一．功能简介

通过将报文分解为16进制格式的字符串（比如：101C00044D51545404C2），再通过TPC-7062进行组包，利用串口服务器的TCP/IP协议栈连接服务器，实现TCP客户端透明传输连接MQTT服务器。

实现MQTT协议直连的前提是设备本身具有或者是外接串口联网设备实现，比如笔者所使用的TPC7062是不具备TCP/IP协议栈的纯串口控制屏，可通过连接亿佰特公司所生产的串口服务器（NB114）实现TCP客户端连接服务器。

NB114本身就具对MQTT协议进行封装，可直接实现串口设备连接MQTT服务器，本文为了分析MQTT报文将不使用MQTT模式连接服务器，仅使用TCP客户端模式连接MQTT服务器通过MCGS脚本对数据进行组包发送。

二．报文详解

TPC驱动使用

TPC7062使用官方提供的扫码枪设备驱动，实现该功能不可使用Modbus等具有协议的驱动需，要使用支持串口数据透明传输的设备驱动。

注意事项

1.需要将驱动的协议类型调整为16进制协议，选择给定时间（与数据包的大小正相关）。

2.在TPC的内需要使用字符串类型的变量缓存收发数据，因此发送缓存区保存字符“31323334”，在发送后通过使用ASCII显示为“1234”，HEX显示为“31323334”，这一点非常重要，后续的字符转换都会遵循这一规则。

3.将以下变量关联到接收缓存区，仅关联16进制即可，字符值由于协议中还有多个结束符（00）无法正常使用。

TPC字符转换

由于设备多处会使用到字符转换，因此独立配置三个“用户策略”用于字符转换：

1.“ASCII字符串”转“HEX字符串”

为变量“ASC_TO_HEX_ASCII_STR_BUF”赋予将要处理字符，通过变量“ASC_TO_HEX_HEX_STR_BUF”输出计算结果。

2.“HEX字符串”转“ASCII字符串”

为变量“ASC_TO_HEX_HEX_STR_BUF”赋予将要处理字符，通过变量“ASC_TO_HEX_ASCII_STR_BUF”输出计算结果。

3.十进制数据转换为“16进制”格式字符串

“2字节缓存”脚本如下

“可变长度缓存”脚本如下

MQTT字符长度计算

OASIS标准在MQTT3.1.1协议描述中已经介绍了一种对剩余字符长度的计算方法如下图：

官方提供的算法并不能直接引入TPC7062的脚本中，笔者并未在TPC脚本函数说明中找到类似与do…while(条件判断式)的函数，好在MQTT协议规定了最大可编码的长度为4字节，笔者通过下列脚本可以实现与官方推荐方法等同效果，脚本如下（水平有限，有更好的方法欢迎讨论）。

剩余字符长度编码

MQTT协议中有两种计算字符的需求，一是可变长度（剩余字符长度），二是字符长度，使用开关型或者数值型变量“LEN_STR_BUF_HEX_MODE”区分计算方法。

新建用户策略并添加两排策略行

长度计算传入带计算长度的字符，并使用“!Len(str)”函数计算出字符的10进制长度，通过DECHEX转化为16进制字符串。

剩余计算原理，（x表示传入10进制长度）协议规定最大长度计算为4字节，因此定义3个变量分别存储 x/128、x/128/128、x/128/128/128，在定义4个变量（…_BIT_1～4）保存每一位的计算结果：

1. 若小于127字节直接转换并存储在_BIT_1中；
2. 若大于127小于16383，需要使用两位存储数据，_BIT_1存入（x MOD 128）+128，_BIT_2存入x/128取整的值；
3. 若大于16384小于2097151，需要使用三位存储数据，_BIT_1存入（x MOD 128）+128，_BIT_2存入(x/128 MOD 128)+128，_BIT_3存入x/128/128取整的值；
4. 若大于2097152小于268435455，需要使用四位存储数据，_BIT_1存入（x MOD 128）+128，_BIT_2存入(x/128 MOD 128)+128，_BIT_3存入(x/128/128 MOD 128)+128，_BIT_4存入x/128/128/128取整值；
5. 大于268435455超出MQTT3.1.1协议规定的最大字符；

脚本参考“可变长度缓存”脚本。

剩余字符长度解码

1.两个字节的计算方式：

剩余长度=(Byte1-128)+Byte2*128

2.三个字节的计算方式：

剩余长度=（Byte1-128）+[（Byte2-128）+Byte3*128]*128

3.以此类推，四个字节的计算方式为：

剩余长度=（Byte1-128）+{（Byte2-128）+[（Byte3-128）+Byte4*128]*128}*128

连接报文

CONNECT：10+字符总长度（遵循剩余字符算法）+00+04+4D 51 54 54+04（MQTT3.1.1）+C2 +保活时间（120s:00 78）+客户端长度（2字节）+客户端ID+用户名长度（2字节）+用户名+密码长度（2字节）+PASSWORD

例如

{

"clientId":"a1mc0PReOQ9.NTP_TEST|securemode=2,signmethod=hmacsha256,timestamp=1647925073533|",

"username":"NTP_TEST&a1mc0PReOQ9",

"mqttHostUrl":"a1mc0PReOQ9.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",

"passwd":"cc207a68488466dc5ffb1278cf4f30e77fa7b9fdea072d722addeade429cc2da",

"port":1883

}

报文如下(保护时间120s)：

10 B4 01 00 04 4D 51 54 54 04 C2 00 78 00 50 61 31 6D 63 30 50 52 65 4F 51 39 2E 4E 54 50 5F 54 45 53 54 7C 73 65 63 75 72 65 6D 6F 64 65 3D 32 2C 73 69 67 6E 6D 65 74 68 6F 64 3D 68 6D 61 63 73 68 61 32 35 36 2C 74 69 6D 65 73 74 61 6D 70 3D 31 36 34 37 39 32 35 30 37 33 35 33 33 7C 00 14 4E 54 50 5F 54 45 53 54 26 61 31 6D 63 30 50 52 65 4F 51 39 00 40 63 63 32 30 37 61 36 38 34 38 38 34 36 36 64 63 35 66 66 62 31 32 37 38 63 66 34 66 33 30 65 37 37 66 61 37 62 39 66 64 65 61 30 37 32 64 37 32 32 61 64 64 65 61 64 65 34 32 39 63 63 32 64 61

MCGS脚本（用户策略）配置如下：

第一步：初始化发送缓存变量；

第二步：为发送缓存变量写入协议标识字段（00044D51545404C2）+保活时间16进制两字节（0078）；

第三步：传入CLIENT ID字符到计算缓存变量，用于计算和字符转换（调用前文提到的长度计算脚本和ASCII转HEX脚本）；

第四步：将结算结果存入发送缓存变量；

使用相同方法分别计算存储Username与password；

第五步：将之前的缓存的字符串传入长度计算算出字符总长；

第六步：封装报文头及可变长度；

第七步：发送报文等待服务器响应；

接入成功服务器会返回20020000，最后一位表示返回码，只有0x00才是正确接入，其余返回码都表示服务器拒绝连接（具体含义请查询OASIS-MQTT3.1.1协议规范）。

心跳报文

PINGREQ：C0 00

服务器返回：D0 00

心跳报文基于MCGS的循环策略周期发送，

订阅报文

SUBSCRIBE：82 +字符总长度（遵循剩余字符算法）+00 00+订阅地址长度（2字节）+订阅地址+服务等级（00、01、02）.....+订阅地址+服务等级（00、01、02）（可同时订阅多个主题）。

服务器响应：9003000000(最大Qos0)，9003000001(最大QoS1)。

MCGS脚本配置如下：

第一步：初始化发送缓存变量；

第二步：为发送缓存变量写入报文标识符（0000）；

第三步：传入SUB-TOPIC字符到计算缓存变量，用于计算和字符转换（调用前文提到的长度计算脚本和ASCII转HEX脚本）；

第四步：保存计算结果；

第五步：封装服务等级仅支持0、1；

第六步：将之前的缓存的字符串传入长度计算算出字符总长；

第七步：封装报文头及可变长度；

第八步：等待服务器响应；

若订阅请求报文发送错误（非服务器许可主题和服务等级）服务器会断开连接，因此超时后发送心跳更新在线状态；

发布报文

PUBLISH：30 +字符总长度（遵循剩余字符算法）+发布地址长度（2字节）+发布地址+用户数据

PUBLISH：32 +字符总长度（遵循剩余字符算法）+发布地址长度（2字节）+发布地址+00 00（报文标识）+用户数据（QoS1）

服务器会返回：4002xxxx（报文标识与发布保持一致，服务等级0无ACK返回）

第一步：初始化发送缓存变量；

第二步：传入PUB-TOPIC字符到计算缓存变量，用于计算和字符转换（调用前文提到的长度计算脚本和ASCII转HEX脚本）；

第四步：保存计算结果；

第五步：传入发送数据字符到计算缓存变量，用于计算和字符转换（调用前文提到的长度计算脚本和ASCII转HEX脚本）；

第六步：根据等级封装报文标识符，等级0不需要写入报文标识；

第七步：将之前的缓存的字符串传入长度计算算出字符总长；

第八步：根据等级封装报文头及可变长度；

第九步（Qos1）：等待服务器响应，响应超时重发一次；

若订阅请求报文发送错误（非服务器许可主题和服务等级）服务器会断开连接，因此超时后发送心跳更新在线状态；

三．实例演示

通过连接阿里云MQTT服务器，并使用阿里云NTP服务获取当前时间，请求格式参考NTP服务 - 阿里云物联网平台 - 阿里云。