一、项目功能介绍
当前基于 MQTT 协议设计了一个实时图传系统，通过这个项目来演示，两个 MQTT 设备如何互相订阅，进行消息流转。 在阿里云服务器上创建 2 个设备，分为为设备 A 和设备 B；设备 A 负责采集本地摄像头画面上传，设备 B 负责接收设备 A 上传的数据然后解析显示出来。在阿里云服务器上需要配置云产品流转，让设备 A 的数据上传后自动发送给设备 B。这样就完成了视频画面数据的流转。不过因为阿里云的最大数据限制，每次最大发送 10240 字节的数据。
当前的项目是采用 MQTT 协议实现，那么先来了解一下什么是 MQTT 协议。
软件采用 Qt 设计，QT 版本是 5.12.6
设备 A 的功能：获取摄像头的数据---》缩放成 240*320---》编码成 JPEG 格式---》转码成 base64---》组合成 MQTT 报文---》上传到服务器。
设备 B 的功能：订阅设备 A 上传的数据，得到数据后解析出源格式数据---》将图像画面渲染显示出来。
软件运行效果：
总结软件运行的体验效果：
（1） 非常流畅。两个窗口肉眼感觉不到延迟。
（2）服务器不要钱。
这个方案验证之后，可以衍生出很多实际的例子了：比如， 单片机+摄像头+MQTT 协议 也可以做为图传发送端。 联网可以使用：WIFI 或者 4G 模块、5G 模块。
1.1 MQTT 协议
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)是一种轻量级的、基于发布/订阅的消息传输协议，它可以在客户端和服务器之间进行双向通信。MQTT 被设计为适用于低带宽、不稳定网络连接的物联网设备通信。
MQTT 具有以下主要特点：
（1）发布/订阅模型：客户端可以选择订阅一个或多个主题(topic)，并接收与这些主题相关的消息；同时，客户端也可以发布消息到一个或多个主题上。
（2）轻量级：MQTT 的协议头非常小，最小只有 2 字节，这使得它非常适合于传输数据量较小的 IoT 设备。
（3）QoS（服务质量）支持：MQTT 支持三种不同的 QoS 级别，分别是“至多一次”、“至少一次”和“恰好一次”，可以根据应用场景的需要进行选择。
（4）保留消息：MQTT 服务器可以将最新的消息保留在主题中，并让新的订阅者能够读取先前发布的消息。
（5）遗嘱消息：当客户端与服务器连接异常断开时，服务器可以向其他订阅了该主题的客户端发送遗嘱消息，以实现更可靠的消息传输。
总之，MQTT 是一种非常适合物联网设备通信的协议，它具有轻量级、灵活性高、易于实现、可靠性强等优点，已经被广泛地应用于各种物联网场景中。
1.2 MQTT 协议载体
MQTT 协议是基于 TCP 协议传输报文的。MQTT 使用 TCP/IP 协议栈来实现通信，因此它具有 TCP 协议的一些特性，如可靠性、流控制和建立持久连接等特点。
在 MQTT 连接建立时，客户端需要通过 TCP 连接到 MQTT 服务器，并进行握手协商，包括协议版本、客户端标识符、遗嘱消息、QoS 级别等信息，以确保双方能够正确地交换数据。一旦握手成功，客户端和服务器之间就建立了一个持久化的 TCP 连接，可以随时进行消息传输。
由于 TCP 协议本身已经提供了一定程度的可靠性保证，因此 MQTT 协议只需要在 TCP 的基础上实现发布/订阅机制、QoS 级别控制、保留消息等特性即可，从而使得它成为一种轻量级且高效的物联网通信协议。
1.3 JSON 里如何保存图片数据？
在 JSON 中保存图片数据通常需要将图片转换为二进制数据，并将其编码成 Base64 字符串，然后将该字符串作为 JSON 对象的属性值进行传输。
Base64 编码是一种将二进制数据转换为 ASCII 字符的方法，它使用 64 个字符来表示任意序列的二进制数据。Base64 编码后的数据长度会比原始二进制数据略长，但可以方便地被转换为文本格式并在网络上进行传输。
以下是一个示例 JSON 对象，其中包含了一个 Base64 编码后的图片数据：
{ "imageData": "/9j/4AAQSkZJRgABAQEAYABgAAD/2wBD...", "imageName": "my_image.png"}
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在这个示例中，imageData属性表示图片数据的 Base64 编码字符串，imageName属性表示图片文件名。在接收到 JSON 对象后，可以通过解码 Base64 字符串并将其保存为二进制数据，再将其写入磁盘或者显示在应用程序中。
需要注意的是，由于 Base64 编码后的数据量相对较大，因此在实际应用中，如果需要传输大量的图片数据，建议使用其他更适合的数据传输方式，如 MQTT 协议、WebSocket 等。
1.4 MQTT 协议最大能传多少有效字节的数据？
MQTT 协议本身没有限制数据包的大小，但是它需要遵循底层传输协议（TCP/IP）的限制和约束。在实际应用中，MQTT 协议能够传输的有效数据量是受多种因素影响的，如网络带宽、QoS 级别、MQTT 消息头部信息等。
一般来说，在默认情况下，MQTT 协议对于单个消息的有效载荷有一个限制，即不超过 256MB。这个限制主要由 MQTT 协议的消息长度字段决定，该字段的最大值是 4 字节，因此最大能表示 2^32-1 个字节的消息长度，即约为 4GB。然而，在实际应用中，由于网络带宽和设备性能等方面的限制，很难实现传输如此巨大的消息。
另外，需要注意的是，如果使用较高级别的 QoS，如“至少一次”或“恰好一次”，则 MQTT 协议会对每条消息进行确认和重传，这可能会导致更多的网络流量和延迟。因此，在选择 QoS 级别时，需要根据应用场景和网络环境的实际情况进行优化和调整，以充分利用 MQTT 协议的特点和优势。
三、阿里云服务器创建
官网地址: https://iot.console.aliyun.com/lk/summary/new
3.1 创建产品
3.2 添加设备
{ "ProductKey": "a12qAqNZg3i", "DeviceName": "video_de1", "DeviceSecret": "206a4bc03642930542a9bcb8925b9a0f"}
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创建完成。
3.3 创建自定义属性
在产品页面的，找到功能定义。
最大一次只能传递 10KB。
3.4 MQTT 服务器地址和端口
关于 MQTT 协议登录所需要的参数官方说明文档: https://help.aliyun.com/document_detail/140507.html?spm=a2c4g.11186623.6.571.1e417544OGPj2y
阿里云物联网服务器的域名规则如下：
物联网平台的域名格式为：productKey.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com，其中productKey是您在物联网平台上创建的产品的标识符，cn-shanghai表示物联网服务器所在的地区。
MQTT协议的域名格式为：productKey.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com，其中productKey是您在物联网平台上创建的产品的标识符，cn-shanghai表示物联网服务器所在的地区。
HTTPS协议的域名格式为：productKey.iot-as-http.cn-shanghai.aliyuncs.com，其中productKey是您在物联网平台上创建的产品的标识符，cn-shanghai表示物联网服务器所在的地区。
需要注意的是，以上的域名规则中，productKey需要替换成你在物联网平台上创建产品时生成的实际productKey。
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下面是阿里云国内的服务器地域和可用区详情： 地域名称 所在城市 Region ID 可用区数量华北 1 青岛 cn-qingdao 2华北 2 北京 cn-beijing 10华北 3 张家口 cn-zhangjiakou 3华北 5 呼和浩特 cn-huhehaote 2华北 6 乌兰察布 cn-wulanchabu 3华东 1 杭州 cn-hangzhou 8华东 2 上海 cn-shanghai 8华南 1 深圳 cn-shenzhen 6华南 2 河源 cn-heyuan 2华南 3 广州 cn-guangzhou 2西南 1 成都 cn-chengdu 2
端口号是：1883
我的设备参数：{ "ProductKey": "a12qAqNZg3i", "DeviceName": "video_de1", "DeviceSecret": "206a4bc03642930542a9bcb8925b9a0f"}
经过上面的格式解释，我的阿里云服务器登录的域名就是(选择的是上海服务器)：a12qAqNZg3i.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com
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解析域名对应的 IP 地址：
Microsoft Windows [版本 10.0.19044.2604](c) Microsoft Corporation。保留所有权利。
C:\Users\11266>ping a12qAqNZg3i.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com
正在 Ping vpc-sh-prod.mqtt.iotgds.aliyuncs.com.gds.alibabadns.com [47.103.191.238] 具有 32 字节的数据:来自 47.103.191.238 的回复: 字节=32 时间=40ms TTL=88来自 47.103.191.238 的回复: 字节=32 时间=40ms TTL=88来自 47.103.191.238 的回复: 字节=32 时间=40ms TTL=88来自 47.103.191.238 的回复: 字节=32 时间=40ms TTL=88
47.103.191.238 的 Ping 统计信息: 数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，往返行程的估计时间(以毫秒为单位): 最短 = 40ms，最长 = 40ms，平均 = 40ms
C:\Users\11266>
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3.5 MQTT 三元组格式
下载密码生成小工具：https://help.aliyun.com/document_detail/292635.htm?spm=a2c4g.11186623.0.0.5aaf635b3zgveM#section-jx3-u57-pmm
打开密码生成工具：
生成 MQTT 登录的密匙： 填入的参数就是前面创建设备得到信息。
mqttClientId: video_de1|securemode=2,signmethod=hmacsha1,timestamp=1678078910527|
username: video_de1&a12qAqNZg3i
password: 02F7190BE8C33C1A8009EDBAF824BFDC6784FC67
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3.6 主题发布与订阅的格式
在产品页面可以看到主题格式: https://iot.console.aliyun.com/product/productDetail/a1cMlEwEwjg/func?current=2
总结：
发布主题:/sys/a12qAqNZg3i/video_de1/thing/event/property/post上报属性消息的格式: {"method":"thing.event.property.post","params":{"image":"1234567890"}}
订阅主题:/sys/a12qAqNZg3i/video_de1/thing/service/property/set
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3.7 MQTT 设备登录
利用 MQTT 客户端完成设备登录测试。
IP地址：47.103.191.238
端口号：1883
mqttClientId: video_de1|securemode=2,signmethod=hmacsha1,timestamp=1678078910527|
username: video_de1&a12qAqNZg3i
password: 02F7190BE8C33C1A8009EDBAF824BFDC6784FC67
发布主题:/sys/a12qAqNZg3i/video_de1/thing/event/property/post上报属性消息的格式: {"method":"thing.event.property.post","params":{"image":"1234567890"}}
订阅主题:/sys/a12qAqNZg3i/video_de1/thing/service/property/set
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对号入座填入参数，测试主题订阅，主题发布：
数据接收成功：
到此服务器创建成功。
3.8 继续创建设备 2
监控设备有两个，1 个设备为摄像头图片发送端，一个设备是图片接收显示端。
{ "ProductKey": "a12qAqNZg3i", "DeviceName": "video_dev2", "DeviceSecret": "30ebb8ffc4316fbe957fcfb13bdaec01"}
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创建成功。
接下来生成设备 2 的 MQTT 三元组密匙，和前面一样的方法。
mqttClientId: video_dev2|securemode=2,signmethod=hmacsha1,timestamp=1678078910527|
username: video_dev2&a12qAqNZg3i
password: 15D2C020586E165E6A35BB2FA4DEB9DD59F3E73E
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参数总结：
IP地址：47.103.191.238
端口号：1883
mqttClientId: video_dev2|securemode=2,signmethod=hmacsha1,timestamp=1678078910527|
username: video_dev2&a12qAqNZg3i
password: 15D2C020586E165E6A35BB2FA4DEB9DD59F3E73E
发布主题:/sys/a12qAqNZg3i/video_dev2/thing/event/property/post
上报属性消息的格式: {"method":"thing.event.property.post","params":{"image":"abcdefg"}}
订阅主题:/sys/a12qAqNZg3i/video_dev2/thing/service/property/set
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四、云产品流转
4.1 创建解析器
创建完成。
4.2 创建规则
添加主题：
设置数据目的：
编写解析器脚本:
帮助文档地址：https://help.aliyun.com/document_detail/270937.html
下面编写代码，获取设备 1 上传的数据，转发给设备 2。
//通过payload函数，获取设备上报的消息内容，并按照JSON格式转换。var data = payload("json");//直接流转物模型上报数据。writeIotTopic(1000, "/a12qAqNZg3i/video_dev2/user/get", data)
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写好解析器就发布。
在云产品流转的首页启动解析器。
4.3 测试两个设备的订阅
设备 1 的参数：
IP地址：47.103.191.238端口号：1883mqttClientId: video_de1|securemode=2,signmethod=hmacsha1,timestamp=1678078910527|username: video_de1&a12qAqNZg3ipassword: 02F7190BE8C33C1A8009EDBAF824BFDC6784FC67
设备1发布主题：主题格式：/a12qAqNZg3i/video_de1/user/update数据内容：{"method":"thing.event.property.post","params":{"image":"1234567890"}}
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设备 2 的参数:
IP地址：47.103.191.238端口号：1883mqttClientId: video_dev2|securemode=2,signmethod=hmacsha1,timestamp=1678078910527|username: video_dev2&a12qAqNZg3ipassword: 15D2C020586E165E6A35BB2FA4DEB9DD59F3E73E
设备2订阅主题：主题格式：/a12qAqNZg3i/video_dev2/user/get
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五、项目开发
5.1 base64 编码和解码实现
摄像头采集图像数据之后会编码 成 base64 格式的字符串，再通过 MQTT 协议上传到物联网服务器。 下面就是 base64 编码和解码的实现代码。
const char * base64char = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
//进行base64编码//bindata:进行编码的图片数据//base64:转换后的base64编码//binlength:图片大小char * base64_encode( u8 * bindata, char * base64, u32 binlength ){ u32 i, j; u8 current;
for ( i = 0, j = 0 ; i < binlength ; i += 3 ) { current = (bindata[i] >> 2) ; current &= (u8)0x3F; base64[j++] = base64char[(int)current];
current = ( (u8)(bindata[i] << 4 ) ) & ( (u8)0x30 ) ; if ( i + 1 >= binlength ) { base64[j++] = base64char[(int)current]; base64[j++] = '='; base64[j++] = '='; break; } current |= ( (u8)(bindata[i+1] >> 4) ) & ( (u8) 0x0F ); base64[j++] = base64char[(int)current];
current = ( (u8)(bindata[i+1] << 2) ) & ( (u8)0x3C ) ; if ( i + 2 >= binlength ) { base64[j++] = base64char[(int)current]; base64[j++] = '='; break; } current |= ( (u8)(bindata[i+2] >> 6) ) & ( (u8) 0x03 ); base64[j++] = base64char[(int)current];
current = ( (u8)bindata[i+2] ) & ( (u8)0x3F ) ; base64[j++] = base64char[(int)current]; } base64[j] = '\0'; return base64;}
//解码base64//base64:base64编码//bindata:图片数据int base64_decode( const char * base64, u8 * bindata ){ u32 i, j; u8 k; u8 temp[4]; for ( i = 0, j = 0; base64[i] != '\0' ; i += 4 ) { memset( temp, 0xFF, sizeof(temp) ); for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ ) { if ( base64char[k] == base64[i] ) temp[0]= k; } for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ ) { if ( base64char[k] == base64[i+1] ) temp[1]= k; } for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ ) { if ( base64char[k] == base64[i+2] ) temp[2]= k; } for ( k = 0 ; k < 64 ; k ++ ) { if ( base64char[k] == base64[i+3] ) temp[3]= k; }
bindata[j++] = ((u8)(((u8)(temp[0] << 2))&0xFC)) | ((u8)((u8)(temp[1]>>4)&0x03)); if ( base64[i+2] == '=' ) break;
bindata[j++] = ((u8)(((u8)(temp[1] << 4))&0xF0)) | ((u8)((u8)(temp[2]>>2)&0x0F)); if ( base64[i+3] == '=' ) break;
bindata[j++] = ((u8)(((u8)(temp[2] << 6))&0xF0)) | ((u8)(temp[3]&0x3F)); } return j;}
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5.3 软件设计
5.4 运行效果
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