第二十三章 W55MH32 MQTT_OneNET示例

W55MH32 2025-07-24 712
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W55MH32

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描述

单芯片解决方案，开启全新体验——W55MH32 高性能以太网单片机

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太网单片机，它为用户带来前所未有的集成化体验。这颗芯片将强大的组件集于一身，具体来说，一颗W55MH32内置高性能Arm® Cortex-M3核心，其主频最高可达216MHz；配备1024KB FLASH与96KB SRAM，满足存储与数据处理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP协议栈、内置MAC以及PHY，拥有独立的32KB以太网收发缓存，可供8个独立硬件socket使用。如此配置，真正实现了All-in-One解决方案，为开发者提供极大便利。

在封装规格上，W55MH32 提供了两种选择：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封装版本，尺寸为12x12mm，其资源丰富，专为各种复杂工控场景设计。它拥有66个GPIO、3个ADC、12通道DMA、17个定时器、2个I2C、5个串口、2个SPI接口（其中1个带I2S接口复用）、1个CAN、1个USB2.0以及1个SDIO接口。如此丰富的外设资源，能够轻松应对工业控制中多样化的连接需求，无论是与各类传感器、执行器的通信，还是对复杂工业协议的支持，都能游刃有余，成为复杂工控领域的理想选择。 同系列还有QFN68封装的W55MH32Q版本，该版本体积更小，仅为8x8mm，成本低，适合集成度高的网关模组等场景，软件使用方法一致。更多信息和资料请进入http://www.w5500.com/网站或者私信获取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法单元，WIZnet还推出TOE+SSL应用，涵盖TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，为网络通信安全再添保障。

为助力开发者快速上手与深入开发，基于W55MH32L这颗芯片，WIZnet精心打造了配套开发板。开发板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口数据线，就能轻松实现调试、下载以及串口打印日志等功能。开发板将所有外设全部引出，拓展功能也大幅提升，便于开发者全面评估芯片性能。

若您想获取芯片和开发板的更多详细信息，包括产品特性、技术参数以及价格等，欢迎访问官方网页：http://www.w5500.com/，我们期待与您共同探索W55MH32的无限可能。

MQTT

第二十三章 W55MH32 MQTT_OneNET示例

本篇文章，我们将详细介绍如何在W55MH32芯片上面实现MQTT协议。并通过实战例程，为大家讲解如何使用W55MH32的MQTT协议连接OneNET平台，实现与OneNET物模型的数据交互。

该例程用到的其他网络协议，例如 DHCP和DNS，请参考相关章节。有关 W55MH32 的初始化过程，请参考 Network Install 章节，这里将不再赘述。

1 MQTT简介

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的消息传输协议，广泛应用于物联网（IoT）领域，尤其是在网络带宽受限、设备资源有限的环境中。它由IBM在1999年提出，主要用于远程监控和控制系统中的设备通信。MQTT协议具有低带宽、低功耗、低延迟等优点，特别适用于嵌入式系统和物联网设备的通信。

2 MQTT特点

轻量级：MQTT协议采用极简的协议头，减少了消息头的大小，适合带宽有限和计算资源有限的设备。

可靠性：MQTT支持三种服务质量（QoS）级别，能够确保数据可靠送达。

实时性：MQTT适合低延迟应用场景，消息会尽可能地实时推送到订阅者。

保留消息：MQTT支持“保留消息”功能，代理会保存最后一条发布的消息，当有新设备订阅某个主题时，代理会立即发送保留的消息。

持久会话：MQTT允许客户端在断开后恢复会话状态，断开期间的消息可以在客户端重新连接后继续接收。

3 MQTT应用场景

工业自动化：在工业环境中，生产设备、传感器、控制器等都需要进行数据交换，MQTT协议适用于在复杂的工业自动化系统中提供实时通信。

智能电网：智能电网应用中，电力设备（如变电站、智能电表、开关设备等）通过以太网与控制中心进行实时数据交换，使用MQTT协议进行远程监控和控制。

远程设备监控与管理：适用于需要远程监控和管理的设备，如远程气象站、环境监测设备等。通过MQTT协议实时获取设备的传感器数据。

4 MQTT 发布/订阅模式

发布订阅模式（Publish-Subscribe Pattern）是一种消息传递模式，它将发送消息的客户端（发布者）与接收消息的客户端（订阅者）解耦，使得两者不需要建立直接的联系也不需要知道对方的存在。

MQTT 发布/订阅模式的精髓在于由一个被称为代理（Broker）的中间角色负责所有消息的路由和分发工作，发布者将带有主题的消息发送给代理，订阅者则向代理订阅主题来接收感兴趣的消息。

在 MQTT 中，主题和订阅无法被提前注册或创建，所以代理也无法预知某一个主题之后是否会有订阅者，以及会有多少订阅者，所以只能将消息转发给当前的订阅者，如果当前不存在任何订阅，那么消息将被直接丢弃。

MQTT 发布/订阅模式有 4 个主要组成部分：发布者、订阅者、代理和主题。

发布者（Publisher）：负责将消息发布到主题上，发布者一次只能向一个主题发送数据，发布者发布消息时也无需关心订阅者是否在线。

订阅者（Subscriber）：订阅者通过订阅主题接收消息，且可一次订阅多个主题。

代理（Broker）：负责接收发布者的消息，并将消息转发至符合条件的订阅者。另外，代理也需要负责处理客户端发起的连接、断开连接、订阅、取消订阅等请求。

主题（Topic）：主题是 MQTT 进行消息路由的基础，它类似 URL 路径，使用斜杠 / 进行分层，比如 sensor/1/temperature。一个主题可以有多个订阅者，代理会将该主题下的消息转发给所有订阅者；一个主题也可以有多个发布者，代理将按照消息到达的顺序转发。

MQTT协议的通信流程如下图：

MQTT

5 MQTT QoS详解

QoS 0：消息最多传递一次，可能会丢失，且不做重试。这是最基本的QoS级别，不保证消息的传送或顺序。

使用场景：实时传输的更新数据，如温度、湿度等，消息丢失对应用的影响较小。

QoS 1：消息至少传送一次。为了确保消息到达，发送方会重复发送消息，直到收到接收方的确认应答（PUBACK）。可能会导致消息重复接收。

使用场景：电力监测数据，或需要确保状态信息准确传输的应用场景。

QoS 2：确保消息只能被传递一次，且只传递一次。该级别保证了消息的可靠性、唯一性和顺序性。通过四次握手过程确保消息不丢失、不会重复。

适用场景：高安全要求的应用，如支付系统、重要的设备控制等，不能容忍消息重复或丢失。

6 MQTT消息

在 MQTT 中，客户端可以在连接时在服务端中注册一个遗嘱消息，与普通消息类似，我们可以设置遗嘱消息的主题、有效载荷等等。当该客户端意外断开连接，服务端就会向其他订阅了相应主题的客户端发送此遗嘱消息。这些接收者也因此可以及时地采取行动。这一特性通常用于检测和响应客户端故障或掉线事件，特别适合在需要高可靠性的物联网系统和实时监控场景中使用。

有关MQTT协议的报文，可以参考：Introduction · MQTT协议中文版，本文不再赘述。

7 OneNET物联网平台简介

OneNET是由中国移动打造的物联网开放平台，在物联网应用和真实设备之间搭建高效、稳定安全的应用平台。该平台支持适配各种网络环境和协议类型，可实现各种传感器和智能硬件的快速接提供丰富的 API和应用模板以支撑各类行业应用和智能硬件的开发。

8 OneNET物模型介绍

物模型是物联网平台中用于描述和管理设备能力的抽象模型，它定义了设备的属性、行为和事件，使设备与平台、应用之间的交互更加标准化和统一。在OneNET平台中，物模型是设备管理与数据交互的核心概念，通过物模型，开发者可以方便地对设备进行建模、管理和使用。

9 MQTT连接OneNET收发数据流程

1.准备阶段

注册与实名认证：用户需要在OneNET平台注册账号，并完成实名认证。

创建产品和添加物模型：登录阿里云物联网平台，创建产品并在产品下添加以下物模型功能。

MQTT

创建设备：在刚刚创建的产品下创建一个设备。

2.记录参数

连接参数：可在OneNET - 中国移动物联网开放平台官方文档中找到MQTT协议所需的连接参数，从中可得：

服务器地址及端口和安全认证三要素：

MQTTMQTT

clientld为我们创建的设备名，usemame为我们创建产品后平台分配的产品ID，password则需使用token生成工具生成，工具说明及下载链接：OneNET - 中国移动物联网开放平台。

发布主题：$sys/{pid}/{device-name}/thing/property/post（属性上报消息主题）

订阅主题：$sys/{pid}/{device-name}/thing/property/post/reply（属性上报响应主题）

订阅主题：$sys/{pid}/{device-name}/thing/property/set（设置主题）

注意：上面两个主题中的{pid}需要替换成产品ID，{device-name}替换成设备名。

MQTT

3.连接、订阅和发布消息

接着我们可以使用上面记录的连接参数进行连接，当连接成功后，订阅上面的订阅主题。并通过发布主题上报物模型数据。

在OneNET平台，如果产品创建阶段选择的数据格式为OneJson格式时，接收和发送数据格式都会遵守下面这个格式：

 

{
  "id": "123",
  "version": "1.0",
  "params": {
    "Power": {
      "value": "on",
      "time": 1524448722123
    },
    "WF": {
      "value": 23.6,
      "time": 1524448722123
    }
  },
  "method":"thing.{功能类型}.{方法}"
}

 

字段id是请求的唯一标识符，值为"123"，用于跟踪请求的响应；version表示OneJSON数据格式的版本号，这里为"1.0"；params字段包含设备的属性数据，包含了属性标识符、对应的值和时间戳；method字段指定设备执行的操作类型，这里是thing.{功能类型}.{方法}，用于指明设备进行的操作。

4.接收消息处理

接收消息：当接收到消息时，我们只需要按照上面的json格式进行解析，然后进行相应的处理即可。

10 实现过程

接下来，我们看看在W55MH32上如何实现MQTT连接OneNET，并进行订阅、发布消息以及接收消息处理。

注意：因为本示例需要访问互联网，请确保W55MH32的网络环境及配置能够正常访问互联网。

步骤一：初始化MQTT客户端

 

mqttconn mqtt_params = {
 .mqttHostUrl = "mqtts.heclouds.com",
 .server_ip = {
     0,
 },                                                                                                                                                     /*Define the Connection Server IP*/
 .port = 1883,                                                                                                                                          /*Define the connection service port number*/
 .clientid = "W5100S_W5500",                                                                                                                            /*Define the client ID*/
 .username = "70TwP2gxl5",                                                                                                                              /*Define the user name*/
 .passwd = "version=2018-10-31&res=products%2F70TwP2gxl5%2Fdevices%2FW5100S_W5500&et=1791400694&method=sha1&sign=0SchVg6Y2MRYn%2B9zItNZwt%2F%2FN4Y%3D", /*Define user passwords*/
 .pubtopic = "$sys/70TwP2gxl5/W5100S_W5500/thing/property/post",                                                                                        /*Define the publication message*/
 .pubtopic_reply = "$sys/70TwP2gxl5/W5100S_W5500/thing/property/post/reply",
 .subtopic = "$sys/70TwP2gxl5/W5100S_W5500/thing/property/set", /*Define subscription messages*/
 .subtopic_reply = "$sys/70TwP2gxl5/W5100S_W5500/thing/property/set_reply",
 .pubQoS = QOS0,                /*Defines the class of service for publishing messages*/
 .willtopic = "/wizchip/will",  /*Define the topic of the will*/
 .willQoS = QOS0,               /*Defines the class of service for Will messages*/
 .willmsg = "wizchip offline!", /*Define a will message*/
 .subQoS = QOS0,                /*Defines the class of service for subscription messages*/
};
/**
* @brief Initializing the MQTT client side
*
* Initialize the MQTT client side with the given parameters, including network configuration and MQTT connection parameters.
*
* @param sn socket number
* @param send_buf send buffer pointer
* @param recv_buf recv buffer pointer
*/
void mqtt_init(uint8_t sn, uint8_t *send_buf, uint8_t *recv_buf)
{
   wiz_NetInfo get_info = {0};
   wizchip_getnetinfo(&get_info);
   /* DNS parsing */
   if (do_dns(send_buf, (uint8_t *)mqtt_params.mqttHostUrl, mqtt_params.server_ip))
   {
       while (1)
       {
       }
   }
   NewNetwork(&n, sn);                                          /*Obtain network configuration information*/
   ConnectNetwork(&n, mqtt_params.server_ip, mqtt_params.port); /*Connect to the MQTT server*/
   MQTTClientInit(&c, &n, 1000, send_buf, MQTT_ETHERNET_MAX_SIZE, recv_buf, MQTT_ETHERNET_MAX_SIZE);
   data.willFlag = 0;                                                            /* will flag: If the will annotation bit is 0, the following will-related settings are invalid*/
   willdata.qos = mqtt_params.willQoS;                                           /* will QoS */
   willdata.topicName.lenstring.data = mqtt_params.willtopic;                    /* will topic */
   willdata.topicName.lenstring.len = strlen(willdata.topicName.lenstring.data); /* will topic len */
   willdata.message.lenstring.data = mqtt_params.willmsg;                        /* will message */
   willdata.message.lenstring.len = strlen(willdata.message.lenstring.data);     /* will message len */
   willdata.retained = 0;
   willdata.struct_version = 3;
   data.will = willdata;
   data.MQTTVersion = 4;
   data.clientID.cstring = mqtt_params.clientid;
   data.username.cstring = mqtt_params.username;
   data.password.cstring = mqtt_params.passwd;
   data.keepAliveInterval = 30;
   data.cleansession = 1;
}

 

修改为自己平台的clientid和username以及passwd，还包括pubtopic和subtopic的产品和设备名的更改。

步骤二：主循环，处理MQTT相关操作（连接、发送、接收等）

 

  while (1)
    {
         do_mqtt();
     }

 

步骤三：进入do_mqtt()函数

 

void do_mqtt(void)
{
    uint8_t ret;
    switch (run_status)
    {
        case CONN: 
        {
            // 连接到MQTT服务器
            ret = MQTTConnect(&c, &data);
            printf("Connect to the MQTT server: %d.%d.%d.%d:%drn",
                   mqtt_params.server_ip[0], mqtt_params.server_ip[1],
                   mqtt_params.server_ip[2], mqtt_params.server_ip[3],
                   mqtt_params.port);
            printf("Connected:%srnrn", ret == SUCCESSS ? "success" : "failed");

            if (ret != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERR;
            }
            else
            {
                run_status = SUB;
            }
            break;
        }

        case SUB: 
        {
            // 订阅第一个主题
            ret = MQTTSubscribe(&c, mqtt_params.subtopic, mqtt_params.subQoS, messageArrived);
            printf("Subscribing to %srn", mqtt_params.subtopic);
            printf("Subscribed:%srnrn", ret == SUCCESSS ? "success" : "failed");
            if (ret != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERR;
            }
            else
            {
                run_status = PUB_MESSAGE;
            }

            // 订阅第二个主题（回复主题）
            ret = MQTTSubscribe(&c, mqtt_params.pubtopic_reply, mqtt_params.subQoS, messageArrived);
            printf("Subscribing to %srn", mqtt_params.pubtopic_reply);
            printf("Subscribed:%srnrn", ret == SUCCESSS ? "success" : "failed");
            if (ret != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERR;
            }
            else
            {
                run_status = PUB_MESSAGE;
            }
            break;
        }

        case PUB_MESSAGE: 
        {
            // 配置发布消息参数
            pubmessage.qos       = QOS0;
            pubmessage.payload   = "{"id":"123","version":"1.0","params":{"CurrentTemperature":{"value":26.6}}}";
            pubmessage.payloadlen = strlen(pubmessage.payload);

            // 发布消息
            ret = MQTTPublish(&c, (char *)&(mqtt_params.pubtopic), &pubmessage);
            if (ret != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERR;
            }
            else
            {
                printf("publish:%s,%srnrn", mqtt_params.pubtopic, (char *)pubmessage.payload);
                run_status = KEEPALIVE;
            }
            break;
        }

        case KEEPALIVE: 
        {
            // 维持MQTT连接（心跳）
            if (MQTTYield(&c, 30) != SUCCESSS)
            {
                run_status = ERR;
            }
            delay_ms(100);
            break;
        }

        case RECV: 
        {
            // 处理接收到的消息
            if (mqtt_recv_flag)
            {
                mqtt_recv_flag = 0;
                json_decode(mqtt_recv_msg);  // 解析接收到的JSON消息
            }
            delay_ms(100);
            break;
        }

        case ERR:  /* 运行错误状态 */
            printf("system ERROR!");
            delay_ms(1000);
            break;

        default:
            break;
    }
}

 

进入该函数后，程序首先尝试连接到指定的MQTT服务器。如果连接成功，则进入订阅状态；如果连接失败，则直接进入错误状态并打印错误信息。

在订阅状态中，订阅两个主题：一个是用于接收消息的订阅主题，另一个是用于发布回复的发布主题。如果这两个主题都成功订阅，则进入发布消息状态；如果订阅过程中出现失败，则进入错误状态并打印错误信息。

进入发布消息状态后，构建一条消息并尝试发布。如果发布成功，则进入保持连接状态；如果发布失败，则进入错误状态并打印错误信息。

在保持连接状态中，持续接收消息并检查是否有需要处理的消息。如果有接收到需要处理的消息，则进行相应的处理。

在任何步骤中，如果发生错误，都会立即进入错误状态，并打印出详细的错误信息。

11 运行结果

烧录例程运行后，首先进行了PHY链路检测，接着是通过DHCP获取网络地址信息和DNS解析服务器域名，然后连接服务器和订阅主题，最后发送物模型数据，随后就接收到OneNET平台响应的上报成功的信息，此时查看平台物模型数据已经得到更新显示。如下图所示：

MQTT

然后我们使用ONENET平台的在线设备调试功能，调试LWDSwish状态，下发数据，此时W55MH32就接收到下发的消息并进行响应操作了，如下执行LED OFF：

MQTT

12 总结

本文讲解了如何在 W55MH32 芯片上实现 MQTT 协议并连接 OneNET 平台，通过实战例程展示了从准备工作、连接配置到消息订阅、发布及接收处理的完整过程。文章详细介绍了 MQTT 协议的概念、特点、应用场景、发布 / 订阅模式、QoS 级别，以及 OneNET 物联网平台和物模型相关知识，帮助读者理解其在物联网设备与云端数据交互中的实际应用价值。

下一篇文章将讲解如何在 W55MH32 上实现多路 Socket设置为 TCP 客户端模式，并进行连接同一个服务器测试，解析多路 Socket 连接的核心原理及应用，同时讲解在 W55MH32 上实现该功能的具体步骤与要点，敬请期待！

WIZnet 是一家无晶圆厂半导体公司，成立于 1998 年。产品包括互联网处理器 iMCU™，它采用 TOE（TCP/IP 卸载引擎）技术，基于独特的专利全硬连线 TCP/IP。iMCU™ 面向各种应用中的嵌入式互联网设备。

WIZnet 在全球拥有 70 多家分销商，在香港、韩国、美国设有办事处，提供技术支持和产品营销。

香港办事处管理的区域包括：澳大利亚、印度、土耳其、亚洲（韩国和日本除外）。

审核编辑 黄宇

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