本文以實現串口MQTT服務器為項目目標，展開講解，介紹如何通過EsDA工具和MPC-ZC1平臺，進行應用開發，逐步完成項目需求。

簡介

工業串口服務器，以提供串口與網絡服務器之間的雙向數據透明傳輸為核心業務。在不用修改原有產品系統的情況下，為串口設備提供了便捷的聯網通道，即擴展了物聯網功能，又保障了原有系統的穩定性。

串口端主要為 RS-232、485、422 等接口，網絡端通常為 TCP、UDP、MQTT、HTTP 等協議服務器。

本文以實現串口MQTT服務器為項目目標，展開講解，介紹如何通過 EsDA 工具和 MPC-ZC1 平臺，進行應用開發，逐步完成項目需求。

?前期準備

可通過 EsDA MPC-ZC1 入門篇相關文章，掌握 EsDA 基本開發流程：

• EsDAMPC-ZC1入門（一）——軟件安裝
• EsDAMPC-ZC1入門（二）——LED控制

一、項目需求

項目開發前，先對項目需求進行梳理和拆解，主要有以下幾點：

支持串口通信；

支持MQTT通信；

串口與MQTT服務器實現數據透傳；

支持串口和MQTT服務器控制 LED 顯示。

* 本文僅以 LED 作為擴展業務，可根據實際需求進行擴展。

二、業務框圖

根據項目需求，大致將系統劃分為以下幾大模塊：

1. 串口通信

實現串口的數據收發功能；

實現串口基本參數配置功能（波特率、奇偶校驗位、數據位）。

2. MQTT通信

• 實現MQTT客戶端功能；
• 配置目標服務器地址、端口；
• 發布和訂閱指定主題。

3. 數據解析

• 解析數據流中的控制命令
  

4. 數據分發

• 將解析出來的數據分發到其他模塊

業務開發

可通過 EsDA MPC-ZC1 入門篇相關文章，掌握 EsDA 基本開發流程：

一、串口通信

實現串口通信模塊，需要使用到串口相關的 AWFlow 節點，包括 serial_ex、serial_in_ex、serial_out_ex 3個節點。1. 節點介紹1.1 serial_ex串口配置節點，屬于隱式節點，不會被顯示在畫布中，需要配套對應的功能節點一起使用。1.1.1 屬性

• 名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；
• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；
• 端口（port）：用于索引串口設備；
• 波特率（baudrate）：串口波特率參數；
• 字節大小（bytesize）：數據位參數；
• 奇偶校驗（parity）：串口奇偶校驗位參數；
• 停止位（stopbits）：串口停止位參數；
• 流控（flowcontrol）：串口流控模式配置；
• 幀超時（frame_timeout）：收到數據后的總體等待時間；
• 幀長度（frame_length）：期望收據的數據長度；
• 碼間超時（intersymbol_timeout）：字節間的最大超時時間。

其中幀超時、幀長度、碼間超時可用于分包應用，3個參數可同時使用，任意一個條件滿足都會觸發分包。

* 配置節點（config類型）只存在節點屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2 serial_in_ex

串口接收節點，負責讀取指定串口接收到的數據。1.2.1 屬性

名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

• 配置節點名稱（config）：綁定一個串口配置節點；

1.2.2 輸入* pump類型節點通常不具備數據輸入。1.2.3 輸出

payload：讀取到串口接收的數據，字符串（可按二進制提取）；

payloadLength：數據長度，uint32_t 類型；

payloadType： payload 的數據類型，用于后續節點數據處理；

istream：數據流對象，保存著串口接收的原始數據流；

*當幀超時、幀長度、碼間超時其中任意參數有效時，輸出payload 格式，否則輸出 istream。

1.3 serial_out_ex

串口發送節點，將上級節點輸出的數據發送至串口發送接口。

1.3.1 屬性

名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

配置節點名稱（config）：綁定一個串口配置節點。

1.3.2 輸入

payload：負載數據，字符串類型（也可按二進制轉換）；

payloadLength：負載數據長度，uint32_t類型；

payloadType：指示payload的數據類型；

istream：數據流對象。

*支持輸入 payload 和 istream 數據，優先使用 istream。

1.3.3 輸出

* sink類型節點通常不具備數據輸出。

2. 回發驗證

我們通過一個串口數據回發功能來驗證串口通信模塊。

2.1添加節點

添加 serial_in_ex 和 serial_out_ex 節點到畫布上。

2.2配置節點

雙擊 serial_in_ex 節點，打開屬性面板。

選擇“添加新的 serial_ex 節點”，點擊編輯配置，進入配置節點屬性面板。

串口設備：Uart1；

波特率：115200；

字節大小：8bits；

奇偶校驗：None

停止位：1bits；

流控：None；

幀超時：100；

幀長度：0；

碼間超時：0。

點擊添加，完成配置。

可以看到已經創建了一個新的配置節點，名為 serial_ex，繼續點擊完成，結束接收節點的配置。

同樣的，雙擊 serial_out_ex 節點，打開屬性面板，直接選擇剛剛創建的配置節點。

點擊完成，保存配置。

2.3繪制流圖

將serial_in_ex與serial_out_ex節點進行連接。

2.4下載驗證

確保硬件正確連接。

選擇流圖下載接口。

點擊下載。

完成流圖下載，通過串口工具進行數據回發測試。

二、MQTT通信

實現 MQTT 通信模塊，需要使用到相關的AWFlow節點，包括mqtt_config、mqtt_in、mqtt_out3個節點。

1. 節點介紹

1.1 mqtt_config

MQTT 配置節點，屬于隱式節點，不會被顯示在畫布中，需要配套對應的功能節點一起使用。

1.1.1 屬性

名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

顯示名稱（displayName：用于畫布上顯示的名稱；

主機地址（host）：目標服務器域名（IP地址）；

端口（port）：目標服務器網絡端口；

重連間隔（retry-interval）：MQTT后臺服務重連時間間隔，單位毫秒；

客戶端ID（client-id）：MQTT客戶端ID；

用戶名（user-name）：MQTT客戶端用戶名；

密碼（password）：MQTT客戶端密碼；

保活包發送間隔（keep-alive-interval）：保活數據包發送周期，單位秒；

清除會話（clean-session）：使能自動清除歷史會話；

上線主題服務質量等級（online-topic-qos）：上線QoS服務質量；

上線主題（online-topic-topic）：上線主題；

上線主題數據（online-topic-data）：上線主題數據；

遺囑主題服務質量等級（last-will-qos）：遺囑QoS服務質量；

遺囑主題（last-will-topic）：遺囑主題；

遺囑主題數據（last-will-data）：遺囑主題數據；

使能SSL（enable-ssl）：使能SSL加密功能；

根證書路徑（root-ca-ssl）：根證書文件全路徑；

客戶端證書路徑（client-certificate-path）：客戶端證書文件全路徑；

客戶端密鑰路徑（client-private-key-path）：客戶端密鑰文件全路徑。

MQTT 配置屬性項比較多，但好在節點中已經內置了常用的默認配置，用戶僅需根據應用修改所需屬性項即可。

* 配置節點（config類型）只存在節點屬性，不具備輸入輸出功能。

1.2 mqtt_in

MQTT 訂閱節點，提供訂閱指定主題的功能。

1.2.1 屬性

• 名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；
• 顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；
• 主題（topic）：配置需要訂閱的主題；
• 消息質量（qos）：QoS主題服務質量等級；
• 配置（config）：綁定一個MQTT配置節點。

1.2.2 輸入

pump類型節點通常不具備數據輸入。

1.2.3 輸出

• topic：主題標識，字符串類型；
• payload：負載數據，指針（pointer）類型；
• payloadLength：負載數據長度，uint32_t類型。

1.3 mqtt_out

MQTT 發布節點，向服務器發布指定主題數據。

1.3.1 屬性

名稱（name）：節點名稱，用于索引查找本節點；

顯示名稱（displayName）：用于畫布上顯示的名稱；

消息質量（qos）：QoS主題服務質量等級；

保留標志（retain）：使能主題信息在服務器保留；

主題（topic）：發布的主題；

配置（config）：綁定一個MQTT配置節點。

1.3.2 輸入

• topic：發布主題名稱；
• payload：負載數據；
• payloadLength：負載數據長度，uint32_t類型；

1.3.3 輸出

* sink類型節點通常不具備數據輸出。2. 回發驗證我們通過一個MQTT數據回發功能來驗證MQTT通信模塊。2.1 添加節點添加 mqtt_in 和 mqtt_out 節點到畫布上。

2.2 配置節點

雙擊 mqtt_in_ex 節點，打開屬性面板。

選擇“添加新的 mqtt 節點”，點擊編輯配置，進入配置節點屬性面板。

該節點已經內置好大部分常用的配置信息，此處，我們僅修改3個必須的屬性項：

主機地址：broker.emqx.io；

端口號：1883；

重連間隔：1000。

點擊添加，完成配置。

可以看到已經創建了一個新的配置節點，名為 mqtt，同時我們配置一個訂閱主題 EsDA-MQTT-Down ，繼續點擊完成，結束接收節點的配置。

同樣的，雙擊mqtt_out節點，打開屬性面板，直接選擇剛剛創建的配置節點，同時配置一個發布主題EsDA-MQTT-Up 。

點擊完成，保存配置。

2.3 繪制流圖

將 mqtt_in 與 mqtt_out 節點進行連接。

2.4 下載驗證

確保硬件正確連接，需要4G天線，以及一張可正常聯網的SIM卡。

選擇流圖下載接口。

點擊下載。

完成流圖下載后，可通過MQTT客戶端工具進行數據回發測試。

此處我們選擇MQTTX，下載鏈接

https://www.emqx.com/zh/downloads/MQTTX/1.8.2/MQTTX-Setup-1.8.2-x64.exe

下載結束并完成MQTTX客戶端的安裝，啟動MQTTX客戶端軟件。

點擊新建連接，創建MQTT連接，如下進行配置。

點擊連接，完成客戶端配置，進入連接后，添加訂閱主題。

訂閱MPC-ZC1發布的主題EsDA-MQTT-Up 。

最后發布MPC-ZC1訂閱的主題EsDA-MQTT-Down 。

輸入發布的內容EsDA MQTT Test Message!，點擊發布主題，隨后可以收到 MPC-ZC1 回發同樣的內容。

三、串口MQTT透傳

前面我們已經完成串口通信、MQTT通信功能，并進行數據回發測試，接下來我們要完成本項目的核心功能，串口與MQTT服務器之間的數據透明傳輸。

從前面兩次數據回發的流圖中，我們很容易想象到如下圖所示的方式進行流圖變換。

沒錯，只需將2條回發的數據流進行交換連接，即可達到2個通信接口的數據透明傳輸。為了流圖簡潔性，我們進行節點的位置調整，如下所示。

下載流圖，進行透傳測試，效果如下圖。

至此，我們完成串口服務器的核心功能，數據透明傳輸。后續我們會繼續圍繞串口服務器項目，進行業務的擴展，增加透傳命令來控制設備上的LED。

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