在当今万物互联的时代背景下,物联网技术的快速发展极大地推动了智能化社会的构建。作为其中的关键一环,设备与云端平台之间的通信变得尤为重要。本文介绍如何在Linux操作系统环境下,利用串口通信来实现EC20模块与华为云物联网平台的有效连接。使用Linux下的/dev/ttyUSB0设备文件通过AT指令来配置EC20模块,采用C语言和Python这两种编程语言实现这一过程。
EC20 是Quectel 生产的 4G LTE 模块。是一个多功能的通信模块,广泛应用于各种 IoT(物联网)设备中,提供了可靠的无线通信能力。EC20 支持 LTE FDD、LTE TDD、WCDMA 和 GSM 网络,能够实现高速的数据传输和稳定的语音通信。
EC20 模块支持全球主要的频段,使其能够在多个国家和地区的网络环境中正常工作。它能够提供最高达 150 Mbps 的下行速率和 50 Mbps 的上行速率,这使得它非常适合需要高带宽的应用场景,如视频流、远程监控和数据传输。
该模块具有强大的数据通信能力,包括支持 TCP/IP 和 UDP 协议的网络连接。EC20 还支持各种 AT 命令,通过这些命令用户可以控制模块的操作,配置网络设置,发送和接收数据。其内置的网络协议栈使得模块可以直接进行 MQTT、HTTP、FTP 等网络协议的通信,为开发者提供了极大的便利。
除了数据通信功能,EC20 模块还支持语音通话和短信功能。这使得它不仅可以用于数据传输,还可以作为语音通信解决方案。通过 AT 命令,用户可以方便地进行拨打和接听电话,发送和接收短信,满足不同应用场景的需求。
在电源管理方面,EC20 模块具有低功耗模式,能够有效地延长设备的电池寿命。它支持多种电源管理功能,包括睡眠模式和省电模式,使得它在不使用的时候能够降低功耗,减少能量消耗。
模块的物理接口包括多个 UART 串口、USB 接口和 GPIO 引脚,这些接口允许模块与其他硬件进行连接。通过这些接口,用户可以实现串口通信、USB 数据传输以及各种数字信号的输入输出,提供了高度的灵活性和可扩展性。
在设计和生产方面,EC20 模块遵循了工业标准,确保其在各种恶劣环境下的可靠性。它的设计小巧且坚固,适合嵌入到各种嵌入式系统和终端设备中。Quectel 提供了详细的技术文档和开发工具,帮助开发者快速集成和部署模块。
下面是我的华为云物联网服务器设备信息。
关于创建过程,可以看视频:https://www.bilibili.com/video/BV1mr421c75S
IP地址:117.78.5.125
端口号:1883
ClientId 64000697352830580e48df07_dev1_0_0_2023030206
Username 64000697352830580e48df07_dev1
Password a695af9883c5d0e3817bc6971beeecadf8c7c595677c461b1fe75882ed2bf449
订阅主题:$oc/devices/64000697352830580e48df07_dev1/sys/messages/down
发布主题:$oc/devices/64000697352830580e48df07_dev1/sys/properties/report
发布的消息:{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":18,"DHT11_H":80,"MQ2":1,"water":1,"flame":1,"light":0,"LED1":0,"LED2":0,"LED3":0}}]}
本小节介绍 通过串口 /dev/ttyUSB0 发送 AT 指令以控制 EC20 模块连接华为云物联网平台,并完成 MQTT 通信,使用 Python 脚本实现。
AT 指令:
下面是实现代码,展示了如何用 Python 通过串口发送 AT 指令来配置 EC20 模块并连接到华为云物联网平台:
# -*- coding: utf-8 -*-
import serial
import time
# 串口配置
SERIAL_PORT = '/dev/ttyUSB0'
BAUDRATE = 115200
TIMEOUT = 1
# MQTT 服务器信息
MQTT_SERVER_IP = '117.78.5.125'
MQTT_SERVER_PORT = '1883'
MQTT_CLIENT_ID = '64000697352830580e48df07_dev1_0_0_2023030206'
MQTT_USERNAME = '64000697352830580e48df07_dev1'
MQTT_PASSWORD = 'a695af9883c5d0e3817bc6971beeecadf8c7c595677c461b1fe75882ed2bf449'
# 发布的消息
PUBLISH_MESSAGE = '{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":18,"DHT11_H":80,"MQ2":1,"water":1,"flame":1,"light":0,"LED1":0,"LED2":0,"LED3":0}}]}'
# 发送 AT 指令并获取响应
def send_at_command(serial_conn, command, response_termination='OK', delay=1):
print(f"Sending command: {command}")
serial_conn.write((command + '\r\n').encode())
time.sleep(delay)
response = serial_conn.read(serial_conn.inWaiting()).decode()
print(f"Response: {response}")
if response_termination and response_termination not in response:
raise Exception(f"Unexpected response: {response}")
return response
def main():
# 打开串口连接
with serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUDRATE, timeout=TIMEOUT) as ser:
try:
# 重启模块
send_at_command(ser, 'AT+RST')
# 设置工作模式为数据模式
send_at_command(ser, 'AT+CSIM=1')
# 连接到 MQTT 服务器
send_at_command(ser, f'AT+QMTOPEN=0,"{MQTT_SERVER_IP}",{MQTT_SERVER_PORT}')
send_at_command(ser, 'AT+QMTCONN=0,"{MQTT_CLIENT_ID}","{MQTT_USERNAME}","{MQTT_PASSWORD}"')
time.sleep(5) # 等待连接
# 订阅主题
send_at_command(ser, 'AT+QMTSUB=0,0,"$oc/devices/64000697352830580e48df07_dev1/sys/messages/down",1')
# 发布消息
send_at_command(ser, f'AT+QMTPUB=0,0,0,0,"$oc/devices/64000697352830580e48df07_dev1/sys/properties/report",{PUBLISH_MESSAGE}')
except Exception as e:
print(f"An error occurred: {e}")
if __name__ == "__main__":
main()
运行命令:
root@flexusx-1a58:~# python3 mqtt_connect.py
本小节介绍 用 C 语言实现通过串口发送 AT 指令来控制 EC20 模块并完成 MQTT 通信。
下面是实现代码,通过串口配置 EC20 模块并连接到 MQTT 服务器:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <errno.h>
#define SERIAL_PORT "/dev/ttyUSB0"
#define BAUDRATE B115200
int setup_serial_port(const char *port) {
int fd = open(port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) {
perror("open");
exit(EXIT_FAILURE);
}
struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);
cfsetispeed(&options, BAUDRATE);
cfsetospeed(&options, BAUDRATE);
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
options.c_cflag &= ~PARENB;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
return fd;
}
void send_at_command(int fd, const char *command) {
write(fd, command, strlen(command));
write(fd, "\r\n", 2);
usleep(100000); // Wait for 100ms for the module to respond
char response[256];
int n = read(fd, response, sizeof(response) - 1);
if (n > 0) {
response[n] = '\0';
printf("Response: %s\n", response);
} else {
printf("No response or read error.\n");
}
}
int main() {
int fd = setup_serial_port(SERIAL_PORT);
// 1. Reset the module
send_at_command(fd, "AT+RST");
// 2. Connect to MQTT server
char command[300];
snprintf(command, sizeof(command), "AT+QMTOPEN=0,\"%s\",%d", "117.78.5.125", 1883);
send_at_command(fd, command);
snprintf(command, sizeof(command), "AT+QMTCONN=0,\"%s\",\"%s\",\"%s\"",
"64000697352830580e48df07_dev1_0_0_2023030206",
"64000697352830580e48df07_dev1",
"a695af9883c5d0e3817bc6971beeecadf8c7c595677c461b1fe75882ed2bf449");
send_at_command(fd, command);
usleep(5000000); // Wait 5 seconds for connection to establish
// 3. Subscribe to a topic
send_at_command(fd, "AT+QMTSUB=0,0,\"$oc/devices/64000697352830580e48df07_dev1/sys/messages/down\",1");
// 4. Publish a message
sprintf(command, "AT+QMTPUB=0,0,0,0,\"$oc/devices/64000697352830580e48df07_dev1/sys/properties/report\",\"{\\\"services\\\": [{\\\"service_id\\\": \\\"stm32\\\",\\\"properties\\\":{\\\"DHT11_T\\\":18,\\\"DHT11_H\\\":80,\\\"MQ2\\\":1,\\\"water\\\":1,\\\"flame\\\":1,\\\"light\\\":0,\\\"LED1\\\":0,\\\"LED2\\\":0,\\\"LED3\\\":0}}]}\"");
send_at_command(fd, command);
close(fd);
return 0;
}
编译运行:
root@flexusx-1a58:~# gcc mqtt_connect.c
root@flexusx-1a58:~# ./a.out
在与硬件通信之前,可以先建立一个虚拟串口测试一下。
创建一个虚拟的串口设备 /dev/ttyUSB0 主要有两种方式:使用 socat 工具创建虚拟串口对(虚拟串口设备),或者使用 tty0tty 驱动来创建虚拟串口对。
socat 是一个强大的网络工具,可以创建虚拟串口设备。下面是如何使用 socat 创建两个虚拟串口对:
sudo apt-get install socat
socat -d -d PTY,link=/dev/ttyV0,raw,echo=0 PTY,link=/dev/ttyV1,raw,echo=0
这将创建两个虚拟串口设备 /dev/ttyV0 和 /dev/ttyV1,它们会像物理串口一样工作,可以在程序中使用它们进行测试。tty0tty 是一个内核模块,用于创建虚拟串口对。
以下是如何安装和使用 tty0tty:
sudo apt-get install build-essential linux-headers-$(uname -r)
git clone https://github.com/ntop/tty0tty.git
cd tty0tty
make
sudo make install
sudo depmod -a
sudo modprobe tty0tty
这将创建虚拟串口设备 /dev/ttyt0 和 /dev/ttyt1。假设已经创建了 /dev/ttyV0 和 /dev/ttyV1(使用 socat),可以在 Python 中使用这些虚拟串口设备进行测试。例如:
import serial
# 打开虚拟串口
ser1 = serial.Serial('/dev/ttyV0', 115200, timeout=1)
ser2 = serial.Serial('/dev/ttyV1', 115200, timeout=1)
# 发送数据
ser1.write(b'Hello, world!\n')
# 读取数据
response = ser2.readline()
print('Received:', response.decode('utf-8'))
# 关闭串口
ser1.close()
ser2.close()