MQTT应用：Air780EP低功耗4G模组AT开发

青山老竹农 2024-10-25 252

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​终于要讲一讲MQTT应用！

本文应各位大佬邀请，详细讲解Air780EP模组MQTT应用的多个AT命令。

Air780EP是低功耗4G模组之一，支持全系列的AT指令以及LuatOS脚本二次开发。

一、准备工作

1.1 硬件准备

  • 合宙EVB_Air780EP开发板一套，包括天线、SIM卡；
  • USB线
  • PC电脑

1.2 软件准备

  • 串口调试工具
    如果没有准备，推荐使用LLCOM：
  • AT固件下载

进入AT固件页面按下Ctrl+F，搜索AirM2M_780EP_LTE_AT，即可找到Air780EP模块所使用的AT固件。

本文示例为：

AirM2M_780EP_V1007_LTE_AT版本固件

推荐选用：相关型号固件名称后面数字版本号最高的最新relase版本进行调试。

二、MQTT应用流程

合宙低功耗4G模块支持MQTT和MQTT SSl协议，MQTT应用的基本流程如下：

  1. 如果要支持SSL，配置SSL参数
  2. 通过TCP连接到MQTT服务器
  3. 发送MQTT CONNECT到服务器，打开会话连接
  4. 订阅或者发布消息

三、MQTT发布消息

先来看个正常情况下的AT命令序列，如果不理解AT命令含义，请自行参考AT手册。

AT+CPIN?

+CPIN: READY //查询sim卡是否正常

OK

AT+CGATT?

+CGATT: 1

//查询是否附着上数据网络，如果返回+CGATT: 0表示未附着上

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

发布消息示例演示效果：

嵌入式​

嵌入式

嵌入式​

嵌入式

相关注意事项：

01. 发送MIPSTART命令

收到OK仅仅表示4G模块开始处理这条命令，并不表示TCP已经连接成功；只有收到CONNECT OK才是成功的应答（其余错误应答，参考AT手册）。

02. 发送MCONNECT命令

收到OK仅仅表示4G模块开始处理这条命令，并不表示MQTT已经连接成功；只有收到CONNACK OK才是成功的应答（其余错误应答，参考AT手册）。

03. 发送MSUB命令

收到OK仅仅表示4G模块开始处理这条命令，并不表示MQTT已经订阅成功；只有收到SUBACK才是成功的应答（其余错误应答，参考AT手册）。

04. 发送MPUB命令

如果QOS不是0，则收到OK仅仅表示4G模块开始处理这条命令，并不表示MQTT已经发布成功；只有收到PUBACK（QOS为1时）或者PUBCOMP（QOS为2时）才是成功的应答（其余错误应答，参考AT手册）。

四、MQTT接收消息

先来看下接收到订阅消息时的AT命令处理序列，如果不理解AT命令含义，请自行参考AT手册。

AT指令手册下载链接：

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上收到订阅消息，payload为123456

//默认是直接输出收到的订阅消息，不做缓存

+MSUB: "mqtt/sub_topic",6 byte,123456

//设置订阅消息的处理模式，设置为缓存模式

//接下来收到订阅消息时，会提示订阅消息的缓存位置

AT+MQTTMSGSET=1

OK

//在mqtt/sub_topic上收到一条订阅消息，缓存到位置0

+MSUB: 0

//主动读取缓存的所有订阅消息

AT+MQTTMSGGET

+MSUB:mqtt/sub_topic,6 byte,123456

OK

//在mqtt/sub_topic上收到一条订阅消息，缓存到位置0

+MSUB: 0

//在mqtt/sub_topic上收到一条订阅消息，缓存到位置1

+MSUB: 1

//主动读取缓存的所有订阅消息

AT+MQTTMSGGET

+MSUB:mqtt/sub_topic,6 byte,123456

+MSUB:mqtt/sub_topic,6 byte,123456

OK

接收消息演示效果：

嵌入式​

嵌入式

嵌入式​

嵌入式

五、MQTT TCP被动断开

先来看下连接被动断开时的AT命令处理序列，如果不理解AT命令含义，请自行参考AT手册：

AT指令手册下载链接：

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 //此处TCP连接被动断开

AT+MIPCLOSE

+CME ERROR: 767

//此处无论返回OK、ERROR还是CMEERROR，都直接跳过，不用做正确性判断

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被动去激活

先来看下PDP被动去激活时的AT命令处理序列，如果不理解AT命令含义，请自行参考AT手册。

AT指令手册下载链接：

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

//此处PDP被动去激活

AT+MIPCLOSE

OK

//此处无论返回OK、ERROR还是CME ERROR，都直接跳过，不用做正确性判断

AT+MCONFIG="866289037465624","user","password"

OK

AT+MIPSTART="lbsmqtt.airm2m.com","1884"

OK

CONNECT OK

AT+MCONNECT=1,60

OK

CONNACK OK

七、SSL带证书验证流程【单向认证】

先来看下SSL带证书验证（单向认证）时的AT命令处理序列，如果不理解AT命令含义，请自行参考AT手册。

AT指令手册下载链接：

https://doc.openluat.com/article/4985

AT+CGATT?

+CGATT: 1

OK

AT+FSCREATE="ca.crt"//创建CA证书文件

OK

AT+FSWRITE="ca.crt",0,1212,15

//1212是证书文件长度，15为超时时间，这里是举例说明，请填入实际数据，不要照抄 >

//此处填写证书数据

OK

AT+SSLCFG="cacert",88,"ca.crt"

//设置CA证书文件为ca.crt

OK

AT+SSLCFG="seclevel",88,1

//1表示设置认证模式为只对服务器认证

OK

AT+MCONFIG="868488076506128","user","password"

//这三个参数可以不加双引号，第一个参数需要开发者自己设置

//后两个参数可以不填，格式为:

AT+MCONFIG="868488076506128","",""

OK

AT+SSLMIPSTART="airtest.openluat.com",8883

//开发者请修改为自己的服务器地址和端口

OK

CONNECT OK

AT+MCONNECT=1,60

//在MIPSTART返回CONNECT OK后才能发MCONNECT命令

//而且要立即发，否则会被服务器踢掉

OK

CONNACK OK

--后面发布和接收与前面一样，直接参考

八、SSL带证书验证流程【双向认证】

先来看下SSL带证书验证（双向认证）时的AT命令处理序列，如果不理解AT命令含义，请自行参考AT手册。

AT指令手册下载链接：

https://doc.openluat.com/article/4985

AT+CGATT?

+CGATT: 1

OK

AT+FSCREATE="ca.crt" //创建CA证书文件

OK

AT+FSWRITE="ca.crt",0,1212,15

//1212是证书文件长度，15为超时时间，这里是举例说明，请填入实际数据，不要照抄 >

//此处填写证书数据

OK

AT+FSCREATE="client.crt"

//创建客户端证书文件

OK

AT+FSWRITE="client.crt",0,1127,15 >

//此处填写证书数据

OK

AT+FSCREATE="client.key"

//创建客户端key文件

OK

AT+FSWRITE="client.key",0,1679,15 >

//此处填写证书数据

OK

AT+SSLCFG="cacert",88,"ca.crt"

//设置CA证书文件为ca.crt

OK

AT+SSLCFG="clientcert",88,"client.crt"

//设置客户端证书文件为client.crt

OK

AT+SSLCFG="clientkey",88,"client.key"

//设置客户端密钥文件为client.key

OK

AT+SSLCFG="seclevel",88,2

//设置认证模式为双向认证

OK

AT+MCONFIG="868488076506128","user","password"

//这三个参数可以不加双引号，第一个参数需要开发者自己设置

//后两个参数可以不填，格式为:

AT+MCONFIG="868488076506128","",""

OK

AT+SSLMIPSTART="airtest.openluat.com",8883

//开发者请修改为自己的服务器地址和端口

OK

CONNECT OK

AT+MCONNECT=1,60

//在MIPSTART返回CONNECT OK后才能发MCONNECT命令

//而且要立即发，否则会被服务器踢掉

OK

CONNACK OK

--后面发布和接收与前面一样，直接参考

九、常见问题Q&A

以下针对客户朋友们实际应用中的反馈，整理了MQTT应用中的常见问题：

01. MQTT支持多连接吗？

目前MQTT仅支持单连接，不支持多连接。

02. MQTT的遗嘱如何使用？

通过AT+MCONFIG命令可以设置遗嘱的qos、retain标志、topic、payload。

在如下（包含但不仅限于）情况下，服务器会主动发布遗嘱消息到订阅的客户端：

  • 模块和服务器通信异常（例如：模块突然关机、模块进入了一个没有网络信号的环境等）超过1.5倍（一般是1.5倍，但不排除服务器可以修改这个时间）的keep alive时间（可以通过AT+MCONNECT设置keep alive时间）；
  • 模块主动执行AT+MDISCONNECT，或者AT+MIPCLOSE。

曾经有用户碰到过如下问题：

模块设置了遗嘱topic为/will_topic，遗嘱payload为offline，keep alive时间为5分钟，模块关机后，等待2分钟。

在等待的2分钟内，其他订阅了/will_topic的客户端没有收到遗嘱消息（这是正常的，因为还没有到达1.5倍的keep alive时间）。

2分钟后，模块开机MQTT重连成功后，其他客户端却收到了遗嘱消息。这是什么原因呢？

这部分机制是服务器端设计的，和模块无关。个人认为：服务器端仍然在维持2分钟前的那个MQTT连接，现在模块开机，用同样的client id重连后，会断开之前维护的相同client id的MQTT连接。断开时，就发布了一次遗嘱消息。

那这种问题，如何解决呢？

模块可以在AT+MCONNECT返回CONNACK OK之后，通过AT+MPUB一个topic为/will_topic，payload为online的消息，这样订阅了遗嘱topic的其他客户端，就会收到这个online消息。

03. 重试多次PDP，MQTT应用一直连接失败？

如果重试多次PDP激活，PDP一直激活失败，或者MQTT一直连接失败，则尝试使用如下手段恢复：

  • 使用RESET引脚复位模块；
  • 极端情况下，直接给模块断电，再上电，POWER KEY引脚拉低开机。

04. MPUB命令中，payload包含"如何发送？

  • 消息中内嵌的双引号请用22表达；
  • 控制字符 r(0x0D)请用�D表达；
  • 控制字符n(0x0A)请用�A表达；
  • 如果是MCU发消息，请用22，�D，�A来表达，即需要转义成。

05. 连接服务器失败

  • 检查模块信号、网络注册、网络附着、PDP激活状态；
  • 检查SIM卡是否欠费；
  • 使用mqtt.fx，连接服务器确认是否可以连接成功，排除服务器故障；
  • 部分国外的开源项目提供免费的MQTT代理服务器，因为网络的原因，国内存在严重的延迟或者丢包现象，导致程序运行出现问题，此现象在AT开发时影响严重；
  • 确认是不是域名解析失败导致，可以通过AT+CDNSGIP=确认域名是否能正常解析（注意：该命令只有在执行完at+cstt、at+ciicr、at+cifsr后才能正常工作）。
    如不能正常解析，可以通过AT+CDNSCFG=ip1,ip2设置域名解析服务器。
  • 在MIPSTART /SSLMIPSTART返回CONNECT OK后，才能发MCONNECT命令，而且要立即发，否则会被服务器踢掉。

06. 数据接收缓存问题

不缓存：

通过AT+MQTTMSGSET=0设置；收到订阅的publish报文后，立即通过AT口输出主题、payload长度、payload内容，每个报文中支持的payload内容最长4100字节。

内存缓存：

通过AT+MQTTMSGSET=1设置；内存中有一个缓存表，一条消息最多4kb，最多支持缓存4条publish报文；收到订阅的publish报文后，插入缓冲表中的空闲位置，然后通过AT口输出存储位置；缓存表满之后，新收到的publish报文会覆盖最旧的publish报文。

注意事项：

缓存表位于内存中，断电或者重启后，缓存表中的数据会被清空；建议收到数据时，通过AT+MQTTMSGGET及时读取出来，以防缓冲区满覆盖丢失数据。

07. 数据发送问题

AT+MPUB最大publish 4100字节,AT+MPUBEX长度取值范围1-4100。

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