树莓派Pico NB-IoT扩展板使用教程

产品介绍

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 Pico 扩展板,国内 NB-IoT 全网通,串口 AT 指令控制,支持 HTTP/MQTT/LWM2M/COAP 等协议通信。具有低延迟、低功耗、广覆盖和低成本等优点,非常适用于如智能仪表、资产跟踪和远程监控等物联网应用。

产品特性

  • 板载 Raspberry Pi Pico 接口,适用于 Raspberry Pi Pico 系列主板
  • UART 接口通信,串口 AT 指令控制,支持多种通信协议和多个云平台
  • 板载 3.7V 锂电池接口及充电电路,可外接可充电锂电池实现外部供电,支持边充边放
  • 板载 2 个 LED 指示灯,方便查看模块运行状态
  • 板载 nano SIM 卡槽,国内支持电信/联通/移动的 NB-IoT 专用卡
  • 提供完善的配套资料手册 (MicroPython 示例程序和使用手册等)

产品参数

通信参数

支持频段

LTE-FDD:B1/B3/B5/B8

数据传输

≤26.15kbps(DL),≤62.5kbps(UL)

通信接口

UART

通信波特率

300bps~921600bps (默认 115200bps)

通信协议

TCP/UDP/HTTP/HTTPS/MQTT/LWM2M
/COAP/TLS/DTLS/DNS/NTP

适用地区

中国

工作参数

供电方式

通过锂电池接口或 Raspberry Pi Pico 的 USB 口

锂电池接口

3.7V ~ 4.2V

逻辑电平

3.3V

单模组耗流

空闲模式:5.6mA
休眠模式:0.4mA
PSM 模式:3.4uA

产品尺寸

73.5 × 24.00mm

接口定义

产品尺寸

示例演示

HTTP

在本实例中,Raspberry Pico通过NB-IoT连接上互联网,通过HTTP GET获取到 获取到天气网站的天气信息,同时把 Pico 上的温度信息 通过HTTP POST 推送到服务器上。
用户可以通过网页访问,查看实时上传的数据。大致的软件示意图如下所示:

硬件准备

按下图所示,把Pico-SIM7020X-NB-IoT模块焊接上排座或排针,然后接入Pico主板、电池、天线和NB-IoT卡:

服务器网页部署

以 http://pico.wiki/esp-chart.php 为例。其软件框图大致如下图所示:
 
1、服务器搭建php,mysql等环境,创建数据库文件,比如:

  • 数据库:example_esp_data
  • 密码:your_password
  • 用户名:your_username
  • 创建数据库表:
  1. CREATE TABLE Sensor (
  2. id INT(6) UNSIGNED AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
  3. value1 VARCHAR(10),
  4. value2 VARCHAR(10),
  5. value3 VARCHAR(10),
  6. reading_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP)

2、服务器端的php示例文件,有post-data.php 和 esp-chart.php

  • post-data.php:HTTP POST的API接口,SIM7020X模块可以通过调用此API接口,往服务器POST数据。
  • esp-chart.php:用户端访问的网页,可通过此页面获取到SIM7020X上传的最新数据,并通过图表展示出来。

Pico端软件设置

1、参考教程:Template:Raspberry Pi Pico Quick Start 选择在 Windows 或 树莓派 系统下运行MicroPython开发环境 
(推荐选用Windows 开发环境,下文以Windows开发环境为例)。 2、下载Python例程:Pico-SIM7020X-NB-loT-HTTP.py ,代码部分预览如下:

  • HTTP GET部分:
  1. def httpGetTest():
  2. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPCREATE=\"http://api.seniverse.com\"") #Create HTTP host instance
  3. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPCON=0") #Connect server
  4. sendCMD_waitRespLine("AT+CHTTPSEND=0,0,\"/v3/weather/now.json?key=SwwwfskBjB6fHVRon&location=shenzhen&language=en&unit=c\"") #send HTTP request
  5. waitResp()
  6. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPDISCON=0") #Disconnected from server
  7. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPDESTROY=0") #Destroy HTTP instance
  • HTTP POST部分:
  1. def httpPostTest():
  2. global i
  3. i=i+1
  4. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPCREATE=\"http://pico.wiki/post-data.php\"") #Create HTTP host instance
  5. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPCON=0") #Connect server
  6. sendCMD_waitRespLine("AT+CHTTPSEND=0,1,\"/post-data.php\",4163636570743a202a2f2a0d0a436f6e6e656374696f6e3a204b6565702d416c6976650d0a557365722d4167656e743a2053494d434f4d5f4d4f44554c450d0a,\"application/x-www-form-urlencoded\","+str_to_hexStr("api_key=tPmAT5Ab3j888&value1="+str(temperature)+"&value2="+str(ADC0_reading)+"&value3="+str(i))) #send HTTP request
  7. waitResp()
  8. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPDISCON=0") #Disconnected from server
  9. sendCMD_waitResp("AT+CHTTPDESTROY=0") #Destroy HTTP instance

更多关于SIM7020X模组HTTP应用文档内容,请见:SIM7020_Series_HTTP_Application_Note_V1.02.pdf

3、把连接好 Pico-SIM7020X-NB-IoT 模块的Pico主板,通过USB连接到电脑上。

  • 运行Thonny软件,选择MicroPython(Raspberry Pi Pico),打开示例程序的路径。
  • 先点击Stop(序号1),最后点击Run(序号2)按钮,开始运行程序,可通过Shell窗口(序号3)查看运行结果,如下图所示:

4、你可以通过Thonny软件查看、修改、或者运行调试代码。

  • 如果代码最终敲定,想要脱机自动运行的话,可以选择 File -> Save as -> Raspberry Pi Pico,另存为 main.py。
    Pico-Save-as-main py.png

运行现象

运行Pico-SIM7020X-NB-loT-HTTP.py,则Pico可以开始通过HTTP GET 天气网站的天气信息,同时可以将Pico主板上的温度通过HTTP POST到pico.wiki上。
此时,我们通过网页访问http://pico.wiki/esp-chart.php,网页可以以图表的形式直接展示出实时上传的数据。如下图所示:

TCP

实例说明

该例程展示了Raspberry Pico如何通过NB-IoT网络创建TCP客户端连接远端的服务器,向服务器发送请求。本示例采用的是测试的TCP服务器,该服务器会返回您发送过去的信息。
SIM7020 TCPIP 支持多路 client 和一路 TCP server 架构,共支持 6 路 sockets,包括 TCP 或者 UDP。

代码简析

  • 定义TCP服务器IP及端口
  1. ServerIP = '118.190.93.84'
  2. Port = '2317'
  • Pico-SIM7020C-NB-IoT模块联网测试
  1. #AT commands test
  2. def atCommandTest():
  3. sendCMD_waitRespLine("AT") #Test connection
  4. sendCMD_waitRespLine("ATE1") #Set command echo mode
  5. sendCMD_waitRespLine("AT+CGMM")
  6. sendCMD_waitRespLine("AT+CPIN?") #whether some password is required or not
  7. sendCMD_waitRespLine("AT+CSQ") #received signal strength
  8. sendCMD_waitRespLine("AT+CGREG?") #the registration of the ME.
  9. sendCMD_waitRespLine("AT+CGATT?") #GPRS Service’s status
  10. sendCMD_waitRespLine("AT+CGACT?") #PDN active status
  11. sendCMD_waitRespLine("AT+COPS?") #Query Network information
  12. sendCMD_waitRespLine("AT+CGCONTRDP") #Attached PS domain and got IP address automatically
  • 向TCP服务器发送请求
  1. def tcpclientTest():
  2. sendCMD_waitRespLine("AT+CSOC=1,1,1") #create TCP socket
  3. sendCMD_waitRespLine("AT+CSOCON=0,"+Port+",\""+ServerIP+"\"") #socket_id = 0,connect TCP server
  4. sendCMD_waitRespLine("AT+CSOSEND=0,0,\"Hello,World\"") #send TCP data
  5. sendCMD_waitRespLine("AT+CSOCL=0") #close TCP socket
  • 当接收到服务器返回的数据需要对十六进制的字符串进行转换
  1. if send_data in uart.readline().decode():
  2. print((uart.readline()).decode())
  3. print((uart.readline()).decode())
  4. word = (uart.readline()).decode().split(',') #hexStr_to_str
  5. get_word = word[2].split('\r')
  6. word[2] = hexStr_to_str(get_word[0])
  7. print(word[0]+','+word[1]+','+word[2])

运行现象

运行Pico-SIM7020X-NB-loT-TCP.py,向TCP服务器发送"Hello,World"字符串,同时服务器也会向您发送同样的字符串。 

MQTT

实例说明

该示例展示了Raspberry Pico如何通过NB-IoT网络发送MQTT请求,连接到阿里云MQTT服务器,订阅一个话题并向这个话题发布一则消息。 

代码简析

  • 定义MQTT服务器设备信息
  1. ProductKey = "a1IBIPnZU9G"
  2. Broker_Address = ProductKey + ".iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"
  3. DeviceName = "7020"
  4. DeviceSecret = "8e870f4e611d3e4c2b8f9f017e6a88ab"
  • 测试MQTT通信功能
  1. # MQTT Test
  2. def mqttconnectTest():
  3. sendCMD_waitRespLine("AT+CMQNEW="+"\""+Broker_Address+"\""+",\"1883\",12000,1024") #create tcp connection
  4. sendCMD_waitRespLine("AT+CMQALICFG=0,\""+ProductKey+"\",\""+DeviceName+"\",\""+DeviceSecret+"\"") #set device parameters
  5. sendCMD_waitRespLine("AT+CMQALICON=0,600,1") # send MQTT request
  6. time.sleep(3)
  7. sendCMD_waitRespLine("AT+CMQSUB=0,\"/"+ProductKey+"/"+DeviceName+"/"+"user/TEST1\",1") # subscribe to topics
  8. time.sleep(3)
  9. sendCMD_waitRespLine("AT+CMQPUB=0,\"/"+ProductKey+"/"+DeviceName+"/user/TEST1\",1,0,0,16,\"3132333435363738\"") # release the news
  10. time.sleep(3)
  11. sendCMD_waitRespLine("AT+CMQUNSUB=0,\"/"+ProductKey+"/"+DeviceName+"/user/TEST1\"") # unsubscribe topic
  12. time.sleep(3)
  13. sendCMD_waitRespLine("AT+CMQDISCON=0") # disconnect MQTT connection

搭建阿里云MQTT服务器

1. 进入阿里云物联网平台,如果还没有购买的需要购买一下产品,企业版首月免费。
2.创建产品


点击ok,选择Add Device
3.设置DeviceName,完成之后查看设备,查看设备的DeivceSecret,将这些值更改到MQTT代码对于的值中


4.注册话题,点击Products-->查看7020_test-->Topic Categories-->Edit Topic Category-->选择Publish and Subscribe

运行现象

运行Pico-SIM7020X-NB-loT-MQTT.py,可以看到您订阅了一个话题,然后向该话题发布一则消息时,服务器会向您推送这一则消息。

同时您可以在设备列表中看到订阅到的话题