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使用 MQTT 设置 IIoT 的 4G LTE 连接

介绍​

Raspberry Pi 的 4G LTE HAT 提供可靠的高速蜂窝连接，使其成为远程和工业物联网（IIoT）应用的关键组件。通过 MQTT 这一轻量级消息协议，设备即使在偏远地区也能高效地通过蜂窝网络进行通信。使用 AT 命令进行配置，简化了 IoT 设备连接到网络的过程。这种 4G LTE 和 MQTT 的结合增强了实时数据传输能力，从而实现了具有远程管理功能的可扩展 IIoT 解决方案。

前置条件​

硬件要求​

Raspberry Pi 5Raspberry Pi 4G LTE CAT4 HAT
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软件要求​

通信驱动和工具​

如果尚未安装相关驱动和通信工具，请先查看指南。

Mosquitto Explorer​

我们将使用 Mosquitto broker，具体来说是可用的测试 broker **https://test.mosquitto.org**，`无需用户名或密码`。为了方便起见，建议直接在您的 PC 上安装 Mosquitto进行测试。

使用 AT 指令连接到 MQTT Broker​

步骤 1: 配置接收模式

AT+QMTCFG="recv/mode",0,0,1

步骤 2: 为 MQTT 客户端打开网络

AT+QMTOPEN=0,"test.mosquitto.org",1883

步骤 3: 检查 MQTT 连接状态（可选）

AT+QMTOPEN?

步骤 4: 将客户端连接到 Mosquitto MQTT 服务器

AT+QMTCONN=0,"clientExample"
note

请注意，客户端 ID 必须是唯一的，因此请确保生成一个高度唯一的 ID。Mosquitto 的公共 Broker 不需要用户名或密码即可访问。

步骤 5: 向主题发布消息

AT+QMTPUBEX=0,0,0,0,"test/topic",30
note

当出现 > 时，输入消息并按下 Ctrl+Z。

> This is test data, hello MQTT.

打开 Mosquitto Explorer 并输入您发布到的主题。您将在那里看到更新。

步骤 6: 订阅一个主题

AT+QMTSUB=0,1,"test/topic",2

打开 Mosquitto Explorer，输入您希望从 4G 模块发布到的主题和消息。

然后，您将在 4G 模块端成功订阅到已发布的消息。

步骤 7: 取消订阅一个主题

AT+QMTUNS=0,2,"test/topic"

步骤 8: 断开客户端与 MQTT 服务器的连接

AT+QMTDISC=0

Python 代码实现​

步骤 1. 准备目录和虚拟环境​

  • 在您的 Raspberry Pi 上打开终端。
  • 创建一个新的项目文件夹并进入该文件夹：
mkdir mqtt_EX
cd mqtt_EX
  • 设置 Python 虚拟环境：
python3 -m venv --system-site-packages env
  • 激活虚拟环境：
source env/bin/activate
  • 安装所需的库：
pip install pyserial

步骤 2. 准备 Python 脚本​

  • 打开 Thonny Python IDE（Raspberry Pi 上预装）。

  • 在 Thonny 中创建一个新文件，并将提供的代码粘贴到编辑器中。

  • 更新 usb_port 参数以匹配您的 Raspberry Pi 上 4G HAT 的串口。通常，它可能是 /dev/ttyUSB2 或 /dev/ttyUSB3。示例：

usb_port = "/dev/ttyUSB2"
  • 将文件保存为 test_mqtt.py，存放在 mqtt_EX 文件夹中。
import serial
import time

# 串口配置
SERIAL_PORT = '/dev/ttyUSB2'  # 根据您的设置调整
BAUD_RATE = 9600


def send_at_command(ser, command, delay=1):
    """
    向 Quectel 模块发送 AT 指令并等待响应。
    """
    ser.write((command + '\r\n').encode())
    time.sleep(delay)
    response = ser.read_all().decode()
    print(f"Command: {command}\nResponse: {response}")
    return response


def main():
    # 打开串口连接
    ser = serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUD_RATE, timeout=5)
    if not ser.is_open:
        ser.open()

    try:
        # 配置 MQTT 接收模式
        send_at_command(ser, 'AT+QMTCFG="recv/mode",0,0,1')

        # 打开 MQTT 连接
        send_at_command(ser, 'AT+QMTOPEN=0,"test.mosquitto.org",1883')
        send_at_command(ser, 'AT+QMTOPEN?')  # 检查连接状态

        # 连接到 MQTT Broker
        send_at_command(ser, 'AT+QMTCONN=0,"clientExample"')

        # 订阅主题
        send_at_command(ser, 'AT+QMTSUB=0,1,"test/topic_subscribe",2')

        print("正在发布和订阅。按 Ctrl+C 停止。")

        while True:
            try:
                # 发布消息
                send_at_command(ser, 'AT+QMTPUBEX=0,0,0,0,"test/topic_publish",30')
                send_at_command(ser, 'This is test data, hello MQTT.', delay=0.5)

                # 读取订阅的消息
                print("检查订阅主题的消息...")
                incoming = ser.read_all().decode()
                if incoming:
                    print(f"收到: {incoming}")

                # 操作间的延迟
                time.sleep(2)
            except KeyboardInterrupt:
                print("退出循环...")
                break

        # 取消订阅主题
        send_at_command(ser, 'AT+QMTUNS=0,2,"test/topic_subscribe"')

        # 断开与 Broker 的连接
        send_at_command(ser, 'AT+QMTDISC=0')
    finally:
        # 关闭串口连接
        ser.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

步骤 3. 运行脚本​

  • 打开终端，确保您在项目目录中：
cd mqtt_EX
  • 激活虚拟环境：
source env/bin/activate
  • 使用 Python 运行脚本：
python test_mqtt.py
  • 输出结果：

资源​

技术支持与产品讨论​

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