ESP32移植Openharmony外设篇（9）NB-IOT

电子小子洋酱2025-02-28 13:43

NB-IOT（窄带物联网）

模块介绍

NB-IoT（Narrowband Internet of Things）是一种低功耗广域物联网（LPWAN）技术，专为低功耗、低数据速率和大规模连接的物联网应用而设计。它采用窄带宽信道和低复杂度的调制方案，以实现长距离传输、室内外覆盖范围广和强鲁棒性等特点。

技术原理

NB-IoT是在LTE（Long Term Evolution）技术标准下的一种窄带物联网技术，它利用LTE网络的空闲资源，在现有LTE基础设施上进行部署，提供一种低功耗、长距离通信的解决方案。

NB-IoT采用窄带信道，每个信道带宽只有180 kHz，使其能够更好地穿透建筑物和障碍物，提供广阔的覆盖范围。

NB-IoT采用低复杂度的调制和编码方案，以降低终端设备的功耗，并支持大规模连接，可以同时连接大量的设备。

特点和优势

  • 低功耗：NB-IoT在待机和通信状态下都具有低功耗特性，可以延长设备的电池寿命。
  • 长距离传输：NB-IoT具有良好的传输性能，可以在长距离范围内进行通信，适用于广域覆盖的应用场景。
  • 室内外覆盖广：NB-IoT信号穿透能力强，可以有效地覆盖室内和室外环境，为物联网应用提供全面的覆盖。
  • 低成本：由于NB-IoT利用现有的LTE基础设施进行部署，无需建立单独的物联网网络，降低了网络部署和运营成本。
  • 大规模连接：NB-IoT支持大规模设备连接，每个基站可以同时处理大量的设备连接请求，适用于物联网中大量设备的应用场景。

应用领域

  • 城市智能化：NB-IoT可应用于智慧城市项目，如智能照明、智能交通、智能停车等。
  • 工业自动化：NB-IoT可用于监测和控制工业设备、机器健康监测、环境监测等。
  • 农业和环境监测：NB-IoT可用于农业领域的土壤湿度监测、气象数据收集、农作物灌溉控制等，以及环境监测领域的空气质量监测、水质监测等。
  • 物流和供应链管理：NB-IoT可以用于物流跟踪和监控，实现货物的追踪、温湿度监测、运输过程中的安全监控等。
  • 智能电表和能源管理：NB-IoT可用于智能电表的远程抄表和能源消耗监测，提供精确的用电数据和能源管理功能。
  • 健康医疗：NB-IoT可以应用于健康监测设备，如远程心率监测、血压监测等，实现远程医疗和健康管理。
  • 安全监控：NB-IoT可用于安防监控系统，如远程视频监控、智能门禁等，实现安全监控和报警功能。

原理图

我们这里通过使用AT指令集来控制NBIOT模块连接公网的TCP服务器

这里推荐一个免费的公网测试服务器：TCP服务端调试

我们使用的NBIOT模块是果云科技的GA7，相关AT指令集在网上能搜到，我们这里给出几个比较常见的AT指令

常见AT指令

  1. 命令回显
  1. 网络注册
  1. 获取信号质量
  1. 设置当前日期和时间
  1. 设置通讯波特率
  1. 指示sim卡状态
  1. 创建SOCKET套接字
  1. 连接远程服务器
  1. 发送数据
  1. 接收数据

参考代码

BUILD.gn

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# Copyright (c) 2022 Hunan OpenValley Digital Industry Development Co., Ltd.
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
#     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.

import("//kernel/liteos_m/liteos.gni")
module_name = get_path_info(rebase_path("."), "name")
kernel_module(module_name){
    sources = [
        "uart_example.c",
    ]
    include_dirs = [
        "//drivers/hdf_core/framework/include/platform/",
        "//drivers/hdf_core/framework/include/utils/",
        "//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/uart",
        "//drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos_m/osal/include/",
        "//drivers/hdf_core/framework/include/core/",
        "//drivers/hdf_core/framework/include/osal/",
        "//device/soc/esp/esp32/components/driver/include",
        "//device/soc/esp/esp32/components/esp_adc_cal/include",
        "//device/soc/esp/esp32/components/driver/esp32/include",
    ]
}

uart_example.c

复制代码 
/*
 * Copyright (c) 2022 Hunan OpenValley Digital Industry Development Co., Ltd.
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

#include <stdio.h>
#include "cmsis_os2.h"
#include "ohos_run.h"
#include <stdio.h>
#include "driver/uart.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "sdkconfig.h"
#include "esp_log.h"

#define SYS_DELAY_TICKS 200
#define TASK_STACK_SIZE 4096
#define TASK_PRIO 25
#define BUFF_MAX_SIZE 128
#define UART_BAUDRATE 115200

#define UART_INDEX 0 // 串口号

osThreadId_t g_taskID = NULL;

// 定义串口的引脚
#define ECHO_TEST_TXD (GPIO_NUM_32)
#define ECHO_TEST_RXD (GPIO_NUM_33)
#define ECHO_TEST_RTS (UART_PIN_NO_CHANGE)
#define ECHO_TEST_CTS (UART_PIN_NO_CHANGE)

#define ECHO_UART_PORT_NUM (UART_NUM_1)
#define ECHO_UART_BAUD_RATE (115200)

#define BUF_SIZE (1024)

static void uart_test(void)
{
    /* Configure parameters of an UART driver,
     * communication pins and install the driver */
    uart_config_t uart_config = {
        .baud_rate = ECHO_UART_BAUD_RATE,
        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,
        .parity = UART_PARITY_DISABLE,
        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,
        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,
    };
    int intr_alloc_flags = 0;

#if CONFIG_UART_ISR_IN_IRAM
    intr_alloc_flags = ESP_INTR_FLAG_IRAM;
#endif

    ESP_ERROR_CHECK(uart_driver_install(ECHO_UART_PORT_NUM, BUF_SIZE, BUF_SIZE, 0, NULL, intr_alloc_flags));
    ESP_ERROR_CHECK(uart_param_config(ECHO_UART_PORT_NUM, &uart_config));
    ESP_ERROR_CHECK(uart_set_pin(ECHO_UART_PORT_NUM, ECHO_TEST_TXD, ECHO_TEST_RXD, ECHO_TEST_RTS, ECHO_TEST_CTS));

    // Configure a temporary buffer for the incoming data
    uint8_t *data = (uint8_t *)malloc(BUF_SIZE);

    printf("start recv nbiot!\n");

    // Write data back to the UART
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, "AT\r\n", strlen("AT\r\n"));

    // Read data from the UART
    int len = uart_read_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, data, (BUF_SIZE - 1), 20 / portTICK_PERIOD_MS);

    if (len)
    {
        data[len] = '\0';
        printf("Recv str: %s\r\n", (char *)data);
    }

    // 取消回显
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, "ATE0\r\n", strlen("ATE0\r\n"));

    // 询问SIM卡激活情况
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, "AT+CPIN?\r\n", strlen("AT+CPIN?\r\n"));
    len = uart_read_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, data, (BUF_SIZE - 1), 20 / portTICK_PERIOD_MS);
    if (len)
    {
        data[len] = '\0';
        printf("%s\r\n", (char *)data);
    }

    // 询问模块注册情况
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, "AT+CREG?\r\n", strlen("AT+CREG?\r\n"));
    len = uart_read_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, data, (BUF_SIZE - 1), 20 / portTICK_PERIOD_MS);
    if (len)
    {
        data[len] = '\0';
        printf("%s\r\n", (char *)data);
    }

    // 此处需要休眠10秒，等待模块初始化完成
    sleep(10);
    // 询问模块注册情况
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, "AT+CREG?\r\n", strlen("AT+CREG?\r\n"));
    len = uart_read_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, data, (BUF_SIZE - 1), 20 / portTICK_PERIOD_MS);
    if (len)
    {
        data[len] = '\0';
        printf("%s\r\n", (char *)data);
    }

    // 创建链接
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, "AT+SKTCREATE=1,1,6\r\n", strlen("AT+SKTCREATE=1,1,6\r\n"));
    // 等待2秒
    sleep(2);
    // 链接到TCP服务器 AT+SKTCONNECT=0,8.135.10.183,31217
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, "AT+SKTCONNECT=0,8.135.10.183,31217\r\n", strlen("AT+SKTCONNECT=0,8.135.10.183,31217\r\n"));
    len = uart_read_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, data, (BUF_SIZE - 1), 20 / portTICK_PERIOD_MS);
    if (len)
    {
        data[len] = '\0';
        printf("%s\r\n", (char *)data);
    }

    // 这里可以接受TCP数据了
    while (1)
    {
        // Read data from the UART
        len = uart_read_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, data, (BUF_SIZE - 1), 20 / portTICK_PERIOD_MS);

        if (len)
        {
            data[len] = '\0';
            printf("Recv str: %s\r\n", (char *)data);
        }
    }

    return;
}

#define AT_CMD_MAX_LEN 256
// TCP发送数据
int send_tcp_message(char *msg)
{
    unsigned char ret;
    char at_sktsend[AT_CMD_MAX_LEN] = {'\0'};
    char hex_str[65] = {'\0'};

    if (msg == NULL)
    {
        return -1;
    }
    ret = str2hex(msg, hex_str, 65);
    if (ret != 1)
    {
        return -2;
    }
    snprintf(at_sktsend, AT_CMD_MAX_LEN, "AT+SKTSEND=0,%d,%s\r\n", strlen(msg), hex_str);
    printf("at_sktsend:%s\r\n", at_sktsend);
    uart_write_bytes(ECHO_UART_PORT_NUM, at_sktsend, strlen(at_sktsend));
}

static void uart_example_task(void)
{
    printf("into uart hdf example!\n");
    osThreadAttr_t attr;
    attr.name = "uart_test";
    attr.attr_bits = 0U;
    attr.cb_mem = NULL;
    attr.cb_size = 0U;
    attr.stack_mem = NULL;
    attr.stack_size = TASK_STACK_SIZE;
    attr.priority = TASK_PRIO;
    g_taskID = osThreadNew((osThreadFunc_t)uart_test, NULL, &attr);
    if (g_taskID == NULL)
    {
        printf("Failed to create Test Uart thread!\n");
    }
}

OHOS_APP_RUN(uart_example_task);

编译并烧录

在源码根目录下使用hb工具对写好的代码进行编译

选择mini级系统

同理 产品选择esp公司下的esp32

选择完毕后在源码根目录下执行hb build -f 进行编译

编译完成后会有如下界面,并且编译后的代码固件位于：out\esp32\esp32

实验现象

按下ESP32开发板上的EN键,即可观察到实验现象:

我们在公网的TCP测试服务器中可以发送测试数据，串口助手中会收到对应的ASCII码：

串口助手打印的提示消息如下：

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