订阅对话框
| 配置项 |
值 |
说明 |
| Topic |
/topic/qos0 |
订阅的主题名称 |
| QoS |
0（最多一次） |
消息服务质量等级 |
3️⃣ 发布消息测试
向主题 /topic/qos0 发布 JSON 格式消息，控制 LED 亮灭：
发布红色 LED：
{
"LED": "LED_RED"
}
发布绿色 LED：
{
"LED": "LED_GREEN"
}
发布蓝色 LED：
{
"LED": "LED_BLUE"
}
关闭 LED：
{
"LED": "LED_OFF"
}
发布消息后，可在串口助手中看到相应的打印信息，开发板 RGB 灯也会对应亮起：
图：MQTTX 消息收发界面，显示订阅主题、已发布和已接收的消息
图：Ai-WB2 开发板 RGB LED 点亮效果（绿色）
五、常见错误排查
🔴 问题 1：WiFi 连接失败
现象：串口日志显示 WiFi 连接超时或认证失败。
排查步骤：
- 检查
ROUTER_SSID 和 ROUTER_PWD 是否正确填写
- 确认 WiFi 路由器工作正常，2.4GHz 频段信号良好（无法连接5G频段）
- 检查 WiFi 名称中是否包含特殊字符（建议使用英文和数字）
🔴 问题 2：MQTT 连接失败
现象：串口日志显示 MQTT_EVENT_DISCONNECTED 或连接超时。
排查步骤：
- 检查 MQTT 服务器地址是否正确：
mqtt://wx.ai-thinker.com:1883
- 确认网络连接正常，可以访问互联网
- 检查 Client ID 是否唯一，避免与其他设备冲突
- 查看防火墙设置，确保端口 1883 未被阻止
🔴 问题 3：JSON 解析失败
现象：串口日志输出 Error parsing JSON!，LED 无响应。
排查步骤：
- 检查发布的 JSON 格式是否正确（注意双引号、大括号配对）
- 确认字段名称为
LED（区分大小写）
- 验证值是否为以下合法值：
LED_RED、LED_GREEN、LED_BLUE、LED_OFF
🔴 问题 4：LED 不亮
现象：MQTT 消息已接收，但 LED 无反应。
排查步骤：
- 检查 GPIO 引脚定义是否与实际硬件连接一致（
GPIO_LED_RED、GPIO_LED_GREEN、GPIO_LED_BLUE）
- 使用万用表测量引脚电平是否正常变化
- 确认 RGB LED 模块正常工作（可使用简单的 GPIO 测试代码验证）
🔴 问题 5：编译失败
现象：执行 make 命令后出现编译错误。
排查步骤：
- 确认子模块已完整下载（检查
toolchain/riscv 目录）
- 检查是否安装了必要的编译工具链（GCC、Make 等）
- 查看编译错误日志，根据提示修改代码或安装依赖库
总结
至此，基于 Ai-WB2 使用 MQTT 协议实现订阅、发布及点灯功能的全部内容已完成！
如有问题或建议，欢迎在评论区留言讨论！
