单片机无线通信模块——NRF24L01

这是一个NRF24L01模块，如图1，它是一款2.4GHz的无线收发一体模块，我们使用它来实现单片机之间的无线通信。这个模块的核心元器件就是中间的这颗NRF24L01芯片，这颗芯片是欧美品牌，而外围模块则是中国制造。

图1 NRF24L01模块

它有着迷你的外形尺寸，使用起来非常方便。板载蛇行天线最大传输距离为100米。支持一对六数据通信。这个模块通过八个直插引脚与外界进行连接，供电电压为1.9至3.6伏，其他数据引脚可以直接连接3.3V或5V单片机。空中传输速率有2M、1M和250KHz可选。它与主控芯片之间的通信方式为4线SPI通信，最高速率为10MHZ。

图2 NRF24L01的电性能

这是模块的PCB布线图，第1、2引脚为电源引脚。第3引脚为模块的低电平使能引脚。第4引脚用于控制模块的片选，用于开始一个SPI通信。第5、6、7、8为模块的SPI通信口，他们依次为SPI总线时钟、主器件输出从器件输入、主器件输入从器件输出和中断信号输出引脚。如图3.

图3 引脚功能描述

这是两颗单片机借助NRF24L01实现无线通信的接线原理图，他们的连接非常简单。这个模块会占用单片机的6个引脚，我们使用单片机的2个普通IO端口连接模块的片选和使能引脚，用单片机的SPI引脚或普通IO口模拟SPI总线连接模块的SPI引脚即可实现数据交换。如图4.

图4 接线原理图

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：

使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；对负载内容屏蔽的消息传输；使用 TCP/IP 提供网络连接；有三种消息发布服务质量：小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量；使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

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：

专网专号：中国移动基于物联网特点打造的专业化网络通道，提供“云-管-端”一体化的智能管道和支撑系统，支持工业级、车规级的专网卡和通信模组；海量连接：基于多类型标准协议和API开发满足海量设备的高并发快速接入；在线监控：实现终端设备的监控管理、在线调试、实时控制功能；数据存储：基于分布式云存储、消息对象结构、丰富的数据调用接口实现数据高并发读、写库操作，有效保障数据的安全；消息分发：将采集的各类数据通过消息转发、短彩信推送、APP信息推送方式快速告知业务平台、用户手机、APP客户端，建立双向通信的有效通道；能力输出：汇聚中国移动短彩信、位置服务、视频服务、公有云等核心能力，提供标准API接口，缩短终端与应用的开发周期；事件告警：打造事件触发引擎，用户可以基于引擎快速实现应用逻辑编排；数据分析：基于Hadoop等提供统一的数据管理与分析能力。

三、如何接入OneNet

用户要接入 OneNet，

首先要在 OneNet 平台上进行注册用户、创建设备等一系列准备工作，然后要通过网络和 OneNet 服务器建立TCP 连接，最后将用户数据按照一定的协议(比如：EDP、RestFul API，MQTT)打包上传至 OneNet 平台，从而实现设备终端接入。用户注册:在接入 OneNet 之前，需在平台网站注册用户账户，登陆网址：http://open.iot.10086.cn/，显示如下界面：