如何使用4G模块通过MQTT协议传输温湿度数据到onenet

本次实验是采用SIM7600CE 4G cat4 模块进行操作的，本模块支持GNSS定位功能。也可以采用别的4G模块，只要支持TCP传输就行。本模块支持的AT命令相当强大，拥有TCP&UDP命令集，HTTP命令集，MQTT命令集。本模块虽然已经支持了MQTT功能，但是我们在实际研发项目中，为了保持项目的可移植性和兼容性，通常不会使用模块自带的MQTT命令集，而是用代码实现MQTT上层功能，底层再调用模块的TCP AT命令集。

一、MQTT简介

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。它是IBM 1999年发布的一个用于物联网的协议.MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。

在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

MQTT设计思想是开放、简单、轻量、易于实现。这些特点使它适用于受限环境。

例如，但不仅限于此： 网络代价昂贵，带宽低、不可靠。 在嵌入设备中运行，处理器和内存资源有限。

该协议的特点有：

二、ONENET平台

OneNET是由中国移动打造的物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。

OneNET具备如下功能：

三、如何接入OneNet

用户要接入 OneNet，

如上图：点击右上角进行注册.

注册完成后，进行登录，如下：

如上图所示，点击MQTT物联网套件:

如上图所示，选择多协议接入:

如上图，点击添加产品，onenet平台MQTT协议框架下分为产品ID和设备ID，可以建立多个不同的产品，每个产品拥有不同的设备，设备以ID号进行区分。

如上图所示进行选择，接下来还有操作系统选择linux，网络运营商选择移动，因为模块使用的移动的usim卡，可以根据自己模块卡类型进行选择。

如上图所示，再点击添加设备：

点击右上角添加设备，

点击添加，

如上图所示，产品添加成功后的截图，显示为离线状态，当4G模块有数据上传的时候，就会显示为在线。

四、单片机&4G模块与ONENET服务器通信

下面讲解一下如何用单片机通过串口AT命令驱动4G模块与ONENET服务器进行连接，单片机采用STM32F103RBT6 ，开发环境采用MDK5.

如上图所示，606923821表示设备ID ，PZqqtD0O=5lNOex4NshJn0RLflY= 表示API KEY

如上图，点击查看，输入手机号发送验证码即可获得，357092 表示产品ID，上图的产品ID是424250 ，可根据自己的情况进行填写。

CAT11表示鉴权信息，鉴权信息可以在设备列表-设备详情进行获取。183.230.40.3, 6002 表示onenet平台的服务器和端口号 ，有了这些信息就可以用4G模块和自己创建的产品进行通信了。

如下图所示：既可观察设备的上下线情况，以及设备的数据

五、资料获取及硬件

1) 后台回复 mqtt 即可获得对应的源代码功能。

2) 文中单片机 STM32F103RBT6 可以自行到某宝搜索， 推荐如下：

3) 用的SIM卡可以用手机卡也可以用物联网卡，

4) 4g模块通用的模块即可。

单片机学习：教你如何使用单片机控制手机通信

今天突然有个同学问我单片机如何和手机通信，我们在用单片机做产品的时候，难免会用到单片机和手机通信，所以今天我们就来学习下如何用单片机控制手机通信。

中国联通数字移动电话（GSM）网是向社会公众提供通信服务的公用通信网，它是目前基于时多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统，是我国公众移动通信网的主要方式，基于GSM的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程，由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，上述系统不需在组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能呢的短信应用将得到迅速普及。

这个系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模组组成。

系统中，三个模块相互独立，彼此又相互依赖，共同完成数据的传输。数据收发模块在系统中起着承上启下的作用，是系统的核心模块。该模块以双单片机为核心，以RS232通信接口，在物理层上实现与GSM模块的连接。

【工作原理】

一、串口控制SMS的工作原理

单片机与GSM模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种RSM232电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好。RS232接口方式连接，通过串行接口集成电路和电平转换电路与GSM模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机89C51和电平转换芯片MAX232，是非常常见的接口电路。需要说明的是，该接口通过IIC总线（之前的文章中提到，不明白的朋友可自行翻阅）扩展了一个EEPROM存储器，主要作用是存储数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正式存储数据所必须的。

GSM的短信息业务SMS利用信令信道传输，这是GSM通信网所特定的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的数据发送到短信息服务中心，经短信息服务中心完成存储后在发送给最终的信诉。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失，每个短信的信息量限制为160字节。

现在市场上大多说手机均支持GSM7.05规定的AT指令集。该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对SMS的控制。利用GSM手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的AT命令，就能达到控制GSM模块收发SMS的目的。必须注意的是，用单片机实现时，编程必须注意它发送指令与接收到的响应都是字符的ASCII码，用单片机控制GSM模块收发短信息所涉及的AT指令如图。

二、软件实现

【上位机模块和下位机模块半双工通信协议的实现】

【应答和重发】

上位机模块和下位机模块的通信双方遵照半双工通信方式进行，即数据传送是双向的，但是，任何时刻只能由其中一方发送数据，另一方接收数据，因为EEPROM的读出和写入不能同时进行。为了避免一方在发送信息帧时（这里的信息帧指的是下位机模块发送的数据帧和下位机模块发送的命令帧，下同），另一方也会发送数据，必须把信道变成半双工方式。虽然这样效率可能不如全双工方式，但是可以稳定模块工作性能。双方采取的顺序是：发——收到应答后——再发。

按照整个系统的设计思路，上位机模块发送的帧包括命令帧、确认帧和非确认帧；下位机模块发送的帧包括数据帧、确认帧和非确认帧。其中确认帧和非确认帧是发送数据后等待对方发送的应答帧，一次作为继续发送下一帧和重新发送上一帧的依据。命令帧和数据帧时信息帧，当一方先发送完信息帧，如果收方接收到对方的信息帧，而又没有信息帧需要发送，那么情况就比较简单，收方将根据信息帧的正确与否决定发送确认帧还是非确认帧，以使对方决定是继续发送还是重新发送；如果此刻收方也有信息帧的应答帧，那么收方将不立即发送应答帧，而是立即发送本方的信息帧给对方，在收到对方的应答帧后，收方将依据应答帧的内容（即确认帧或非确认帧）决定是继续发送下一信息帧，还是重新发送原来的信息帧。

【延时重发】

在双方通信过程中，有两个时间T1和T2，分别表示重新发送信息帧的最大延时。T2表示一方发送信息帧收到对方应答帧的时间，如果等待应答帧的时间超过了T1，则发方会重新发送原来的信息帧，当收方接收到对方发送的信息帧，如果对方此时有需要发送的信息帧，则收方此时不发送应答帧，而是发送信息帧给对方。也就是说，利用对方等待收方应答帧的时间在T1内，收方插入发送本文的信息帧，同样本方的发送也存在一个延时重发的问题。在规定的时间内，如果没有收到对方应答帧，收方也同样需要重发原来的信息帧，这个规定的时间就是T2。显然由于收方是利用间隙时间发送本方信息帧，所以T1＞T2。

【帧格式】

GSM模块通过异步通信接口实现SMS的控制共有三种接入协议：BLOCK MODE、基于AT指令的TEXT MODE、基于AT指令PDU MODE。本系统发送和接收数据都是基于数字的温度数据和命令字，为了保证系统的适用性，SMS的手法采用TEXT模式。TEXT模式是基于字符的，更具体的说是基于ASCII码的一种结构模式。在该结构模式下，模块发送和接受的信息帧格式如下：

信息帧包括数据帧和命令帧。

帧头表示数据帧的标记由固定的字符“WQ”构成。

帧序号表示数据帧的序号，由两个字节组成，帧序号表示下位机模块发送的递增数据帧序号和上位机模块发送的命令帧序号。为了简化帧结构，命令帧的序号统一为OOH。

数据字段的长度为154字节，最多发送77个字符（采用TEXT模式，不能发送汉字）。

检验子为数据字段所有字节累加和的初码（原码取反加1），由一个字节组成。、

除了信息帧外，双向传递的还有应答帧，它包括确认帧和非确认帧。确认帧是双方反馈给发方的应答帧，表示双方已经正确接收到了发方发送的信息帧。确认帧格式仅包括两个字段，且两个字段的内容都是固定的，即帧头“WQ”和数据字段“ACK”，确认帧格式如下。

非确认帧时收方给发方的应答帧，表示收方收到的是无效的信息帧，其格式与确认帧格式类似，帧格式如下：

【EEPROM空间的分配】

采用8KB的EEPROM，按照每77个字节为一个块进行划分，工106块，如图所示。

第00、01块留作系统使用，第02~第105块是数据块，用作存放数据。

【程序设计】

【主函数的设计思路】

开机上电后，程序在主函数中运行，单片机和GSM模块分别进行初始化。单片机的初始化包括设置串口工作方式、波特率，并初始化变量和标志位，GSM模块初始化包括重新启动、关闭回显、设置在TXET模式下的返回值中不显示详细的头信息、选择短息格式为TEXT模式、开发串口中断准备接受数据。

【GSM返回函数的处理——SHELL函数】

SHELL是进入时钟中断程序时被调用时，该函数是对GSM模块返回参数进行处理的函数，根据系统设计的要求，需要对GSM模块进行下列操作：呼叫对方模块号码、发送数据、阅读短信、删除短信。基于以上操作指令，如果操作成功GSM模块会分别返回不同的参数：＞、+CMGS、+CMGR、OK。根据收到的不用参数，下位机模块将转向不同的操作步骤，判断并改变标志位的值。

【短信数据的处理——EXECDATA函数】

进入时钟中断调用SHELL函数时，如果接收到了返回的参数+CMTI，表明上位机模块向下位机模块发送了短信数据，可能是命令帧，也可能是确认帧或者非确认帧。在这种情况下，SHELL函数需要对短信内容进行分析，并根据短信的内容进行不同的处理，负责完成以上功能的就是EXECDATA函数，它是被SHELL函数调用的，用来分析并处理短信数据。

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