基于MQTT协议远程控制电机

逍遥子大表哥

发布于 2025-11-17 16:44:43

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在工业生成中，电机是重要的电器元件。本文我们基于MQTT协议实现对电机的远程控制，让其实现正转、反转、定时运转等功能。

实现准备

Arduino R4 WIFI开发板
L298N电机控制模块
微型直流减速马达

硬件准备

线路连接：

连接方向	L298N 引脚	Arduino 引脚	功能描述
电源输入	12V 输入	12V	为 L298N 提供工作电压
接地	GND	GND	建立共同参考地
控制信号（方向）	IN1	2	控制电机正反转
控制信号（方向）	IN2	3	控制电机正反转
控制信号（速度）	ENA（PWM 输入）	9	调节电机转速（PWM 调速）
电机连接	OUT1 和 OUT2	-	连接至直流电机

实现功能

MQTT指令格式：

定时正转5秒

{"on":"1", "duration":5}

定时反转5秒

{"on":"0", "duration":5}

代码中，{"on":"1"}表示正转，{"on":"0"}表示反转。duration表示运行时间。可自定义！若duration为0则表示一直运行。

一直正转

{"on":"1", "duration":0}
#或
{"on":"1"}

一直反转

{"on":"0", "duration":0}
#或
{"on":"0"}

停止

{"off":true}

示例代码

#include <WiFiS3.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <ArduinoJson.h>

// WiFi配置
const char* ssid = "WiFi账号";
const char* password = "WiFi密码";

// MQTT配置
const char* mqtt_server = "MQTT服务器地址";
const char* mqtt_username = "admin";//mqtt账号
const char* mqtt_password = "admin";//mqtt密码
const char* mqtt_topic = "dianji"; //订阅主题

// 电机引脚定义
const int IN1 = 2;   // 连接到L298N的IN1
const int IN2 = 3;   // 连接到L298N的IN2
const int ENA = 9;   // 连接到L298N的ENA（PWM速度控制）

// 电机状态变量
enum MotorState {
  MOTOR_STOP,
  MOTOR_FORWARD,
  MOTOR_REVERSE
};

MotorState currentMotorState = MOTOR_STOP;
unsigned long motorStartTime = 0;
unsigned long motorDuration = 0;  // 0表示一直运行
bool isTimedOperation = false;

WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  
  // 初始化电机控制引脚
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  
  // 初始状态：电机停止
  stopMotor();
  
  // 连接WiFi
  connectWiFi();
  
  // 设置MQTT
  mqttClient.setServer(mqtt_server, 1883);
  mqttClient.setCallback(mqttCallback);
  
  // 连接MQTT
  connectMQTT();
}

void loop() {
  if (!mqttClient.connected()) {
    connectMQTT();
  }
  mqttClient.loop();
  
  // 检查定时运行是否到期
  checkMotorTimer();
  
  delay(100);
}

void connectWiFi() {
  Serial.print("正在连接WiFi...");
  WiFi.begin(ssid, password);
  
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }
  
  Serial.println("\nWiFi连接成功!");
  Serial.print("IP地址: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void connectMQTT() {
  while (!mqttClient.connected()) {
    Serial.print("正在连接MQTT服务器...");
    
    if (mqttClient.connect("ArduinoR4Client", mqtt_username, mqtt_password)) {
      Serial.println("MQTT连接成功!");
      
      // 订阅主题
      if (mqttClient.subscribe(mqtt_topic)) {
        Serial.println("主题订阅成功: " + String(mqtt_topic));
      } else {
        Serial.println("主题订阅失败!");
      }
    } else {
      Serial.print("MQTT连接失败, 错误代码: ");
      Serial.print(mqttClient.state());
      Serial.println(" 5秒后重试...");
      delay(5000);
    }
  }
}

void mqttCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("收到消息 [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("]: ");
  
  // 将payload转换为字符串
  String message;
  for (unsigned int i = 0; i < length; i++) {
    message += (char)payload[i];
  }
  Serial.println(message);
  
  // 解析JSON消息
  DynamicJsonDocument doc(256);
  DeserializationError error = deserializeJson(doc, message);
  
  if (error) {
    Serial.print("JSON解析错误: ");
    Serial.println(error.c_str());
    return;
  }
  
  // 处理电机控制指令
  processMotorCommand(doc);
}

void processMotorCommand(JsonDocument& doc) {
  if (doc.containsKey("on")) {
    String direction = doc["on"];
    int duration = 0;
    
    // 检查是否包含持续时间参数
    if (doc.containsKey("duration")) {
      duration = doc["duration"];
    }
    
    if (direction == "1") {
      // 正转
      startMotor(MOTOR_FORWARD, duration);
      Serial.print("电机正转");
      if (duration > 0) {
        Serial.println("，持续时间: " + String(duration) + "秒");
      } else {
        Serial.println("，持续运行直到收到停止指令");
      }
      
    } else if (direction == "0") {
      // 反转
      startMotor(MOTOR_REVERSE, duration);
      Serial.print("电机反转");
      if (duration > 0) {
        Serial.println("，持续时间: " + String(duration) + "秒");
      } else {
        Serial.println("，持续运行直到收到停止指令");
      }
    }
    
  } else if (doc.containsKey("off")) {
    // 停止电机
    stopMotor();
    Serial.println("电机关闭");
  }
}

void startMotor(MotorState state, unsigned long duration) {
  currentMotorState = state;
  motorDuration = duration * 1000;  // 转换为毫秒
  motorStartTime = millis();
  isTimedOperation = (duration > 0);
  
  switch(state) {
    case MOTOR_FORWARD:
      digitalWrite(IN1, HIGH);
      digitalWrite(IN2, LOW);
      analogWrite(ENA, 255);  // 全速
      break;
    case MOTOR_REVERSE:
      digitalWrite(IN1, LOW);
      digitalWrite(IN2, HIGH);
      analogWrite(ENA, 255);  // 全速
      break;
    default:
      stopMotor();
      break;
  }
}

void stopMotor() {
  digitalWrite(IN1, LOW);
  digitalWrite(IN2, LOW);
  analogWrite(ENA, 0);
  currentMotorState = MOTOR_STOP;
  isTimedOperation = false;
  motorDuration = 0;
}

void checkMotorTimer() {
  if (isTimedOperation && currentMotorState != MOTOR_STOP) {
    unsigned long currentTime = millis();
    
    // 检查是否超时（考虑millis()溢出）
    if ((currentTime - motorStartTime) >= motorDuration) {
      stopMotor();
      Serial.println("定时时间到，电机已自动停止");
      
      // 发送MQTT反馈（可选）
      String feedback = "{\"status\":\"stopped\",\"reason\":\"timeout\"}";
      mqttClient.publish("dianji/status", feedback.c_str());
    }
  }
}

使用

连接MQTT客户端，发送相关代码即可控制电机运转。