NB-IOT开发实战

一，初识NB-IOT

1,NB-IOT介绍

• NB ----Narrow Band
• IOT —Internet of things
• NB-IOT —窄带物联网

2，物联网发展





广/深覆盖：比GPRS覆盖增强20dB+




低功耗：基于AA电池，使用寿命可超过10年



低成本：终端芯片低至$1


大连接：50K+用户容量*/200kHz小区

应用场景




3，NB-IOT硬件平台介绍（NB-IOT,MCU,传感器，硬件平台）
NB-IOT模块选型：


NB-IOT模块参数：

MCU选型：STM32F051

• ARM Cortex-M0
• 32位低功耗微处理器
• 48MHz工作频率
• 64Kbytes Flash
• 8Kbytes SRAM
• 32pin

MCU性能参数：

LoRa硬件平台介绍–传感器

NB-IOT硬件平台介绍–开发板

开发流程：

4，STM32CubeMX安装及使用
STM32CubeMX简介
微控制器图像化配置
- 自动处理引脚冲突
- 动态设置确定的时钟树
- 可以动态确定参数设置的外围和中间件模式和初始化
- 功耗预测
C代码工程生成器覆盖了STM32微控制器初始化编译软件，如IAR,KEIL,GCC可以独立使用，作为Eclipse插件使用。

HAL库与STD库
STD库–标准外设库
- 寄存器操作，将一些基本的寄存器操作分装成函数
HAL库–硬件抽象库
- 将这些抽象成一个抽象层，从使用的角度来看，是与硬件无关的
HAL库的优势
- HAL库是ST未来主推的库，从2015年开始ST新出的芯片已经没有STD库
- HAL库的处理机制比STD库好很多，HAL库支持STM32全线产品
- HAL库跨芯片的可移植性非常好
STM32CubeMX获取：
官网地址：http://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html
STM32CubeMX安装：

• 安装JAVA运行环境，JavaSetup8u151.exe
• 安装SetupSTM32CubeMX-6.2.0-win,最好不要有中文路径
• 加载“stm32cube_fw_f0_v1112.zip”HAL库到STM32CubeMX中
  STM32CubeMX加载固件库：
  
  
  STM32CubeMX创建工程：File->new project
  
  
  
  
  
  
  配置的最后点击GENERATE CODEG ,生成工程。
  
  创建完成后生成的工程目录：
  
  
  keil5的安装：安装完keil5后–>进行STLlink驱动安装（右击此电脑，选择管理–>选择设备管理器，发现其他设备STM32 STLink—>右击STM32 STLink ，选择更新驱动程序—>选择浏览我的计算机---->点击浏览选择驱动目录，win10系统window8–>完成驱动安装）
  
  安装完keil后，双击pack包，然后关闭keil,在创建好的工程目录下进行入MDK-ARM打开NB-test.uvprojx工程，打开工程后查看STMicrorlectronics是否存在（即包是否安装成功）。
  
  

二，使用NB-IOT模块

1，NB-IOT基础工程搭建
开发板底板原理图：

开发板上NB-IOT核心板原理图：

分析NB-IOT核心板原理，分析一键还原底板原理，建立IO功能映射表。STM32F051K8芯片IO功能映射表：

在STM32CubexMX软件下通过IO功能映射表对硬件端口进行定义：
IO口配置：


时钟的配置：



外设树配置：SPI选择全双工主机模式，USART1选择异步收发模式，USART2选择异步收发模式。

USART配置：USART1&USART2设置波特率为9600，开启全局中断

SPI配置：设置数据位为8位，设置波特率为1.5MBit/s，时钟极性为低电平驱动，时钟相位为第一个边沿


LCD驱动移植：

• LCD主要用于人机交互，动态显示设备信息。
• 将下图所示文件添加到工程中，修改SPI初始化代码即可(LCD的MISO用于数据和指令切换）

printf函数重定向
#include< stdio.h>
int fputc(int ch,FILE *f)
{
while((USART1->ISR&0X40)==0);
USART1->TDR = (uint8_t)ch;
return ch;
}
将重定向函数加入到工程下的main.c中，如下：


编译时出现如下错误：需要添加一个启动文件.s


将STLink烧写器和串口线连接好开发板后插入到电脑上，断电的情况下降SIM卡插入到开发板中。
烧写方法：
方法一：





方法二：
使用烧写工具：STM32 ST-LINK Utility_v3.1.0，点击Target下的connect，出现下面的打印信息说明连接成功，然后点击Target下的program，添加烧写文件.hex文件，进行start烧写。


烧写完成后，打开串口调试助手：修改波特率和端口号，按三角形的开始键，然后对板子进行复位，查看打印信息。

2，NO-IOT模块AT指令介绍
什么是AT指令

• AT命令集是由拨号解调器（MODEM）的发明者为了控制Modem发明的控制协议。
• AT是Attention的缩写，协议本身采用文本，每个命令均为AT打头。
• AT指令用于控制手机GSM模块

AT指令级的应用
随后的GPSR控制，3G模块，以及工业上采用的PDU，均采用AT命令集来控制。
AT的优点：简单易懂，标准串口来收发AT命令。
AT指令的示意图

AT指令的格式：

• AT指令都以“AT”开头，以回车符（\r）结束。
• 如果AT指令执行成功，‘OK’字符串返回，否则“ERROR”

AT指令
NB-IOT初始化AT指令

• AT 命令解释，检测Module与串口是否接通，能否接受AT命令；
  命令格式：AT
  命令返回：OK与串口通信正常，无返回则与串口通未连接）
• AT+CFUN=0关闭射频功能
• AT+NBAND?查询模组配置频段
• AT+NBAND=5配置模组为电信频段
• AT+CGSN=1查询IMEI号
• AT+CGSN=1,201612091450303设置IMEI号
• AT+NRB软重启
• AT+CIMI查询SIM卡信息
• AT+CMEE=1开启错误提示
• AT+CGDCONT=1,“IP”,"cnet"设置APN
• AT+CSQ获取信号质量
  NB-IOT连接网络AT指令
• AT+CSCON =1 设置基站连接通知
• AT+CEREG=2设置连接核心网通知
• AT+NNMI=1开启下行数据通知
• AT+CGATT=1自动搜网
• AT+NUESTATS查询UE状态
• AT+CGPADDR查询核心网分配的ip地址
  NB-IOT数据收发AT指令
  TCP数据收发
• AT+NSOCR=STREAM,6,localport创建tcp socket
• AT+NSOCO=1 连接服务器
• AT+NSOSD=1 发送数据
• AT+NSOCL=1 关闭连接
  3，AT指令透传
  串口透传开发
  为了便于我们快速掌握AT指令原理，MCU充当透明传输，PC机直接与NB-IOT模组直接通讯
  
  在创建好的工程目录下的main.c中加入如下代码：
  
  在stm32f0xx_it.c中加入如下串口中断处理的代码：
  
  编译烧录到开发板后，连接串口，通过串口调试助手发送AT指令来查看信心的打印信息。
  

三，NB-IOT连接网络

1，实现自己的服务器
物联网通信过程

内外网结构

实现内网穿透
socketTool V4.exe


官网主页：https://www.ngrok.cc/login.html
使用说明：https://www.ngrok.cc/_book/
电脑和服务器端建立隧道


2,使用AT命令连接服务器
下载ngrok客户端：

将隧道id添加到Sunny-Ngrok启动工具.bat 下


Lierda NB Module V150_AT CommandSet_B300_V1.1.pdf文档
通过AT+CSQ查看是否有信号，AT+CGPADDR查看信号的ip地址（是否入网）
NB-IOT通过AT指令联网：创建socket （AT+NSOCR=STREAM,6,60000）—>连接服务器*AT+NSOCO=1，远程域名地址查到的ip地址，远程端口号10624）—>发送数据（AT+NSOSD=1）—>关闭连接（AT+NSOCL=1，个数，十六进制数据）
Windows下通过cmd命令窗口键入：ping +远程域名地址 查看到ip地址

NB模块与服务器建立了连接：
下一步发送数据
3，使用自动化串口工具来发送AT指令

通过TCP/UDP socket 调试工具查看连接好服务器后接收到的消息。

四，实现代码驱动NB-IOT

1,驱动NB联网代码
利用STM32CubeMX生成代码，单片机的串口2与NB模块进行通信，给串口2配置DMA功能

DMA接受部分的函数如下：

2，驱动NB串口发送和接受

3，驱动NB串口任务框架

4，驱动NB完整联网

5，修改AT指令为灵活字符串