WiFi Module(ESP Module)을 이용한 원격제어: MQTT-arduino

ESP8266/ESP32 MQTT - Arduino

MQTT 사용을 위한 준비

MQTT 이해에 필요한 기본 개념(용어)
MQTT – Broker
Raspberry Pi에 Mosquitto Broker 설치하기

MQTT Broker를 사용한 메세지 전달과 장치 제어

Broker를 사용한 메세지 전달 과제에 필요한 준비
Broker를 사용한 메세지 전달과 LED 제어
ESP#1 장치 프로그램
ESP#2 장치 프로그램
Broker를 사용한 메세지 전달과 LED 제어 실험
Android 휴대폰을 사용한 메세지 전달과 LED 제어 실험

ESP8266/ESP32 MQTT 관련 페이지 보기

MQTT 사용을 위한 준비

MQTT( Message Queuing Telemetry Transport)는 클라이언트에서 메시지를 발행(Publish)하고 수신(Subscribe) 할 수있는 시스템이다. Low-bandwidth 장치를 위해 설계된 간단한 메시징 프로토콜이기 때문에 사물 인터넷 애플리케이션에 적합하다. MQTT를 사용하면 여러 장치 사이에 명령을 보내 출력을 제어하고 센서 노드에서 데이터를 읽고 게시(Publish)하는 설정을 용이하게 할 수 있다.

MQTT 이해에 필요한 기본 개념(용어)

Publish/Subscribe

장치(Device)는 주제(Topic)에 대한 메시지를 발행(Publish)하거나 메시지를 수신(Subscribe)하기 위해 특정 주제를 구독(subscribed) 할 수 있다.

Messages

메시지는 장치간에 교환하려는 정보(명령 or 데이터)이다.

Topics

주제(Topics)는 메시지를 게시 할 위치 또는 수신 메시지를 등록하는 방법이다.
주제(Topics)는 슬래시(/)로 구분 된 문자열로 표시된다. 다음은 홈 오피스에서 램프를 제어하는 경우 주제를 만드는 예이다.

오피스 램프를 제어하는 경우 Topic 예

오피스 램프 제어 시나리오 예

MQTT Client 장치에서 Topic(home/studyRoom/lamp)에 대하여 "On" 및 "Off" 메시지를 발행(Publish)한다.
램프를 제어하는 장치(ESP32, ESP8266 또는 기타 보드 일 수 있음)가 해당 Topic(home/studyRoom/lamp)를 구독한다.
해당 Topic에 대한 새 메시지가 발행(Publish)되면 램프를 제어하는 장치(예: ESP32)는 "on"또는 "off"메시지를 수신(Subscribe)하고 램프를 켜거나 끄는 제어를 실행한다.

MQTT – Broker

브로커는 기본적으로 모든 메시지를 수신하고, 메시지를 필터링하고, 해당 메시지에 관심이있는 Clients에게 메시지를 게시(Publish)한다.

MQTT – Broker 예

Raspberry Pi에 Mosquitto Broker 설치하기

주의: Mosquitto version 2.0.12는 umqtt.simple과 연결되지 않는다. Mosquitto version 2.0.11 까지만 사용 가능하다. 이 문제는 MicroPython standard library를 개선하여야 되는 문제이기 때문에 현재로서는 언제 개선될지 알 수 없음.

Raspberry Pi에 터미널을(Putty) 연결한다.
터미널을(Putty)에서 다음 명령을 실행하여 Mosquitto Broker를 설치한다.

sudo apt update

sudo apt install -y mosquitto mosquitto-clients

주: 위 명령에 의하여 Mosquitto version 2.0.11 이 설치된다. 현재(2021.12.16일) 최신 버전은 Mosquitto version 2.0.12 이다. 현재는 Mosquitto를 2.0.12 버전으로 업그레이드하면 umqtt.simple과 연결되지 않는다.

Mosquitto 설치과정에서 패키지 관리자가 부팅 시 Mosquitto 서버를 자동 시작하도록 구성한다.
만약 필요한 경우 Mosquitto 서버를 자동 시작 또는 중지하는 방법은 아래와 같다.

Raspberry Pi 시작시 자동으로 Mosquitto를 시작 시키는 명령은 아래와 같다.

sudo systemctl enable mosquitto.service

Raspberry Pi 자동 시작을 중지하는 명령은 아래와 같다.

sudo systemctl disable mosquitto.service

Raspberry Pi 시작시 자동으로 Mosquitto를 시작 시키지 않고 Background에서 Daemon으로 실행 시키는 명령은 아래와 같다.

mosquitto -d

아래 명령으로 mosquitto의 실형 여부를 확인할 수 있다.

sudo systemctl status mosquitto

아래 명령으로 mosquitto의 Version과 정상 설치 여부를 확인한다.

mosquitto -v

아래 명령으로 Raspberry Pi의 IP address를 확인할 수 있다.

hostname -I

실행중인 mosquitto id 확인하기

ps -ef | grep mosquitto

실행중인 프로세스를 종료(id 사용)하는 예

sudo kill 12345

아래 명령어를 사용하여 Mosquitto의 상태(설치 및 실행 중 인지 확인)를할 수 있다.

sudo systemctl status mosquitto

Mosquitto 서비스가 제대로 시작된 경우 녹색으로 강조된 “active (running)”이라는 텍스트가 메세지 중에 표시된다.

Mosquitto를 외부에서 연결할 수 있도록 허용하기

Mosquitto version 2.0.0 부터는 오직 localhost에서 만 연결할 수 있도록 초기 설정이 되어 있기 때문에 아래와 같이 외부에서 연결할 수 있도록 설정하여야 한다.

아래 명령으로 mosquitto의 실행을 정지 시킨다.

sudo /etc/init.d/mosquitto stop

아래 명령으로 nano 편집기를 이용하여 mosquitto.conf의 아래에 "listener 1883 0.0.0.0" 와 "allow_anonymous true" 두줄을 추가한다.

sudo nano /etc/mosquitto/mosquitto.conf

mosquitto.conf의 편집 결과 예는 아래와 같다.


          # Place your local configuration in /etc/mosquitto/conf.d/
          #
          # A full description of the configuration file is at
          # /usr/share/doc/mosquitto/examples/mosquitto.conf.example

          pid_file /run/mosquitto/mosquitto.pid

          persistence true
          persistence_location /var/lib/mosquitto/

          log_dest file /var/log/mosquitto/mosquitto.log

          include_dir /etc/mosquitto/conf.d

          listener 1883 0.0.0.0
          allow_anonymous true

아래 명령으로 mosquitto을 다시 실행한다.

sudo /etc/init.d/mosquitto start

MQTT Broker를 사용한 메세지 전달과 장치 제어

이 예는 2개의 장치(ESP32 or ESP8266 모듈)사이에 메세지를 주고 받는 예이다.

Broker를 사용한 메세지 전달 과제에 필요한 준비

Hardware

2개의 ESP32 또는 ESP8266 개발보드: MQTT Client로 사용한다.
Raspberry Pi(MicroSD Card 16GB 이상): MQTT Broker를 설치한다.

Software

Mosquitto Broker: Raspberry Pi에 설치함. 위 "Mosquitto Broker 설치하기" 참고요.
PubSubClient Library

MQTT 메시징을 위한 클라이언트 라이브러리이다. MQTT는 소형 장치에 적합한 메시징 프로토콜이다. PubSubClient Library를 사용하면 MQTT에 메시지를 보내고 받을 수 있다.

PubSubClient Library 설치하기

Arduino reference libraries 페이지에서 "PubSubClient Library(pubsubclient-master.zip)"를 다운로드 한다.
"스케치 -> 라이브러리 포함하기 -> .zip 라이브러리 추가..."를 실행하면 검색 창이 열린다.
검색 창에서 "pubsubclient-master.zip"을 검색하여 열기를 실행하면 스케치북 위치 폴더에 PubSubClient Library가 설치된다.
"스케치북 위치 폴더" 위치는 "파일 -> 환경설정"을 실행하면 열리는 환경설정 창에서 확인할 수있다.

Broker를 사용한 메세지 전달과 LED 제어

버튼 스위치와 LED는 개발보드에 장착된 것을 사용하기 때문에 별도로 구성도에 포함하자 않음.

주: ESP8266/ESP32 개발보드가 1개만 있는 경우에는 아래 "Android 휴대폰을 사용한 메세지 전달과 LED 제어 실험"을 참고하여 ESP#1 대신 Android 휴대폰을 사용할 수 있다.

ESP#1의 스위치(GPIO0)를 누르면 "LED Control" 주제(Topic)에 "LED Toggle(LED on or off)"메시지를 게시(Publish)한다.
ESP#2는 "LED Control" 주제(Topic)를 구독(Subscribe)한다. 이 주제(Topic)에 ESP#1 이 메세지를 게시하기 때문에 ESP#2는 ESP#1의 메시지를 수신하게 된다.
ESP#2는 메시지를 받으면 LED를 제어(Toggle)하고 "LED Status" 주제에 LED의 상태(LED on or off)를 메시지로 게시(Publish)한다. ESP#1은 해당 주제를 구독하므로 ESP#2 메시지를 수신하게 된다.
ESP#1은 ESP#2 보드에서 알림을 수신(Subscribed)하기 위해 "LED Status" 주제를 구독(Subscribe)한다.

1번 ESP 개발보드를 LED 제어 신호(Switch 사용) 입력 및 결과 모니터(1번 ESP의 LED)로 사용하고 2번 ESP 개발보드를 LED 제어와 결과 게시용으로 사용한다.

프로그램 동작: 1번 ESP 개발보드의 Switch를 누르면 1번 보드는 "LED Control" 주제(Topic)에 "LED Toggle(LED on or off)"메시지를 게시(Publish)한다. 2번 ESP 개발보드는 "LED Control" 주제(Topic)를 수신하여 LED를 Toggle 하고, 2번 보드 LED의 상태(LED on or off)를 게시한다. 1번 개발보드는 2번 개발보드의 게시를 수신하여 1번 보드의 LED 상태를 2번 보드의 LED와 동일한 상태가 되도록 제어한다.

ESP#1 장치 프로그램

ESP#1 장치 프로그램: MQTT-led-control-ESP1.ino

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

// 네트워크 자격 증명과 브로커(mqtt_server) IP 주소를 설정힌다.
const char* ssid = "'REPLACE_WITH_YOUR_SSID";
const char* password = "REPLACE_WITH_YOUR_PASSWORD";
const char* mqtt_server = "REPLACE_WITH_YOUR_MQTT_BROKER_IP";

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
// ESP 개발 보드에 내장된 Button SW(GPIO0)를 사용한다.
const int buttonPin = 0;
// ESP 개발 보드에 내장된 LED(GPIO2)를 사용한다.
const int ledPin =  2;

// WiFi를 연결한다.
void setup_wifi() {
  delay(10);
  // WiFi 연결 상태를 표시하는 메세지를 시리얼 모니터에 출력한다.
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

// WiFi network 연결을 시작한다.
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, password);
  // WiFi 연결이 완료되기를 기다린다.
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

randomSeed(micros());
  // WiFi 연결 결과를 시리얼 모니터에 출력한다.
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

// 새로운 메세지가 수신되었을 때 실행되는 callback 함수
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  String messageTemp;
  // 메세지를 수신한 topic을 시리얼 모니터에 출력한다.
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  // 수신한 메세지를 문자열로 변환한다.
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    messageTemp += (char)payload[i];
  }
  // 수신한 메세지를 시리얼 모니터에 출력한다.
  Serial.print(messageTemp);
  Serial.println();

// 만약 수신한 메세지가 "LED off" 이면 LED를 Turn off 한다.
  if (messageTemp == "LED off") {
    // LED(pin2)-> Low 일때 ESP32 -> Off, ESP8266 -> On
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
  // 만약 수신한 메세지가 "LED on" 이면 LED를 Turn on 한다.
  if (messageTemp == "LED on") {
    // LED(pin2)-> High 일때 ESP32 -> On, ESP8266 -> Off
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  }
}

// MQTT Broker에 연결하는 함수
void reconnect() {
  // Broker에 연결이 완료될 때 까지 5초 간격으로 반복하여 연결을 시도한다.
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    // Random client ID를 생성한다.
    String clientId = "ESP32ClientMS-";
    clientId += String(random(0xffff), HEX);
    // Broker에 연결을 시도한다.
    if (client.connect(clientId.c_str())) {
      // 연결이 성공하면 "connected" 메세지를 시리얼 모니터에 출력한다.
      Serial.println("connected");
      // "LED Control" 주제(Topic)에 "LED off" 메세지를 게시(Publish)한다.
      client.publish("LED Control", "LED off");
      // "LED Status" 주제(Topic)를 수신(구독)하도록 등록한다.
      client.subscribe("LED Status");
    } else {
      // 연결이 실패하면 에러 메세지를 시리얼 모니터에 출력한다.
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      // 5 초 후에 다시 연결을 시도하도록 시간을 지연시킨다.
      delay(5000);
    }
  }
}

// LED 제어 장치(ESP1)에서 LED Toggle SW 가 눌린 경우 실행되는 함수
void buttonPushed()
{
  // 만약 현재 LED가 Low(Turn off) 상태이면 
  if (digitalRead(ledPin) == LOW) {
    // "LED Control" 주제(Topic)에 "LED on" 메세지를 게시(Publish)한다.
    client.publish("LED Control", "LED on");
    Serial.println("Message published [LED Control] LED on");
  // 만약 현재 LED가 High(Turn on) 상태이면 
  } else {
    // "LED Control" 주제(Topic)에 "LED off" 메세지를 게시(Publish)한다.
    client.publish("LED Control", "LED off");
    Serial.println("Message published [LED Control] LED off");
  }
}

void setup() {
  // NodeMCU 보드에 장착된 SW(GPIO0)를 사용한다.
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  // NodeMCU 보드에 장착된 LED(GPIO2)를 사용한다.
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  // WiFi를 연결한다.
  setup_wifi();
  // MQTT Server를 설정한다. Port 번호: 1883
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  // Callback 함수를 설정한다.
  client.setCallback(callback);
}

// Button SW의 Debouncing에 필요한 설정 값과 변수를 선언한다.
// Debounce time(millisecond)
#define DEBOUNCE_TIME  50
// 이전의 정상 상태(Stable state)
int lastStableState = LOW;
// 이전의 비정상 상태(Unstable state)
int lastUnstableState = LOW;
// 현재 상태
int currentState;
// 최근에 Pin 이 Toggle된 시간
unsigned long lastChangeTime = 0;
void loop() {
  // 만약 MQTT Server에 연결되지 않은 경우 연결한다.
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  // 수신되는 메시지를 처리하고 서버에 대한 연결을 유지할 수 있도록
  // 정기적으로 호출하여야 하는 함수.
  client.loop();

// switchButton switch의 상태를 읽는다.
  currentState = digitalRead(buttonPin);
  // 만약 Switch의 상태가 변동(Bouncing or Pressing) 되었으면,
  if (currentState != lastUnstableState) {
    // 최근에 Switch의 상태가 변동된 기간을 저장한다.
    // Bouncing 현상이 지속되는 동안 이 값은 계속 새로운(현재) 시간으로 재 설정된다.
    lastChangeTime = millis();
    // 현재 상태를 최근의 Last Unstable 상태에 저장한다.
    // 이 상태는 현재 상태와 비교하여 Switch의 상태가 변동 여부를 판단하는데 사용한다.
    lastUnstableState = currentState;
  }
  // 현재 시간과 마지막 변동 시간의 차가 DEBOUNCE_TIME 보다 크다는 것은
  // 현재 SW의 상태가 High or Low 상태 중 한 상태로 Stable한 상태인 것을 의미한다.
  if ((millis() - lastChangeTime) > DEBOUNCE_TIME) {
    // 만약 이전 Stabe 상태가 High이고 현재 Stabe 상태가 Low 인 것은
    // SW가 이제막 Pressed 된 것을 의미한다.
    if(lastStableState == HIGH && currentState == LOW) {
      // SW가 이제막 Pressed 되었기 때문에 해당 함수를 실행한다.
      buttonPushed();
    }
    // 현재 Stabe 상태와 다음 Sable상태를 비교하기 위하여
    // lastSableState에 currentState를 저장한다.
    lastStableState = currentState;
  }
  delay(20); 
}

ESP#2 장치 프로그램

ESP#2 장치 프로그램: MQTT-led-control-ESP2.ino

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

// 네트워크 자격 증명과 브로커(mqtt_server) IP 주소를 설정힌다.
const char* ssid = "REPLACE_WITH_YOUR_SSID";
const char* password = "REPLACE_WITH_YOUR_PASSWORD";
const char* mqtt_server = "REPLACE_WITH_YOUR_MQTT_BROKER_IP";

// WiFi를 연결한다.
void setup_wifi() {

delay(10);
  // WiFi 연결 상태를 표시하는 메세지를 시리얼 모니터에 출력한다.
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

// WiFi network 연결을 시작한다.
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, password);

// WiFi 연결이 완료되기를 기다린다.
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

// 만약 수신한 메세지가 "LED off" 이면 LED를 Turn off 한다.
  if (messageTemp == "LED off") {
    // LED(pin2)-> Low 일때 ESP32 -> Off, ESP8266 -> On
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    // "LED Status" 주제(Topic)에 "LED off" 메세지를 게시(Publish)한다.
    client.publish("LED Status", "LED off");
    Serial.println("Message published [LED Status] LED off");
  }
  // 만약 수신한 메세지가 "LED on" 이면 LED를 Turn on 한다.
  if (messageTemp == "LED on") {
    // LED(pin2)-> High 일때 ESP32 -> On, ESP8266 -> Off
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    // "LED Status" 주제(Topic)에 "LED on" 메세지를 게시(Publish)한다.
    client.publish("LED Status", "LED on");
    Serial.println("Message published [LED Status] LED on");
  }
}

// MQTT Broker에 연결하는 함수
void reconnect() {
  // Broker에 연결이 완료될 때 까지 5초 간격으로 반복하여 연결을 시도한다.
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    // Random client ID를 생성한다.
    String clientId = "ESP32ClientSL-";
    clientId += String(random(0xffff), HEX);
    // Broker에 연결을 시도한다.
    if (client.connect(clientId.c_str())) {
      // 연결이 성공하면 "connected" 메세지를 시리얼 모니터에 출력한다.
      Serial.println("connected");
      // "LED Status" 주제(Topic)에 "LED off" 메세지를 게시(Publish)한다.
      client.publish("LED Status", "LED off");
      // "LED Control" 주제(Topic)를 수신(구독)하도록 등록한다.
      client.subscribe("LED Control");
    } else {
      // 연결이 실패하면 에러 메세지를 시리얼 모니터에 출력한다.
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      // 5 초 후에 다시 연결을 시도하도록 시간을 지연시킨다.
      delay(5000);
    }
  }
}

void setup() {
  // NodeMCU 보드에 장착된 LED(GPIO2)를 사용한다.
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(115200);
  // WiFi를 연결한다.
  setup_wifi();
  // MQTT Server를 설정한다. Port 번호: 1883
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  // Callback 함수를 설정한다.
  client.setCallback(callback);
}

void loop() {
  // 만약 MQTT Server에 연결되지 않은 경우 연결한다.
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  // 수신되는 메시지를 처리하고 서버에 대한 연결을 유지할 수 있도록
  // 정기적으로 호출하여야 하는 함수.
  client.loop();
  delay(20); 
}

Broker를 사용한 메세지 전달과 LED 제어 실험

실험을 위한 준비

이 실험을 위하여는 Raspberry Pi: MicroSD Card(16GB 이상)가 필요하다.
이 실험을 위하여는 2개의 ESP8266/ESP32 개발보드가 필요하다.

이 실험을 위하여는 무선공유기(예: iptime 공유기)가 필요하다.
Raspberry Pi에 Mosquitto Broker가 설치되어 있어야 한다.
Arduino IDE에 PubSubClient Library가 설치되어 있어야 한다.
ESP8266/ESP32 개발보드에 내장된 스위치와 LED를 사용하기 때문에 별도의 회로 연결은 필요 없다.

실험 방법

첫번째 Arduino IDE를 실행하고 Arduino IDE의 툴 메뉴에서 사용 환경(보드와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다.
"MQTT-led-control-ESP1.ino" 프로그램을 복사하여 Arduino IDE의 편집 창에 복사한다.
ssid, password, mqtt_server를 자신의 공유기와 MQTT server 환경에 맞게 편집한다.
아래 명령으로 Raspberry Pi 터미널에서 브로커(mqtt_server)의 IP 주소 확인할 수 있다.

hostname -I

편집 창의 프로그램을 File name "MQTT-led-control-ESP1.ino"로 저장 한다.
"MQTT-led-control-ESP1.ino" 프로그램을 첫번째 ESP(ESP1)에 업로드 한다.
두번째 Arduino IDE를 실행하고 Arduino IDE의 툴 메뉴에서 사용 환경(보드와 COM Port 선택)이 바르게 되어 있는지 확인한다. 첫번째 Arduino IDE와 다른 COM Port를 사용하여야 한다.
"MQTT-led-control-ESP2.ino" 프로그램을 복사하여 두번째 Arduino IDE의 편집 창에 복사한다.
ssid, password, mqtt_server를 자신의 환경에 맞게 편집한다.
편집 창의 프로그램을 File name "MQTT-led-control-ESP2.ino"로 저장 한다.
"MQTT-led-control-ESP2.ino" 프로그램을 두번째 ESP(ESP2)에 업로드 한다.
실험

첫번째 Arduino IDE의 시리얼 모니터를 열고 첫번째 ESP(ESP1) 개발보드의 Reset SW를 눌러 보드를 Reset 한다.
첫번째 Arduino IDE의 시리얼 모니터에 WiFi와 MQTT Broker에 연결 메세지가 출력된다.
두번째 Arduino IDE의 시리얼 모니터를 열고 두번째 ESP(ESP1) 개발보드의 Reset SW를 눌러 보드를 Reset 한다.
두번째 Arduino IDE의 시리얼 모니터에 WiFi와 MQTT Broker에 연결 메세지가 출력된다.
첫번째 ESP(ESP1) 개발보드의 GPIO0 SW를 누르면 "LED Control" 주제(Topic)에 "LED Toggle(LED on or off)"메시지가 게시(Publish)된다.
ESP#2는 "LED Control" 주제(Topic)를 구독(Subscribe)한다. 이 주제(Topic)에 ESP#1 이 메세지를 게시하기 때문에 ESP#2는 ESP#1의 메시지를 수신하게 된다.
ESP#2는 메시지를 받으면 LED를 제어(LED on or off)하고 "LED Status" 주제에 LED의 상태(LED on or off)를 메시지로 게시(Publish)한다. ESP#1은 해당 주제를 구독하므로 ESP#2 메시지를 수신하게 된다.
ESP#2 메시지를 수신한 ESP#1은 ESP#1 개발보드의 LED를 제어(LED on or off)한다.

Android 휴대폰을 사용한 메세지 전달과 LED 제어 실험

위 실험 환경에 Android 휴대폰을 추가하여 Android 휴대폰을 이용하여 장치를 제어하는 실험이다.

Android 휴대폰 또는 ESP1을 사용하여 ESP2의 LED를 제어하고, ESP2로 부터 실행 결과를 수신하여 ESP1의 LED와 Android 휴대폰에 표시하는 기능을 수행하도록 한다.

실험을 을 한 시스템 구성 예

주: ESP8266/ESP32 개발보드가 1개만 있는 경우에는 ESP#1을 사용하지 않고 Android 휴대폰과 ESP#2을 사용하여 실험할 수 있다.

Android 휴대폰에 MQTT dash 설치하기

Android 휴대폰에 MQTT client 앱(MQTT dash)을 설치하여 ESP2의 LED를 제어한다. MQTT dash는 Android 휴대폰에 설치하여 사용할 수 있는 무료 앱이다.

Play 스토어에서 "MQTT dash"를 검색하여 설치한다.
MQTT dash를 실행하면 MQTT 브로커 관리 창이 열린다. 이 창에서는 새로운 MQTT 브로커의 등록, MQTT 브로커 삭제, MQTT 브로커 리스트의 순서 변경 등을 할 수 있다.

MQTT client 등록하기

MQTT client 등록 설정 창 예

MQTT dash 앱을 시작하면 MQTT client 등록 창이 열린다.
등록 창 우측 상단에 있는 + 를 누르면 MQTT client 등록 설정 창이 열린다.
Name: 본인이 알기 쉬운 이름을 입력한다. 예: ESP1 led
Address: MQTT 브로커가 설치된 Raspberry Pi의 IP Address 예: 192.168.0.18
우측 상단의 플로피 디스크 심볼을 클릭하면 설정이 저장된다.

주: User name과 Password는 Mosquitto 서버 설치시 "allow_anonymous true"로 설정하였기 때문에 입력하지 않아도 된다.

등록된 MQTT client 설정하기

등록된 MQTT client를 클릭하면 client 설정 창이 열린다. 등록된 MQTT client를 길게 누르면 등록된 MQTT client 편집창이 열린다.

MQTT client 설정 창 예

Name과 Topic을 등록하는예

Payload와 Icons를 등록하는 예

Client 설정 창에서 + 를 클릭하면 Choose type 창이 열린다.

Choose type 창에서 Switch/button를 선택하면 MQTT Client 설정 창이 열린다. 설정 창에서 다음과 같이 설정한다.

Name: 본인이 알기 쉬운 이름을 입력한다. 예: ESP1 led
Topic(sub): LED Status
"Enable publishing" Box를 체크하고 Topic(pub)를 아래와 같이 입력한다.

Topic(pub): LED Control

Payload 와 Icon 설정하기

Payload 설정

On에 미리 설정된 "1"을 지우고 "LED on"을 입력한다.
Off에 미리 설정된 "0"을 지우고 "LED off"을 입력한다.

Icon image 설정

현재 설정된 On icon(체크 표시된 사각형)을 길게 누루면 Icon 선택 창이 열린다. 이 창에서 On 상태의 전구 Icon을 선택한다.
Icon 아래 사각형을 길게 누르면 Color select 창이 열린다. 이 창에서 적색을 선택한다.
현재 설정된 Off icon(빈 사각형)을 길게 누루면 Icon 선택 창이 열린다. 이 창에서 Off 상태의 전구 Icon을 선택한다.
Icon 아래 사각형을 길게 누르면 Color select 창이 열린다. 이 창에서 회색을 선택한다.

우측 상단의 플로피 디스크 심볼을 클릭하면 설정이 저장되고 MQTT 브로커에 연결된다.

주: Raspberry Pi에 Mosquitto Broker가 설치되어 실행되는 상태이어야 한다.

MQTT 브로커 환경에서 LED 제어 실험하기

MQTT client를 사용하여 LED를 제어하는 창 예

위 "Broker를 사용한 메세지 전달과 LED 제어"를 참고하여 ESP1과 ESP2에 프로그램을 설치하고 실행한다.

ESP1 보드에서 ESP2의 LED 제어하기

ESP1 보드의 Switch를 누르면 메세지가 ESP2 전송되어 ESP2의 LED의 상태가 Toggle 된다.
ESP2에서 현재 LED의 상태를 전송한다.
ESP2의 메세지를 수신한 ESP1의 LED와 Android 휴대폰의 전구 심볼의 상태가 ESP2와 동일 하게 변동된다.

Android 휴대폰에서 ESP2의 LED 제어하기

Android 휴대폰의 전구 심볼을 누르면 메세지가 ESP2 전송되어 ESP2의 LED의 상태가 Toggle 된다.
ESP2에서 현재 LED의 상태를 전송한다.
ESP2의 메세지를 수신한 ESP1의 LED와 Android 휴대폰의 전구 심볼의 상태가 ESP2와 동일 하게 변동된다.

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