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原理图

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程序

• 示例程序

软件

• SIM7028串口测试工具(带AT指令)
• MQTT测试工具

数据手册

• 数据手册集

相关应用案例

SIM7028 NB-I0T HAT 通过MQTT连接Aliyun物联网平台

[通过MQTT连接AWS IoT Core]

产品概述

本产品是一款具有NB-IoT(窄带物联网)功能的树莓派扩展板，具有低延时、低功耗、低吞吐量应用的最优解决方案,非常适用于如表计、远程控制、资产跟踪、远程监控、远程医疗、共享单车等物联网应用。

产品特性

• 适用于Raspberry Pi Zero/Zero 2/2B/3B/3B+/4B
• 支持TCP、UDP、LWM2M、COAP、DTLS、DNS、NTP、PING、HTTP(S)、MQTT(S)、TLS/SSL等功能
• 板载Type-C接口，可用于软件调试等
• 板载UART接口，可用于AT指令收发和更新固件
• 引出控制引脚，可接入Arduino/STM32等主控板
• 板载USB转UART芯片，可通过跳线帽设置UART通信引脚
• 板载nano SIM卡槽，支持NB-IoT专用卡
• 板载1个LED指示灯，方便查看模块运行状态(STA灯正常情况下显示扩展板运行情况，如考虑展示可定制添加STA指示灯)
• 支持串口波特率范围2400bps ~ 460900bps (默认115200bps)
• 支持AT命令控制(3GPP TS 27.007，27.005和SIMCOM增强型AT命令集)
• 支持SIM应用工具包(SAT Class 3、GSM 11.11、USAT)
• 提供完善的配套资料手册(Raspberry/Arduino等示例程序)

通信参数

• 支持频段
  • B1/B2/B3/B4/B5/B8/B12/B13/B14/B17/B18/B19/B20/B25/B26/B28/B66/B70/B85 (支持电信/联通/移动的NB-IoT卡)
• 传输功率
  • Class 3 (0.25W@LTE)
• 数据传输
  • 上行：≤159Kbps
  • 下行：≤127Kbps

其他参数

• 供电电压：2.2V~4.3V
• 逻辑电压：5V / 3.3V (默认为3.3V)
• 休眠模式电流：0.11mA(@DRX=2.56s)
• 省电模式电流：0.8uA
• 工作温度：-40°C ~ 85°C
• 存储温度：-45°C ~ 90°C
• 产品尺寸：30.2mm x 65mm

接口说明

跳线帽说明

指示灯说明

接入电脑调试

硬件连接

用户在使用SIM7028模块前除了Type-C USB线、LTE天线外，还需要另外准备以下东西：

• 一张NB-IoT专用卡（电信、移动或联通）

接线说明：（如使用预留串口接TTL则需断开A跳线帽，若用Type C，直接跳A跳线帽即可）

硬件连接操作：

1. 将NB-IoT卡安装到模块背面卡槽，并连接好LTE天线。(使用时须把 LTE天线 旋转到板子外侧)
2. 将Type-C转USB接入电脑USB串口，给SIM7028模块供电。
3. 使用配套的串口助手打开，选择对应的串口端口和波特率115200，勾选加回车换行，
4. 打开扩展可看到实现录入的AT指令，点击对应的指令即可直接发送。
   

简单联网测试

下表列举一些常用AT指令，可以简单快速地检测SIM7028的AT串口通信和网络连接是否正常。
进行下文演示的联网通信实验前建议都先做简单联网测试，确认网络连接正常再操作。
相关的AT指令详细说明可参阅：SIM7022 Series_AT Command Manual。

通信类测试

TCP/IP通信

本文主要介绍SIM7028模块TCP/IP通信功能。

SIM7028模块支持透传模式（数据模式），非透传模式（命令模式）下支持直推模式和缓冲访问模式。

SIM7028 TCP/IP默认是多路client架构，共支持2路sockets，包括TCP或者UDP。

TCP/IP通信前，先根据上文“硬件配置”和“简单联网测试”操作，确保模块联网正常。

SIM7028模块TCP、UDP通信以及DNS解析和Ping功能。

（说明：AT指令详细说明可参阅：File:SIM7028 Series TCPIP Application Note V1.04.pdf，后续模组固件升级，对应的AT指令有可能更新。）

【Service】

相关指令：

【HTTP Client】

相关指令：

【HTTP POST/GET自写接口测试请求】

提供测试接口：【POST/GET】：【 https://www.waveshare.cloud/api/sample-test/ 】/【 http://mqtt.waveshare.cloud:8000/sample-test/ 】

这里使用django写一个简单的应用案例，将POST、GET请求写到一个接口中，使用request.method判断请求方式分别处理 

部署云服务器之后将接口封装请求，使用SIM7028 NB IoT HAT请求示例：

MQTT通信

本文主要介绍SIM7028模块MQTT通信功能。
相关的AT指令详细说明可参阅：File:SIM7028 Series MQTT(S) Application Note V1.03.pdf

【MQTT订阅主题和发布消息】

下文为方便演示MQTT通信功能，下文以连接私有EMQX服务器为例进行测试。

相关指令：

说明：测试MQTT相关指令时，因NB-IoT网络问题，AT应答时间相对较长，请耐心等候。详细过程请参考：SIM7028 NB-IOT HAT携手Waveshare Cloud MQTT

低功耗模式详解

NB-loT技术支持三种省电模式:PSM (power saving Mode)、DRX (Discontinuous Reception Mode)和eDRX (Extended DRX)。在NB-IOT中使用PSM(省电模式)和eDRX(扩展不连续接收)来节省电力。在PSM模式下，终端不需要接收寻呼来检测是否有下行业务，eDRX模式的寻呼检测周期比DRX模式长，可能会导致较长的时间延迟，影响数据的实时性。使用PSM还是eDRX取决于终端和网络的能力和配置。在能力方面，终端不支持的能力网络一定不要配置，在网络的不同情况下，终端支持的能力可能会有所不同。

PSM

在PSM模式下，终端不检测下行链路中是否有分页数据。只要TAU和上行链路还需要发送数据，PSM状态就会退出。T3412为跟踪区域更新时间，T3324为IDLE模式下进入PSM的定时器。

DRX & eDRX

DRX可以认为下行业务在任何时候都可以到达终端设备。在每个DRX周期(1.28秒、2.56秒、5.12秒、10.24秒)内，终端检测下行业务是否到达，适用于对时延要求较高的业务。终端设备一般采用供电方式，如路灯服务。 与DRX相比，eDRX的分页周期更长，使得终端更省电，同时下行数据延迟也更长(如DRX值为1.28s2.56s, eDRX值可达20.48s，甚至2.9h)，适合于时间紧迫性不是很高的应用场景。

接入树莓派使用

硬件连接

SIM7028 NB-IoT HAT板载树莓派GPIO接口需要调整一下跳线帽的位置到B；下表为树莓派管脚与模块引脚连接情况：

软件配置

【串口配置】

由于树莓派串口默认用于终端调试，如需使用串口，则需要修改树莓派设置。

• 执行如下命令进入树莓派配置：

sudo raspi-config

• 选择Interfacing Options ->Serial ->no -> yes，关闭串口调试功能。

• 重启生效。

树莓派minicom调试

将模块插入树莓派中，安装minicom，minicom是linux平台串口调试工具：

sudo apt-get install minicom

执行minicom -D /dev/ttyS0 可进入minicom串口调试界面

默认波特率为115200，ttyS0为树莓派3B/3B+/Zero 2的串口，Zero为ttyAMA0

键入数据无回显可通过 ctrl+A、按Z，按E即可。

树莓派示例程序演示

下载程序，进入目录Raspberry下

sudo apt-get install unzip -y
wget https://cdn.static.spotpear.cn/uploads/picture/learn/raspberry-pi/rpi-expansion/sim7028-nb-iot-hat/SIM7028-NB-IoT-HAT-Demo-Code.zip
unzip SIM7028-NB-IoT-HAT-Demo-Code.zip -d SIM7028
cd SIM7028/Raspberry/
sudo pip3 install paho-mqtt pyserial
# HTTP请求
sudo python3 AT_http_s.py
# MQTT请求：注意修改对应参数，此MQTT示例是接入WaveshareCloud平台,详情参阅应用案例
sudo python3 AT_mqtt_s.py

• 示例程序测试截图：
• 
  

接入Jetson Nano使用

硬件连接

硬件连接参考SIM7028NB-IoT HAT连接树莓派

运行效果

sudo apt-get install unzip -y
wget https://cdn.static.spotpear.cn/uploads/picture/learn/raspberry-pi/rpi-expansion/sim7028-nb-iot-hat/SIM7028-NB-IoT-HAT-Demo-Code.zip
unzip SIM7028-NB-IoT-HAT-Demo-Code.zip -d SIM7028
cd SIM7028/JetsonNano/
sudo pip3 install paho-mqtt pyserial
# HTTP请求
sudo python3 AT_http_s.py
# MQTT请求：注意修改对应参数，此MQTT示例是接入WaveshareCloud平台，详情参阅应用案例
sudo python3 AT_mqtt_s.py

接入Arduino/ESP32使用

硬件连接

Arduino使用软串口连接，ESP32使用硬串口Serial2连接

软件配置

打开arduino->文件->首选项->附加开发板管理器网址添加：

https://www.arduio.cn/package_esp32_index.json

https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

然后打开开发板管理，搜索esp32下载安装。 也可以通过安装包安装arduino-esp32,可以在arduino社区找到相关安装说明：链接

进入工具->开发板->开发板管理器添加esp32库

进入工具->管理库添加"pubsubclient"库和"ArduinoJson"库

WaveshareCloud配置

这里原理是通过esp32向SIM7028 NB-IoT HAT发送AT指令使其与WaveshareCloud进行Mqtt通信。

首先登录到WaveshareCloud，进入设备列表一键创建esp32+sim7028模板设备。

将设备连接地址填入示例程序中的参数，上传程序打开串口调试助手查看输出

正常连接之后可以在WaveshareCloud控制台页面查看到创建的设备已经在线，点击在线调试可以查看对应数据图表显示。

接入Waveshare Cloud

7028 mqtt请求简述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的消息传输协议，旨在为物联网设备提供可靠、高效的通信方式。

MQTT请求组成部分

• 固定报头（Fixed Header）：MQTT消息的固定报头是每个消息都必须包含的固定部分。它包含了控制消息传输的必要信息，如消息类型、服务质量等级（QoS）、主题是否保留等。固定报头的长度固定为一个字节。
• 可变报头（Variable Header）：MQTT消息的可变报头是一个可选的部分，长度取决于消息类型和特定的操作。它包含与消息类型相关的控制信息，如连接标志、订阅主题的QoS等。
• 主题名（Topic Name）：主题名是标识消息的关键部分。在发布消息时，需要指定一个主题名，而订阅者则根据主题名来接收感兴趣的消息。主题名通常使用UTF-8编码。
• 负载（Payload）：负载是实际传输的数据内容。对于发布消息，负载是要发送的数据；对于订阅消息，负载是从发布者接收到的数据。负载的长度可以是0个字节到最大消息大小的限制。

MQTT请求流程

• 建立连接：
  • 客户端通过TCP/IP协议与MQTT代理服务器建立连接。MQTT默认使用1883端口进行非加密连接，或者使用8883端口进行加密连接（通过TLS/SSL）。
  • 客户端可以选择保持会话，以便在断开连接后可以恢复之前的订阅和发布状态。
• 发布消息：
  • 客户端作为发布者（Publisher），通过发送PUBLISH消息向指定的主题发布消息。
  • PUBLISH消息包含固定报头、可变报头、主题名和负载（消息内容）。
  • 发布者发布消息后，MQTT代理服务器将根据订阅者的订阅信息将消息传递给相应的订阅者。
• 订阅主题：
  • 客户端作为订阅者（Subscriber），通过发送SUBSCRIBE消息来订阅特定的主题。
  • SUBSCRIBE消息包含固定报头、可变报头和一个或多个主题过滤器及其对应的服务质量等级（QoS）。
  • 订阅者可以同时订阅多个主题。
• 代理服务器确认订阅
  • 当代理服务器收到订阅请求后，它将确认订阅并将相应的订阅信息保存起来。
  • 订阅者现在可以接收发布到其订阅的主题的消息。
• 接收消息：
  • 当有新消息发布到一个订阅者订阅的主题时，MQTT代理服务器将将该消息发送给订阅者。
  • 接收到消息后，订阅者可以处理消息的负载并做出相应的操作。
• 断开连接：
  • 当客户端（发布者或订阅者）完成通信后，它可以选择断开与MQTT代理服务器的连接。
  • 断开连接时，客户端可以选择保留会话，以便在重新连接时保留之前的订阅和发布状态。

登录平台、创建新设备

首先需要创建设备类型，承接下属同种类型的多个设备，便于设备管理 

然后创建具体设备，点击设备列表新增，填入相关数据

创建完成之后设备为未激活状态，可通过右侧地址详情查看mqtt连接属性内容

对于设备属性可通过需要上传的数据内容来定义上传，这里通过一键添加设备已经具备LED属性

使用MQTT连接Waveshare Cloud

首先使用跳线帽连接A端，即Type-C端接Sim7028端

将SIM7028 NB-IoT HAT使用Type-c转USB插入电脑，使用sscom打开串口，等待网络初始化成功

初始化MQTT连接

AT+CMQTTSTART

AT+CMQTTACCQ=0,"{键入平台分配的client id}",0

AT+CMQTTCONNECT=0,tcp://mqtt.waveshare.cloud:1883,20,1

订阅&发布主题

AT+CMQTTTOPIC=0,18 # 键入Pub主题 18为字符长度

AT+CMQTTSUB=0,18,0 # 键入Sub主题 18为字符长度

填写需要上传的数据内容：

AT+CMQTTPAYLOAD=0,21 # 字符长度少于10240 ,这里键入hello waveshare cloud 21位测试

发布消息：

AT+CMQTTPUB=0,0,60

总体测试数据过程截图：

邮箱：services04@spotpear.cn