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Montag, 2025-08-18_IoT-Netzwerktechnik_WIT

Eclipse Mosquitto

Eclipse Mosquitto ist ein leichtgewichtiger MQTT-Broker (Message Queuing Telemetry Transport).

Eigenschaften

  • Open Source
  • Sehr ressourcenschonend
  • Optimiert für geringe Bandbreite
  • Ideal für IoT-Umgebungen

Funktionsprinzip (Publisher/Subscriber)

  • Publisher sendet Nachrichten an ein Topic
  • Broker (Mosquitto) verteilt Nachrichten
  • Subscriber empfängt Nachrichten vom Topic

Beispiel: - ESP32 → sendet Temperatur an SCAG/Temp - Node-RED → abonniert SCAG/Temp - Grafana → visualisiert gespeicherte Daten

DHT22 (Prüfungsrelevant)

Digitaler Sensor für: - Temperatur - Luftfeuchtigkeit

Eigenschaften

  • Liefert Float-Werte
  • Anschluss über GPIO
  • Wird oft mit:
  • Raspberry Pi
  • ESP32
  • Arduino
  • Node-RED
  • Python

Typischer Prüfungsbezug: - Sensordaten erfassen - Weiterverarbeitung über MQTT - Speicherung in Datenbank - Visualisierung

IoT & Datenbanken

IoT-Geräte erzeugen kontinuierlich Messwerte.

Diese werden meist gespeichert in: - Zeitreihendatenbanken (z. B. InfluxDB) - SQL-Datenbanken (z. B. SQLite, MySQL)

Relevante Konzepte: - Datenlogging - Persistenz - Zeitstempel - Aggregation - Visualisierung

Grafana

Grafana ist ein Visualisierungstool für Zeitreihendaten.

Funktionen

  • Dashboard-Erstellung
  • Diagramme
  • Alerting
  • Unterstützung vieler Datenquellen:
  • InfluxDB
  • MySQL
  • Prometheus
  • PostgreSQL

Wird häufig kombiniert mit: - MQTT - Node-RED - Docker - InfluxDB

Node-RED

Flow-basierte IoT-Plattform.

Eigenschaften

  • Visuelle Programmierung (Drag & Drop)
  • MQTT-Integration
  • Datenbank-Anbindung
  • HTTP-Requests
  • GPIO-Steuerung

Ideal für: - Prototyping - Automatisierung - Datenverarbeitung

Docker

Container-Plattform zur Isolation von Anwendungen.

Vorteil im IoT-Kontext

  • Broker, Node-RED, Grafana getrennt ausführbar
  • Reproduzierbare Setups (docker-compose)
  • Keine Abhängigkeit vom Hostsystem
  • Portabilität

Typische Architektur:

ESP32
→ Mosquitto (Docker)
→ Node-RED (Docker)
→ InfluxDB (Docker)
→ Grafana (Docker)

Arduino-Code: ESP32 + DHT22 + Ultraschallsensor + MQTT

Ziel des Programms

  1. WLAN-Verbindung herstellen
  2. MQTT-Verbindung aufbauen
  3. Sensordaten lesen
  4. Daten seriell ausgeben
  5. Daten an MQTT-Topics senden
  6. Wiederholung alle 3 Sekunden

MQTT-Topics

  • SCAG/Temp
  • SCAG/Humi
  • SCAG/Abstand

Arduino-Code

#include "WiFi.h"
#include "PubSubClient.h"
#include "DHT.h"

#define DHTPIN 22
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

const char* ssid = "FRITZ!Box 7580 QP";
const char* password = "45533321289156809388";
const char* mqtt_server = "192.168.23.228";

#define Trigger_AusgangsPin 23
#define Echo_EingangsPin 21

int maximumRange = 600;
int minimumRange = 2;
long Abstand;
long Dauer;

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);

#define TMP1_TOPIC      "SCAG/Temp"
#define LFK_TOPIC       "SCAG/Humi"
#define ABSTAND_TOPIC   "SCAG/Abstand"

void connectToNetwork() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.println("Establishing connection to WiFi..");
  }

  Serial.println("Connected to network");
}

void mqttconnect() {
  while (!client.connected()) {
    if (client.connect("SCAG")) {
      Serial.println("MQTT connected");
    } else {
      delay(5000);
    }
  }
}

void setup() {
  connectToNetwork();
  WiFi.setSleep(false);

  client.setServer(mqtt_server, 1883);

  dht.begin();
  pinMode(Trigger_AusgangsPin, OUTPUT);
  pinMode(Echo_EingangsPin, INPUT);
}

void loop() {

  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    connectToNetwork();
  }

  if (!client.connected()) {
    mqttconnect();
  }

  float h = dht.readHumidity();
  float t1 = dht.readTemperature();

  if (isnan(h) || isnan(t1)) {
    return;
  }

  digitalWrite(Trigger_AusgangsPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(Trigger_AusgangsPin, LOW);

  Dauer = pulseIn(Echo_EingangsPin, HIGH);
  Abstand = Dauer / 58.2;

  client.publish(TMP1_TOPIC, String(t1).c_str(), true);
  client.publish(LFK_TOPIC, String(h).c_str(), true);
  client.publish(ABSTAND_TOPIC, String(Abstand).c_str(), true);

  delay(3000);
}

Wichtige technische Hinweise

  • WLAN-Passwörter niemals im öffentlichen Repository speichern
  • Serial.begin() gehört ausschließlich in setup()
  • pulseIn() misst Echozeit in Mikrosekunden
  • 58.2 ergibt sich aus Schallgeschwindigkeit in Luft
  • delay() blockiert den Controller
  • MQTT Retain-Flag (true) speichert letzte Nachricht im Broker