C# WinForms 实战：MQTTS 客户端开发（与 STM32 设备通信）-优快云博客

在物联网开发中，MQTT 是设备与上位机通信的常用协议，而 **MQTTS（加密 MQTT）** 能保障数据传输的安全性。本文基于 C# WinForms + uPLibrary.M2Mqtt 库，实现一个可与 STM32 等设备通信的 MQTTS 客户端，涵盖连接、订阅、发布、设备控制、日志管理等核心功能。

一、项目概述

本项目实现的 MQTTS 客户端具备以下功能：

连接 / 断开加密 MQTT 服务器（MQTTS，端口 8883）；
订阅设备主题、接收设备消息；
发布消息到设备（含 LED 开关等控制指令）；
管理订阅主题列表；
日志记录与导出；
适配 WinForms 跨线程 UI 更新。

二、开发准备

2.1 环境配置

开发工具：Visual Studio 2019+；
框架版本：.NET Framework 4.7.2（兼容多数 Windows 环境）；
协议：MQTTS（基于 TLS 1.2 加密）。

2.2 依赖库安装

通过 NuGet 安装 MQTT 客户端库：

右键项目 → 选择「管理 NuGet 程序包」；
搜索「M2Mqtt」，安装uPLibrary.Networking.M2Mqtt（本文使用 4.3.0 版本）。

三、界面快速设计

WinForms 界面包含以下核心控件：

输入控件：服务器地址 / 端口、订阅主题、发布主题、消息、用户名 / 密码；
功能按钮：连接 / 断开、订阅、发布、LED 开关、清空日志、导出日志；
列表控件：ListView（显示已订阅主题）；
日志控件：RichTextBox（记录操作与消息日志）。

四、核心功能代码解析

4.1 MQTT 客户端初始化

在窗体构造函数中完成客户端、UI 状态、SSL 配置的初始化：

public partial class Form1 : Form
{
    private MqttClient _mqttClient; // MQTT客户端对象
    private bool _isConnected;      // 连接状态
    private string _clientId;       // 唯一客户端ID（用GUID避免重复）
    // 存储已订阅主题（主题→QoS）
    private readonly Dictionary<string, byte> _subscribedTopics = new Dictionary<string, byte>();

    public Form1()
    {
        InitializeComponent();
        _clientId = Guid.NewGuid().ToString(); // 生成唯一客户端ID
        _isConnected = false;

        // 初始化UI：未连接时功能按钮置灰
        btnSubscribe.Enabled = btnPublish.Enabled = false;

        // 默认配置（替换为你的MQTTS服务器信息）
        leHostPort.Text = "p6121ba8.ala.cn-hangzhou.emqxsl.cn:8883";
        leSubTopic.Text = "/stm32topc/test"; // 设备→PC主题
        lePubTopic.Text = "/pctostm32/test"; // PC→设备主题

        // 测试环境跳过SSL证书验证（生产环境需启用验证）
        ServicePointManager.ServerCertificateValidationCallback += (s, cert, chain, err) => true;
        // 启用TLS 1.2（MQTTS必需）
        ServicePointManager.SecurityProtocol = SecurityProtocolType.Tls11 | SecurityProtocolType.Tls12;
    }
}

4.2 连接 / 断开 MQTTS 服务器

通过btnConnect_Click实现连接逻辑，包含地址校验、SSL 客户端初始化、连接状态更新：

private void btnConnect_Click(object sender, EventArgs e)
{
    if (!_isConnected)
    {
        // 校验地址格式（[地址]:[端口]）
        var parts = leHostPort.Text.Split(':');
        if (parts.Length != 2 || !int.TryParse(parts[1], out int port))
        {
            AddLog("地址格式错误（例：broker.emqx.io:8883）", true);
            return;
        }
        string broker = parts[0];

        try
        {
            // 初始化MQTTS客户端（启用SSL）
            _mqttClient = new MqttClient(
                broker, port, 
                true, // 启用SSL（MQTTS关键配置）
                MqttSslProtocols.None, null, null
            );

            // 绑定消息接收回调
            _mqttClient.MqttMsgPublishReceived += client_MqttMsgPublishReceived;

            // 连接服务器（带用户名密码）
            byte connackCode = _mqttClient.Connect(_clientId, leUsername.Text, lePassword.Text);

            if (_mqttClient.IsConnected)
            {
                _isConnected = true;
                btnConnect.Text = "断开服务器";
                btnSubscribe.Enabled = btnPublish.Enabled = true;
                AddLog("✅ 成功连接MQTTS服务器");
            }
            else
            {
                // 解析连接失败原因（兼容C# 7.3的switch语句）
                string reason;
                switch (connackCode)
                {
                    case 1: reason = "不支持的协议版本"; break;
                    case 2: reason = "客户端ID无效"; break;
                    case 4: reason = "用户名/密码错误"; break;
                    default: reason = $"未知原因（返回码：{connackCode}）"; break;
                }
                AddLog($"❌ 连接失败：{reason}", true);
            }
        }
        catch (Exception ex)
        {
            AddLog($"❌ 连接异常：{ex.Message}", true);
        }
    }
    else
    {
        // 断开连接
        _mqttClient.Disconnect();
        _isConnected = false;
        btnConnect.Text = "连接服务器";
        AddLog("❌ 已断开MQTTS连接");
    }
}

4.3 主题订阅与取消订阅

通过btnSubscribe_Click实现主题订阅，同时记录订阅信息到ListView和字典；通过btnClose_Click取消单个订阅：

private void btnSubscribe_Click(object sender, EventArgs e)
{
    string topic = leSubTopic.Text.Trim();
    byte qos = MqttMsgBase.QOS_LEVEL_AT_MOST_ONCE; // QoS 0

    if (string.IsNullOrWhiteSpace(topic) || !_isConnected)
    {
        AddLog("请输入主题并确保已连接", true);
        return;
    }

    if (_subscribedTopics.ContainsKey(topic))
    {
        MessageBox.Show("已订阅该主题");
        return;
    }

    // 执行订阅
    _mqttClient.Subscribe(new[] { topic }, new byte[] { qos });
    _subscribedTopics.Add(topic, qos);

    // 添加到ListView显示
    ListViewItem item = new ListViewItem((listViewTopics.Items.Count + 1).ToString());
    item.SubItems.Add(topic);
    item.SubItems.Add(qos.ToString());
    item.Tag = topic; // 存储主题用于取消订阅
    listViewTopics.Items.Add(item);
    AddLog($"✅ 订阅主题：{topic}");
}

// 取消单个订阅
private void btnClose_Click(object sender, EventArgs e)
{
    if (listViewTopics.SelectedItems.Count == 0) return;

    string topic = listViewTopics.SelectedItems[0].Tag.ToString();
    _mqttClient.Unsubscribe(new[] { topic });
    _subscribedTopics.Remove(topic);
    listViewTopics.Items.Remove(listViewTopics.SelectedItems[0]);
    AddLog($"❌ 取消订阅：{topic}");
}

4.4 消息发布与设备控制

通过btnPublish_Click发布自定义消息，通过sen_ctrl封装设备控制指令（如 LED 开关）：

private void btnPublish_Click(object sender, EventArgs e)
{
    string topic = lePubTopic.Text.Trim();
    string msg = lePubMessage.Text.Trim();
    if (string.IsNullOrWhiteSpace(topic) || string.IsNullOrWhiteSpace(msg))
    {
        AddLog("主题或消息不能为空", true);
        return;
    }

    // 发布消息（UTF8编码）
    byte[] msgBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(msg);
    _mqttClient.Publish(topic, msgBytes);
    AddLog($"📤 发布到{topic}：{msg}");
}

// 设备控制指令封装
private void sen_ctrl(string cmd)
{
    string topic = lePubTopic.Text.Trim();
    if (!_isConnected || string.IsNullOrWhiteSpace(topic)) return;

    _mqttClient.Publish(topic, Encoding.UTF8.GetBytes(cmd));
    AddLog($"📤 发送指令：{cmd}");
}

// LED开启按钮
private void led_open_Click(object sender, EventArgs e)
{
    sen_ctrl("led on");
}

4.5 消息接收与跨线程 UI 更新

MQTT 消息接收在独立线程，需通过Invoke跨线程更新 WinForms 控件：

static void client_MqttMsgPublishReceived(object sender, MqttMsgPublishEventArgs e)
{
    // 解析设备消息（UTF8避免中文乱码）
    string payload = Encoding.UTF8.GetString(e.Message);
    string log = $"📩 收到[{e.Topic}]：{payload}";

    // 跨线程更新日志（获取当前窗体实例）
    Form1 form = Application.OpenForms.OfType<Form1>().FirstOrDefault();
    if (form != null)
    {
        form.AddLog(log);
    }
}

// 跨线程安全的日志添加方法
public void AddLog(string log, bool isError = false)
{
    if (teLogDisplay.InvokeRequired)
    {
        teLogDisplay.Invoke(new Action<string, bool>(AddLog), log, isError);
        return;
    }

    // 更新日志控件
    teLogDisplay.AppendText($"[{DateTime.Now:HH:mm:ss}] {log}\n");
    teLogDisplay.ScrollToCaret();
    teLogDisplay.SelectionColor = isError ? Color.Red : Color.Black;
}

4.6 日志导出

通过SaveFileDialog实现日志导出为本地 TXT 文件：

private void btnExportLog_Click(object sender, EventArgs e)
{
    if (string.IsNullOrWhiteSpace(teLogDisplay.Text))
    {
        MessageBox.Show("日志为空，无需导出");
        return;
    }

    using (SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog())
    {
        sfd.FileName = $"MQTT日志_{DateTime.Now:yyyyMMddHHmmss}.txt";
        sfd.Filter = "文本文档|*.txt";
        if (sfd.ShowDialog() == DialogResult.OK)
        {
            File.WriteAllText(sfd.FileName, teLogDisplay.Text, Encoding.UTF8);
            AddLog($"📥 日志导出到：{sfd.FileName}");
        }
    }
}

五、界面展示

服务器端可参考我上一篇文章基于 RT-Thread Studio 实战：ESP8266+MQTT-优快云博客

六、后续功能扩展建议

添加自动重连逻辑，应对网络波动；
保存服务器配置到本地（如 INI/JSON 文件）；
支持多设备主题管理；
增加消息解析与可视化（如显示传感器数据图表）。