欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识！
您现在的位置是： 首页  >  IT编程

微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

程序员文章站 2022-03-23 22:08:36
文章目录0 简介1 软硬件1.1 硬件1.2 软件2 环境搭建2.1 Emqx 的安装2.1.1 下载Emqx的安装包2.1.2 解压2.1.3 安装2.1.4 启动等相关命令2.1.5 缺少MSVCR120.dll处理办法2.2 Emqx的测试2.2.1 Emqx的端口说明2.2.2 登录控制台2.2.3 修改控制台界面语言2.3 串口调试器驱动的安装3 SIM7000C MQTT连接测试3.1 Emqx 新增加用户3.2 NBIOT设备上网注册3.2.1 启动SSCOM调试助手3.2.2 连接测试3....

文章目录

0 简介

去年玩了一阵NB-IOT，数据走的是电信、华为、阿里云等成熟平台，想利用自己的私有云平台，终端设备采集的数据直接通过NB-IOT的UDP、TCP/IP、COAP、MQTT的等方式透传到自己的云平台。开始想利用UDP，但是UDP不安全，随后尝试过COAP协议，安装完libcoap后不知如何下手，就没有完全深入。

随后开始研究通过S7协议将西门子PLC数据采集到树莓派中，存储到数据库中，实现了数据的采集。随后继续尝试数据的透传，因采用的树莓派，所以考虑采用MQTT的方式。

最开始打算采用MQTT是Apache Apollo，安装完成后，发现相关配套资料不多，并且版本很久没有更新，取而代之的是繁杂的Apache ActiveMQ。在分析各种客户端对比后，选择国产开源的Emqx。

Emqx 为百万级消息服务器，使用配置简单，还有管理平台、各种插件，中文文档。

1 软硬件

1.1 硬件

NBIOT模块：微雪SIM700C NB-IoT HAT ，中国移动的NB-IOT体验卡（据说电信、联通的不支持自己搭建平台的数据传输，有待核实）
树莓派：4B
云服务器：腾讯云 win2008 R2 SP1 64位，mysql server 5.1

1.2 软件

调试电脑：win 10
串口调试助手：sscom5.13.1
emqx:4.2.1
python：3.65
pycharm IDE编辑器
paho-mqtt 库：1.5.1

2 环境搭建

2.1 Emqx 的安装

2.1.1 下载Emqx的安装包

在Emqx官方网站下载最新版本的Emqx-4.2.1，选择windows系统版本。注意Emqx只支持64位系统。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

2.1.2 解压

登录到云服务器后，上传安装包，并解压，将emqx放置于c:\server\emqx目录下，
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

2.1.3 安装

在CMD终端下，进入Emqx的bin文件下，运行 emqx install。

微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

2.1.4 启动等相关命令

在bin文件下输入emqx可以看到安装、卸载、启动、停止等相关命令
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
启动： emqx start
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
停止：emqx stop
重启：emqx restart

2.1.5 缺少MSVCR120.dll处理办法

在安装和启动过程中出现MSVCR120.dll缺少无法执行的错误，可以参考下面文章的终极方法——下载DirectX修复工具，选择工具-》选项打开-》实验室-》选中C++强力修复，完美解决。

2.2 Emqx的测试

2.2.1 Emqx的端口说明

微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
控制台Dashboard的端口为：18083

2.2.2 登录控制台

在服务器IE浏览器中输入http://localhost:18083/，出现Dashboard的登录界面。

微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
输入用户名称admin，密码public，进入控制台页面。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

2.2.3 修改控制台界面语言

为了方便使用，可以在Settings，将语言修改为中文，方便使用。

微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

2.3 串口调试器驱动的安装

在微雪官方网站上下载串口调试驱动和串口调试软件，具体安装就不再叙述。

3 SIM7000C MQTT连接测试

3.1 Emqx 新增加用户

微雪官方在SIM7020C 上给出了连接MQTT的方法，其方法是连接公开服务器，不用用户名称和密码的，登录实际的emqx需要配置用户名称和密码。

从官方手册上得知，添加用户可以在conf上添加，但是这样出现错误就无法恢复。可以采用命令行方式处理。

在bin目录下的运行emqx_ctl users add 用户名 密码，例如创建testapp1用户，密码为testapp1
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.2 NBIOT设备上网注册

3.2.1 启动SSCOM调试助手

给树莓派上电，模块数据先连接电脑，打开调试助手，其运行比较慢，容易死机，需要一点耐心。

微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.2.2 连接测试

端口号选择comX SimTech HS-USB AT Port 9001，波特率选择115200，点击打开串口。
再点击右侧的“扩展”，在弹出AT运行对话框中选择“AT”进行测试，如果左侧反馈为OK标识串口运行连接成功。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.2.3 设备NB-IOT连接AT指令


AT #AT命令和串口运行正常测试
OK
AT+CNMP=38 #设置为LET模式
OK
AT+CMNB=2 #设置为NBIOT模式
OK
AT+NBSC=1  ##打开扰码设置
OK
AT+CSQ  ##网络信号质量状态，前面第一数值一般要12以上才能正常收发数据，信号质量太低可以将天线延长或者更换
+CSQ: 16,99
OK
AT+CGATT?  ## 查询网络是否附着
+CGATT: 1
OK
AT+CPSI? ##春夏网络注册信息
+CPSI: LTE NB-IOT,Online,460-00,0x5A21,145587201,320,EUTRAN-BAND8,3688,0,0,-8,-104,-96,9
OK
AT+CGNAPN ##查询APN码
+CGNAPN: 1,"cmnbiot"
OK
AT+CSTT="cmnbiot"  ###设置对应的APN码，必须开启树莓派才能连接成功
OK
AT+CIICR ## 激活移动场景
OK
AT+CIFSR ##获取本地IP地址
200.189.41.2××

3.3 连接Emqx服务器


AT+CNACT=1 ##开启无线连接，也可以输入AT+CNACT=1，“cmnboit”
OK
+APP PDP: ACTIVE
AT+CNACT? ##获取IP地址
+CNACT: 1,"200.189.41.2××"
OK
AT+SMCONF="URL",232.137.102.1××,1883 ##填入Emqx的外网IP地址和端口号，此外也可以填入网址加端口号
OK
AT+SMCONF="KEEPTIME",60 ## 心跳包，连接时间
OK
AT+SMCONF="USERNAME","testapp1" ##连接用户名，必填
OK
AT+SMCONF="PASSWORD","testapp1" ##连接密码，必填
OK
AT+SMCONN
OK

3.4 订阅消息

假设我们订阅test消息，消息等级为1。

AT+SMSUB="test",1  ##订阅消息test，消息等级为1
OK

备注一下消息等级：
qos = 0，最多一次送达。也就是消息发出去就直接删除掉，没有后面的事情了。
qos = 1，至少一次送达。发送方消息发出去之后会将消息保存，等待接收方带 messageId 的回应，如果没有回应，就会重新发送，直到回应到达后再把消息删除。
qos = 2，准确一次送达。

3.5 Emqx Dashbord 查看连接

3.5.1 客户端信息

登录Dashbord，在客户端可以检索到我们刚刚用testapp1用户名称的连接。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.5.2 主题信息

点击主题，可以看到我们刚刚订阅的test主题。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
订阅下也能找到test列表。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.6 SIM7000C发送消息到云服务器

3.6.1 打开Websocket监控

在Dashboard的工具下选择“Websocket”，点击连接。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.6.2 打开websocket的订阅

在Websocket界面下的订阅栏，输入我们订阅主题“test”，服务质量选择“1”
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.6.3 数据发送

假设我们要在test主题上发送“Hello,NB-IOT”这12个字，采用串口助手输入以下：


AT+SMPUB="test","12",1,1 ##test为主题，12为字节数量
> Hello,NB-IOT  ##输入的文字，注意数据发送比较慢，不用重复回车，重复回车回重复发
OK
+SMSUB: "test","Hello,NB-IOT"

3.6.4 数据服务器端查看

在Websocket界面下的消息链栏右侧，刷新后可以看到消息内容、主题服务质量和时间。微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
因上传反应比较慢，重复回车了几次，所以重复上传了4次。

3.7 云服务器发送消息到SIM7000C

3.7.1 服务器端发送消息

在Websocket端，消息栏中，将主题设定为“test”，消息内容为“{ “msg”: “Hello, SIM7000C!” }”，服务质量选1，点击发送。发送完成后回在发布消息列表和订阅消息列表均可以看到。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

3.7.2 调试助手查看消息

调试助手上手动了这条信息。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

4 paho-mqtt python库使用

各种语言对应MQTT客户端现均有，具体可以参考Emqx整理的资料。
对于python比较成熟的库为paho-mqtt，可以将其作为客户端，Emqx作为中间信息交换器，SIM7000C为终端。可以实现三者的相关信息的传递（发送和接收）。

4.1 安装paho-mqtt库

pah0-mqtt 现在为1.5.1版本

pip install paho-mqtt

4.2 编辑代码

参考凌晨点点的大作，python代码如下：


import paho.mqtt.client as mqtt
import json
import time
import random

#########################
##设置MQTT Broker连接参数
########################
# EMQX主机信息
HOST = "232.137.102.110"
PORT = 1883
# Broker的登录账号（EMQX上设定的可访问的账户密码）
client_id = f'py-mqtt-test-{random.randint(0,1000)}'    ##客户端ID，可以用随机函数产生
username = 'testapp1'
password = 'testapp1'
#话题topic
topic="test"


# 订阅信息的回调函数
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))
    client.subscribe("data/receive")

##打印订阅消息
def on_message(client, userdata, msg):
    print("主题:"+msg.topic+" 消息:"+str(msg.payload.decode('utf-8')))

##订阅消息
def on_subscribe(client, userdata, mid, granted_qos):
    print("On Subscribed: qos = %d" % granted_qos)


def on_disconnect(client, userdata, rc):
    if rc != 0:
        print("Unexpected disconnection %s" % rc)
##需要发送消息
data = {
    "type":2,
    "timestamp": time.time(),
    "messageId":"9fcda359-89f5-4933-432",
    "command":"233/recommend",
    "data":{
        "openId":"12345",
        "appId":568789,
        "recommendType":"testing"
    }
}
param = json.dumps(data)


client = mqtt.Client(client_id)
client.username_pw_set(username, password)
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.on_subscribe = on_subscribe
client.on_disconnect = on_disconnect
client.connect(HOST, PORT, 60) ##链接
client.publish("test", payload=param, qos=1)     # 发送消息
client.loop_start()

4.3 运行结果

webshoct上能查询到发送消息微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程调试助手上收到的信息
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

5 Emqx插件mysql数据库认证

5.1 MySQL数据库配置

数据库配置文件路径和文件为：C:\server\emqx\etc\plugins6\emqx_backend_mysql.conf

在这里插入代码片
##--------------------------------------------------------------------
## MySQL Auth/ACL Plugin
##--------------------------------------------------------------------
## MySQL server address.
##
## Value: Port | IP:Port
##
## Examples: 3306, 127.0.0.1:3306, localhost:3306
##auth.mysql.server = 127.0.0.1:3306
auth.mysql.server = localhost:3305 ###数据库地址和端口号
## MySQL pool size.
##
## Value: Number
auth.mysql.pool = 8
## MySQL username.
##
## Value: String
auth.mysql.username = Datauser ##数据库登录用户名称
## MySQL password.
##
## Value: String
auth.mysql.password = password ### 数据库登录密码
## MySQL database.
##
## Value: String
auth.mysql.database = mqtt  ##数控库名称
## MySQL query timeout
##
## Value: Duration
auth.mysql.query_timeout = 5s
## Variables: %u = username, %c = clientid
## Authentication query.
##
## Note that column names should be 'password' and 'salt' (if used).
## In case column names differ in your DB - please use aliases,
## e.g. "my_column_name as password".
##
## Value: SQL
##
## Variables:
##  - %u: username
##  - %c: clientid
##  - %C: common name of client TLS cert
##  - %d: subject of client TLS cert
##
auth.mysql.auth_query = select password from mqtt_user where username = '%u' limit 1
## auth.mysql.auth_query = select password_hash as password from mqtt_user where username = '%u' limit 1
## Password hash.
##
## Value: plain | md5 | sha | sha256 | bcrypt
##auth.mysql.password_hash = sha256
auth.mysql.password_hash = plain ##设置加密方式，为了方便改成不加密，生产应用更加实际情况处理
## sha256 with salt prefix
## auth.mysql.password_hash = salt,sha256
## bcrypt with salt only prefix
## auth.mysql.password_hash = salt,bcrypt
## sha256 with salt suffix
## auth.mysql.password_hash = sha256,salt
## pbkdf2 with macfun iterations dklen
## macfun: md4, md5, ripemd160, sha, sha224, sha256, sha384, sha512
## auth.mysql.password_hash = pbkdf2,sha256,1000,20
## Superuser query.
##
## Value: SQL
##
## Variables:
##  - %u: username
##  - %c: clientid
##  - %C: common name of client TLS cert
##  - %d: subject of client TLS cert
##
auth.mysql.super_query = select is_superuser from mqtt_user where username = '%u' limit 1
## ACL query.
##
## Value: SQL
##
## Variables:
##  - %a: ipaddr
##  - %u: username
##  - %c: clientid
##
## Note: You can add the 'ORDER BY' statement to control the rules match order
auth.mysql.acl_query = select allow, ipaddr, username, clientid, access, topic from mqtt_acl where ipaddr = '%a' or username = '%u' or username = '$all' or clientid = '%c' ##认证与权限的查询与匹配
## Mysql ssl configuration.
##
## Value: on | off
auth.mysql.ssl = off
## CA certificate.
##
## Value: File
## auth.mysql.ssl.cafile  = path to your ca file
## Client ssl certificate.
##
## Value: File
## auth.mysql.ssl.certfile = path to your clientcert file
## Client ssl keyfile.
##
## Value: File
## auth.mysql.ssl.keyfile = path to your clientkey file

5.2 新建数据库和表

因MySQL 5.1数据库配置中没有开启InnoDB，需要再配置文件中开启，重启MySQL即可。
新建mqtt数据库，创建如下两张表。
mqtt_user用户表

CREATE TABLE `mqtt_user` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(100) DEFAULT NULL,
  `password` varchar(100) DEFAULT NULL,
  `salt` varchar(35) DEFAULT NULL,
  `is_superuser` tinyint(1) DEFAULT 0,
  `created` datetime DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `mqtt_username` (`username`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

mqtt_acl用户权限表

CREATE TABLE `mqtt_acl` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `allow` int(1) DEFAULT NULL COMMENT '0: deny, 1: allow',
  `ipaddr` varchar(60) DEFAULT NULL COMMENT 'IpAddress',
  `username` varchar(100) DEFAULT NULL COMMENT 'Username',
  `clientid` varchar(100) DEFAULT NULL COMMENT 'ClientId',
  `access` int(2) NOT NULL COMMENT '1: subscribe, 2: publish, 3: pubsub',
  `topic` varchar(100) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT 'Topic Filter',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

在mqtt_user数据表中添加用户名和密码（testapp1，testapp2）。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
在mqtt_acl权限表中添加如下相关信息
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

5.3 加载插件

进入Dashboard界面，在插件中，将emqx_auth_mysql启动。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
启动成功回显示状态为运行中。若出现报错，检查配置文件中设置，例如数据库IP，端口号，登录用户名和密码等。

5.4 认证测试

利用SIM7000C的用户testapp1登录测试，先去CMD终端emqx_ctl users del 删除记录。（当然也可以新建一个用户和密码测试）
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程
在调试助手中输入下列AT指令


AT+SMCONF="URL",232.137.102.1××,1883
OK
AT+SMCONF="KEEPTIME",60
OK
AT+SMCONF="USERNAME","testapp1"
OK
AT+SMCONF="PASSWORD","testapp1"
OK
AT+SMCONN
OK
AT+SMCONF="QOS",1 
OK
AT+SMSUB="test",1
OK

在客户端能查询到testapp1登录信息。
微雪电子SIM7000C NB-IOT Emqx MQTT 通信的详细测试过程

说明配置成功。

6 总结

利用Emqx作为中间插件，能很方便的实现终端设备通过MQTT协议与自己云服务器通信。
Emqx的企业版本支持根据规则插件功能，可以直接将数据进行处理，并存储到相应的数据库或者后续单元中。

7 参考文献

[1] MQTT学习（六）–各类MQTT代理服务器特性对比（译文）
[2]Emqx 开发文档
[3]阿里云、腾讯云服务器Windows 2008 R2系统上搭建EMQ X(emqttd ) MQTT服务器
[4]解决msvcr120.dll文件丢失问题（搞了半天，简直奔溃，最后完美解决）
[5] paho-mqtt python库官方
[6] EMQ_Mysql基础配置和操作
[6] EMQ X 规则引擎系列（二）存储消息到 MySQL 数据库
[7] EMQ X MQTT Broker 规则引擎实战——在线状态记录、消息 MySQL 存储
[8] EMQ X 插件持久化系列 （五）MySQL MQTT 数据存储

本文地址：https://blog.csdn.net/lcb411/article/details/109261958

相关标签： IOT Emqx MQTT nb-iot python

上一篇： 多线程之Runnable、Callable和Future的详解和区别

下一篇： matplotlib绘制正余弦曲线图的实现

推荐阅读