MQTT應用：Air780EP低功耗4G模組AT開發

电子老师傅發表於2024-10-16
MQQTAI

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終於要講一講MQTT應用！

本文應各位大佬邀請，詳細講解Air780EP模組MQTT應用的多個AT命令。

Air780EP是低功耗4G模組之一，支援全系列的AT指令以及LuatOS指令碼二次開發。

一、準備工作

圖片​

MQTT應用：Air780EP低功耗4G模組AT開發

1.1 硬體準備

  • 合宙EVB_Air780EP開發板一套，包括天線、SIM卡；

  • USB線

  • PC電腦

1.2 軟體準備

  • 串列埠除錯工具
    如果沒有準備，推薦使用LLCOM：

  • AT韌體下載

進入AT韌體頁面按下Ctrl+F，搜尋AirM2M_780EP_LTE_AT，即可找到Air780EP模組所使用的AT韌體。

本文示例為：
AirM2M_780EP_V1007_LTE_AT版本韌體

推薦選用：相關型號韌體名稱後面數字版本號最高的最新relase版本進行除錯。

二、MQTT應用流程

合宙低功耗4G模組支援MQTT和MQTT SSl協議，MQTT應用的基本流程如下：

  1. 如果要支援SSL，配置SSL引數

  2. 透過TCP連線到MQTT伺服器

  3. 傳送MQTT CONNECT到伺服器，開啟會話連線

  4. 訂閱或者釋出訊息

三、MQTT釋出訊息

先來看個正常情況下的AT命令序列，如果不理解AT命令含義，請自行參考AT手冊。

AT指令手冊下載連結：
https://doc.openluat.com/article/4985

AT+CPIN?
+CPIN: READY //查詢sim卡是否正常
OK
AT+CGATT?
+CGATT: 1
//查詢是否附著上資料網路，如果返回+CGATT: 0表示未附著上
OK
AT+MCONFIG="866289037465624","user","password"
OK
AT+MIPSTART="lbsmqtt.airm2m.com","1884"
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
OK
CONNACK OKAT+MSUB="mqtt/sub_topic",0
OK
SUBACK
AT+MPUB="mqtt/pub_topic",0,0,"publish 0 payload"
OK
AT+MPUB="mqtt/pub_topic",1,0,"publish 1 payload"
OK
PUBACK
AT+MPUB="mqtt/pub_topic",2,0,"publish 2 payload"
OK
PUBREC
PUBCOMP

釋出訊息示例演示效果：

圖片​

MQTT應用：Air780EP低功耗4G模組AT開發

圖片​

MQTT應用：Air780EP低功耗4G模組AT開發

相關注意事項：

01. 傳送MIPSTART命令

收到OK僅僅表示4G模組開始處理這條命令，並不表示TCP已經連線成功；只有收到CONNECT OK才是成功的應答（其餘錯誤應答，參考AT手冊）。

02. 傳送MCONNECT命令

收到OK僅僅表示4G模組開始處理這條命令，並不表示MQTT已經連線成功；只有收到CONNACK OK才是成功的應答（其餘錯誤應答，參考AT手冊）。

03. 傳送MSUB命令

收到OK僅僅表示4G模組開始處理這條命令，並不表示MQTT已經訂閱成功；只有收到SUBACK才是成功的應答（其餘錯誤應答，參考AT手冊）。

04. 傳送MPUB命令

如果QOS不是0，則收到OK僅僅表示4G模組開始處理這條命令，並不表示MQTT已經發布成功；只有收到PUBACK（QOS為1時）或者PUBCOMP（QOS為2時）才是成功的應答（其餘錯誤應答，參考AT手冊）。

四、MQTT接收訊息

先來看下接收到訂閱訊息時的AT命令處理序列，如果不理解AT命令含義，請自行參考AT手冊。

AT指令手冊下載連結：
https://doc.openluat.com/article/4985

AT+MCONFIG="866289037465624","user","password"
OK
AT+MIPSTART="lbsmqtt.airm2m.com","1884"
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
OK
CONNACK OK
AT+MSUB="mqtt/sub_topic",0
OK
SUBACK
AT+MPUB="mqtt/sub_topic",0,0,"123456"
//在mqtt/sub_topic上收到訂閱訊息，payload為123456
//預設是直接輸出收到的訂閱訊息，不做快取
+MSUB: "mqtt/sub_topic",6 byte,123456
//設定訂閱訊息的處理模式，設定為快取模式
//接下來收到訂閱訊息時，會提示訂閱訊息的快取位置
AT+MQTTMSGSET=1
OK
//在mqtt/sub_topic上收到一條訂閱訊息，快取到位置0
+MSUB: 0
//主動讀取快取的所有訂閱訊息
AT+MQTTMSGGET
+MSUB:mqtt/sub_topic,6 byte,123456
OK
//在mqtt/sub_topic上收到一條訂閱訊息，快取到位置0
+MSUB: 0
//在mqtt/sub_topic上收到一條訂閱訊息，快取到位置1
+MSUB: 1
//主動讀取快取的所有訂閱訊息
AT+MQTTMSGGET
+MSUB:mqtt/sub_topic,6 byte,123456
+MSUB:mqtt/sub_topic,6 byte,123456
OK

接收訊息演示效果：

圖片​

MQTT應用：Air780EP低功耗4G模組AT開發

圖片​

MQTT應用：Air780EP低功耗4G模組AT開發

五、MQTT TCP被動斷開

先來看下連線被動斷開時的AT命令處理序列，如果不理解AT命令含義，請自行參考AT手冊：

AT指令手冊下載連結：
https://doc.openluat.com/article/4985

AT+MCONFIG="866289037465624","user","password"
OK
AT+MIPSTART="lbsmqtt.airm2m.com","1884"
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
OK
CONNACK OK
CLOSED //此處TCP連線被動斷開
AT+MIPCLOSE
+CME ERROR: 767
//此處無論返回OK、ERROR還是CMEERROR，都直接跳過，不用做正確性判斷
AT+MCONFIG="866289037465624","user","password"
OK
AT+MIPSTART="lbsmqtt.airm2m.com","1884"
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
OK
CONNACK OK

六、MQTT PDP被動去啟用

先來看下PDP被動去啟用時的AT命令處理序列，如果不理解AT命令含義，請自行參考AT手冊。

AT指令手冊下載連結：
https://doc.openluat.com/article/4985

AT+MCONFIG="866289037465624","user","password"
OK
AT+MIPSTART="lbsmqtt.airm2m.com","1884"
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
OK
CONNACK OK
+CGEV: NW PDN DEACT 1
//此處PDP被動去啟用
AT+MIPCLOSE
OK
//此處無論返回OK、ERROR還是CME ERROR，都直接跳過，不用做正確性判斷
AT+MCONFIG="866289037465624","user","password"
OK
AT+MIPSTART="lbsmqtt.airm2m.com","1884"
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
OK
CONNACK OK

七、SSL帶證書驗證流程【單向認證】

先來看下SSL帶證書驗證（單向認證）時的AT命令處理序列，如果不理解AT命令含義，請自行參考AT手冊。

AT指令手冊下載連結：
https://doc.openluat.com/article/4985

AT+CGATT?
+CGATT: 1
OK
AT+FSCREATE="ca.crt"//建立CA證書檔案
OK
AT+FSWRITE="ca.crt",0,1212,15
//1212是證書檔案長度，15為超時時間，這裡是舉例說明，請填入實際資料，不要照抄 >
//此處填寫證書資料
OK
AT+SSLCFG="cacert",88,"ca.crt"
//設定CA證書檔案為ca.crt
OK
AT+SSLCFG="seclevel",88,1
//1表示設定認證模式為只對伺服器認證
OK
AT+MCONFIG="868488076506128","user","password"
//這三個引數可以不加雙引號，第一個引數需要開發者自己設定
//後兩個引數可以不填，格式為:
AT+MCONFIG="868488076506128","",""
OK
AT+SSLMIPSTART="airtest.openluat.com",8883
//開發者請修改為自己的伺服器地址和埠
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
//在MIPSTART返回CONNECT OK後才能發MCONNECT命令
//而且要立即發，否則會被伺服器踢掉
OK
CONNACK OK
--後面釋出和接收與前面一樣，直接參考

八、SSL帶證書驗證流程【雙向認證】

先來看下SSL帶證書驗證（雙向認證）時的AT命令處理序列，如果不理解AT命令含義，請自行參考AT手冊。

AT指令手冊下載連結：
https://doc.openluat.com/article/4985

AT+CGATT?
+CGATT: 1
OK
AT+FSCREATE="ca.crt" //建立CA證書檔案
OK
AT+FSWRITE="ca.crt",0,1212,15
//1212是證書檔案長度，15為超時時間，這裡是舉例說明，請填入實際資料，不要照抄 >
//此處填寫證書資料
OK
AT+FSCREATE="client.crt"
//建立客戶端證書檔案
OK
AT+FSWRITE="client.crt",0,1127,15 >
//此處填寫證書資料
OK
AT+FSCREATE="client.key"
//建立客戶端key檔案
OK
AT+FSWRITE="client.key",0,1679,15 >
//此處填寫證書資料
OK
AT+SSLCFG="cacert",88,"ca.crt"
//設定CA證書檔案為ca.crt
OK
AT+SSLCFG="clientcert",88,"client.crt"
//設定客戶端證書檔案為client.crt
OK
AT+SSLCFG="clientkey",88,"client.key"
//設定客戶端金鑰檔案為client.key
OK
AT+SSLCFG="seclevel",88,2
//設定認證模式為雙向認證
OK
AT+MCONFIG="868488076506128","user","password"
//這三個引數可以不加雙引號，第一個引數需要開發者自己設定
//後兩個引數可以不填，格式為:
AT+MCONFIG="868488076506128","",""
OK
AT+SSLMIPSTART="airtest.openluat.com",8883
//開發者請修改為自己的伺服器地址和埠
OK
CONNECT OK
AT+MCONNECT=1,60
//在MIPSTART返回CONNECT OK後才能發MCONNECT命令
//而且要立即發，否則會被伺服器踢掉
OK
CONNACK OK
--後面釋出和接收與前面一樣，直接參考

九、常見問題Q&A

以下針對客戶朋友們實際應用中的反饋，整理了MQTT應用中的常見問題：

01. MQTT支援多連線嗎？

目前MQTT僅支援單連線，不支援多連線。

02. MQTT的遺囑如何使用？

透過AT+MCONFIG命令可以設定遺囑的qos、retain標誌、topic、payload。

在如下（包含但不僅限於）情況下，伺服器會主動釋出遺囑訊息到訂閱的客戶端：

  • 模組和伺服器通訊異常（例如：模組突然關機、模組進入了一個沒有網路訊號的環境等）超過1.5倍（一般是1.5倍，但不排除伺服器可以修改這個時間）的keep alive時間（可以透過AT+MCONNECT設定keep alive時間）；

  • 模組主動執行AT+MDISCONNECT，或者AT+MIPCLOSE。

曾經有使用者碰到過如下問題：

模組設定了遺囑topic為/will_topic，遺囑payload為offline，keep alive時間為5分鐘，模組關機後，等待2分鐘。

在等待的2分鐘內，其他訂閱了/will_topic的客戶端沒有收到遺囑訊息（這是正常的，因為還沒有到達1.5倍的keep alive時間）。

2分鐘後，模組開機MQTT重連成功後，其他客戶端卻收到了遺囑訊息。這是什麼原因呢？

這部分機制是伺服器端設計的，和模組無關。個人認為：伺服器端仍然在維持2分鐘前的那個MQTT連線，現在模組開機，用同樣的client id重連後，會斷開之前維護的相同client id的MQTT連線。斷開時，就釋出了一次遺囑訊息。

那這種問題，如何解決呢？

模組可以在AT+MCONNECT返回CONNACK OK之後，透過AT+MPUB一個topic為/will_topic，payload為online的訊息，這樣訂閱了遺囑topic的其他客戶端，就會收到這個online訊息。

03. 重試多次PDP，MQTT應用一直連線失敗？

如果重試多次PDP啟用，PDP一直啟用失敗，或者MQTT一直連線失敗，則嘗試使用如下手段恢復：

  • 使用RESET引腳復位模組；

  • 極端情況下，直接給模組斷電，再上電，POWER KEY引腳拉低開機。

04. MPUB命令中，payload包含"如何傳送？

  • 訊息中內嵌的雙引號請用\22表達；

  • 控制字元 \r(0x0D)請用\0D表達；

  • 控制字元\n(0x0A)請用\0A表達；

  • 如果是MCU發訊息，請用\\22，\\0D，\\0A來表達，即\需要轉義成\\。

05. 連線伺服器失敗

  • 檢查模組訊號、網路註冊、網路附著、PDP啟用狀態；

  • 檢查SIM卡是否欠費；

  • 使用mqtt.fx，連線伺服器確認是否可以連線成功，排除伺服器故障；

  • 部分國外的開源專案提供免費的MQTT代理伺服器，因為網路的原因，國記憶體在嚴重的延遲或者丟包現象，導致程式執行出現問題，此現象在AT開發時影響嚴重；

  • 確認是不是域名解析失敗導致，可以透過AT+CDNSGIP=確認域名是否能正常解析（注意：該命令只有在執行完at+cstt、at+ciicr、at+cifsr後才能正常工作）。

    如不能正常解析，可以透過AT+CDNSCFG=ip1,ip2設定域名解析伺服器。

  • 在MIPSTART /SSLMIPSTART返回CONNECT OK後，才能發MCONNECT命令，而且要立即發，否則會被伺服器踢掉。

06. 資料接收快取問題

不快取：

透過AT+MQTTMSGSET=0設定；收到訂閱的publish報文後，立即透過AT口輸出主題、payload長度、payload內容，每個報文中支援的payload內容最長4100位元組。

記憶體快取：

透過AT+MQTTMSGSET=1設定；記憶體中有一個快取表，一條訊息最多4kb，最多支援快取4條publish報文；收到訂閱的publish報文後，插入緩衝表中的空閒位置，然後透過AT口輸出儲存位置；快取表滿之後，新收到的publish報文會覆蓋最舊的publish報文。

注意事項：

快取表位於記憶體中，斷電或者重啟後，快取表中的資料會被清空；建議收到資料時，透過AT+MQTTMSGGET及時讀取出來，以防緩衝區滿覆蓋丟失資料。

07. 資料傳送問題

AT+MPUB最大publish 4100位元組,AT+MPUBEX長度取值範圍1-4100。

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