使用 Node-RED 处理 MQTT 数据

Node-RED 简介

Node-RED 是一款编程工具，用于连接硬件设备、应用程序接口（API）和在线服务。它提供了一个基于浏览器的编辑器，使用户能够轻松地通过拖放各种节点来创建和管理流程。创建的流程可以一键部署到运行环境中。

Node-RED 支持 MQTT 协议，其中使用 mqtt-in 节点来接收数据，使用 mqtt-out 节点来发送数据。

Node-RED 的主要特性包括：

• 基于流程的编程：通过可视化地连接节点来构建应用程序。
• 丰富的节点库：提供多种节点，用于处理不同类型的输入、输出和任务。
• 通过消息通信：节点通过相互传递消息进行通信。
• 基于浏览器的编辑器：易于使用的界面，用于创建和部署流程。
• 可扩展性：支持创建自定义节点，扩展功能以满足特定需求。
• 社区驱动开发：基于 JSON 的流程可以轻松地导入和导出，并且能够通过在线流程库进行分享。

MQTT 简介

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级、基于发布-订阅模式的消息传输协议，特别适合资源受限的设备以及低带宽、高延迟或不稳定的网络环境。它在物联网（IoT）应用中非常流行，常用于传感器、执行器和其他设备之间的高效通信。

使用 MQTT 需要一个中央 Broker，例如 EMQX，它能确保可靠的消息传递并有效地扩展系统。

MQTT 与 Node-RED 结合使用的优势

将 MQTT 与 Node-RED 结合使用，为各种应用提供了强大的解决方案，尤其在物联网和实时数据处理方面。

1. 高效的数据处理：Node-RED 能够实时处理 MQTT 消息，可以对传感器数据和其他输入作出快速反应。
2. 使用简便：Node-RED 提供可视化编程界面，使复杂工作流的创建和部署变得简单，无需深入了解编程知识。
3. 适用于物联网：Node-RED 的灵活性和丰富的节点库，使其能够无缝连接和处理各种物联网设备的数据。MQTT 提供的服务质量（QoS）级别、保留消息和遗嘱消息（LWT）功能，确保了在低带宽、高延迟或不可靠网络中的高效通信。
4. 广泛适用性：Node-RED 不仅限于物联网应用，还适用于家庭自动化、工业自动化、数据可视化以及与云服务集成。
5. 可扩展性：Node-RED + MQTT 支持构建可扩展的解决方案，能够高效处理大量设备和数据。

通过将 Node-RED 的可视化流程开发与 MQTT 的强大功能和轻量特性相结合，您可以在多个领域快速构建出具有可扩展性、可靠性和高效性的应用程序。

安装 Node-RED

Node-RED 可以安装在个人电脑、树莓派或云服务器等设备上，安装过程简单快捷。以下是两种常见的安装方法：

使用 npm 进行全局安装：

npm install -g --unsafe-perm node-red

使用 Docker 进行安装：

docker run -it -p 1880:1880 --name mynodered nodered/node-red

启动 Node-RED

如果通过 npm 全局安装 Node-RED，安装完成后，只需运行 node-red 命令，就能立即启动 Node-RED。

无论使用 Docker 还是 npm，成功启动后，只需在浏览器中输入当前地址和端口号 1880，即可访问 Node-RED 的编辑界面。例如，如果在本地运行，打开浏览器并输入 http://127.0.0.1:1880。当看到下图所示的页面时，表示 Node-RED 已成功启动：

在 Node-RED 中使用 MQTT

在本文中，我们将使用 EMQ 提供的免费公共 MQTT Broker，该 Broker 基于 EMQX Platform 构建。服务器详细信息如下：

• TCP 端口: 1883
• SSL/TLS 端口: 8883
• WebSocket 端口: 8083
• SSL/TLS 端口: 8883
• Secure WebSocket 端口: 8084

下面将分两部分介绍如何在 Node-RED 中使用 MQTT，基础部分介绍如何配置 MQTT 节点并连接到 MQTT Broker，进阶部分将讨论如何处理数据。

基础部分：配置 MQTT 节点并连接到 MQTT Broker

首先，打开浏览器并访问 http://host:1880，创建默认的 Flow 1。然后按照以下步骤操作：

1. 配置订阅节点：消息输入

1.1. 添加 MQTT-in 节点：从调色板中拖拽 mqtt-in 节点到中央画布，然后双击该节点打开配置页面。

1.2. 配置 MQTT Broker：点击 Server 旁的编辑按钮，添加新的 MQTT Broker，输入 Broker 地址 broker.emqx.io 及其他连接详细信息，然后点击 Add 以保存 Broker 配置。

1.3. 订阅主题：输入您想订阅的主题，如 test/node_red/in，选择合适的 QoS 级别，然后单击 Done 保存节点配置。

2. 配置发布节点：消息输出

2.1. 添加 MQTT-out 节点：将 mqtt-out 节点拖到中央画布上，然后双击打开配置页面。

2.2. 配置 MQTT Broker：确保选择了先前配置的 MQTT Broker。

2.3. 发布到主题：输入您要发布的主题，如 test/node_red/out，选择适当的 QoS 级别，配置是否保留消息，然后单击 Done 保存节点配置。

3. 部署和测试

3.1. 连接节点：将画布上的 mqtt-in 节点连接到 mqtt-out 节点，然后点击右上角的 Deploy 按钮来部署流程。

3.2. 验证连接：部署后，您应在每个节点下看到 connected 状态，表明已成功连接到 MQTT Broker。

3.3. 使用 MQTTX 客户端测试：使用 MQTTX 作为您的 MQTT 客户端进行测试。向 test/node_red/in 主题发布消息，并订阅 test/node_red/out 主题，以验证消息接收情况。

按照上述步骤，您将成功在 Node-RED 中配置 MQTT 节点来处理消息的接收和发送。接下来，我们将探讨如何处理接收到的数据。

进阶部分：处理 MQTT 数据

1. 数据访问

1.1. 添加 JSON 节点：将 JSON 节点拖拽到画布上，并双击打开其配置页面。

1.2. 配置 JSON 转换：将 Action 设置为 Always Convert to JavaScript Object，确保接收到的消息被正确转换为 JSON 格式。

1.3. 连接节点：将 JSON 节点连接到 mqtt-in 节点。

2. 数据过滤

2.1. 添加过滤器节点：将 filter 节点拖拽到画布上，并双击打开其配置页面。

2.2. 配置过滤规则：将 Mode 设置为 block unless value changes，将 Property 设置为 msg.payload.temperature，以便根据温度值过滤消息。

2.3. 连接节点：将 filter 节点连接到 JSON 节点。

3. 使用模板

3.1. 添加模板节点：将 Template 节点拖拽到画布上，并双击打开其配置页面。

3.2. 配置模板：输入模板内容来格式化过滤后的数据。

3.3. 可选步骤：如果希望直接输出结果，可以跳过添加模板节点的步骤。

4. 发送处理后的数据

4.1. 添加 MQTT-out 节点：在画布上拖拽一个 mqtt-out 节点，并双击打开其配置页面。

4.2. 配置 MQTT Broker：确保选择了之前配置的 MQTT Broker。

4.3. 配置主题：输入用于发布处理后数据的主题，例如 test/node_red/out，并设置所需的 QoS 级别。

4.4. 连接节点：将 MQTT-out 节点连接到 Template 节点。

5. 部署和测试

5.1. 部署该流程：单击右上角的 Deploy 按钮进行部署。

5.2. 使用 MQTTX 客户端进行测试：

• 向 test/node_red/in 主题发布一条消息，让 Node-RED 接收该数据。
• 订阅 test/node_red/out 主题，验证已处理的消息是否按照设定的模板接收。
• 检查 Node-RED 中的过滤逻辑，确保重复发送相同消息时不会重复接收。只有在温度值发生变化时，才会收到新的信息。

通过这些步骤，您可以成功配置 Node-RED 来处理、过滤 MQTT 数据，并将处理后的数据通过 MQTT 发送出去。

结语

至此，我们完成了安装 Node-RED、连接 MQTT 云服务、过滤和处理 MQTT 消息，并最终发送处理后的数据的整个过程。Node-RED 的用户界面简化了业务逻辑的描述，降低了非专业开发人员的入门门槛。用户可以利用可视化工具，通过连接简单的节点，快速创建复杂的任务，这在物联网应用场景中尤为有用。

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