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Raspberry Pi 上的 4G LTE HAT - TCP/IP 网络详解

简介​

TCP（传输控制协议）对于使用 Raspberry Pi 4G HAT 的应用至关重要，因为它确保了通过互联网进行可靠、有序且经过错误检查的数据传输。这对于实时应用（如物联网设备）尤为重要，因为这些应用需要与云服务器或远程系统保持一致的通信。TCP 的可靠性使其非常适合发送关键数据（例如传感器读数、遥测数据）和接收命令，确保数据不会丢失或损坏。它支持多种应用，例如远程监控、消息系统和文件传输，Raspberry Pi 可以作为网关或客户端使用。

前置条件​

硬件需求​

Raspberry Pi 5Raspberry Pi 4G LTE CAT4 HAT
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软件需求​

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。

其他需求​

您需要一个预先配置的 TCP 服务器，具体信息如下：

  • 主机：例如，您自己的服务器，或者用于测试的公共服务器 tcpbin.com。
  • 端口号：一个专用端口号，在本例中，我们将使用 tcpbin.com 的端口 4242。

tcpbin.com 是一个公共 TCP 服务器，用于测试和调试 TCP/IP 通信。它会回显发送给它的消息，非常适合验证连接性和数据传输。

向 tcpbin.com 发送 AT 指令​

在 Raspberry Pi 上打开 Minicom 或在 Windows 上通过 USB 打开 Qcom Tool。

sudo minicom -D /dev/ttyUSB2
步骤操作AT 指令预期响应
1配置移动网络提供商的 APN。AT+QICSGP=1,1,"dialogbb","","",1OK
2激活 PDP 上下文。AT+QIACT=1OK
3验证 PDP 上下文是否已激活。AT+QIACT?+QIACT: 1,1,1,"<Your_IP_Address>" OK
4打开与服务器的 TCP 连接。AT+QIOPEN=1,0,"TCP","tcpbin.com",4242,0,0+QIOPEN: 0,0 （表示连接成功）
5向服务器发送消息。AT+QISEND=0> （提示输入消息） 输入消息后：Hello TCPBin<Ctrl+Z> SEND OK
6读取服务器的响应。AT+QIRD=0,1500+QIRD: <length> Hello TCPBin OK
7关闭 TCP 连接。AT+QICLOSE=0OK

自动化 Python 脚本​

以下是一个自动化的 Python 脚本，用于在 Raspberry Pi 上与 Quectel 4G LTE 模块交互。该脚本使用 serial 库向模块发送 AT 指令。您可以自定义 APN、端口、波特率、TCP 端口和地址等变量。

Python 代码实现​

第一步：准备目录和虚拟环境​

  • 在 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 TCP_EX
cd TCP_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

第二步：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 Raspberry Pi 上 4G HAT 的串口。通常是 /dev/ttyUSB2 或 /dev/ttyUSB3。示例：

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

# 配置变量
APN = "dialogbb"  # 替换为您的网络 APN
PORT = "/dev/ttyUSB2"  # 连接到 Quectel 模块的串口
BAUDRATE = 9600  # 通信波特率
TCP_ADDRESS = "tcpbin.com"  # TCP 服务器地址
TCP_PORT = 4242  # TCP 服务器端口
MESSAGE = "Hello TCPBin"  # 要发送的消息


def send_command(ser, command, wait_for="OK", timeout=5):
    """
    向模块发送 AT 指令并等待响应。
    """
    ser.write((command + "\r\n").encode())
    time.sleep(0.5)
    end_time = time.time() + timeout
    response = b""
    while time.time() < end_time:
        if ser.in_waiting > 0:
            response += ser.read(ser.in_waiting)
            if wait_for.encode() in response:
                break
    print(f">> {command}")
    print(response.decode().strip())
    return response.decode().strip()


def main():
    try:
        # 打开串口连接
        ser = serial.Serial(PORT, BAUDRATE, timeout=1)
        time.sleep(2)  # 允许模块初始化

        # 1. 配置 APN
        send_command(ser, f'AT+QICSGP=1,1,"{APN}","","",1')

        # 2. 激活 PDP 上下文
        send_command(ser, "AT+QIACT=1")

        # 3. 检查 PDP 上下文状态
        send_command(ser, "AT+QIACT?")

        # 4. 打开 TCP 连接
        send_command(ser, f'AT+QIOPEN=1,0,"TCP","{TCP_ADDRESS}",{TCP_PORT},0,0')
        time.sleep(5)  # 允许连接建立

        # 5. 发送数据
        send_command(ser, f"AT+QISEND=0")
        ser.write((MESSAGE + "\x1A").encode())  # 发送消息并以 Ctrl+Z 结束
        time.sleep(1)  # 允许发送时间
        print("消息已发送。")

        # 6. 读取响应
        response = send_command(ser, "AT+QIRD=0,1500")
        print(f"服务器响应: {response}")

        # 7. 关闭连接
        send_command(ser, "AT+QICLOSE=0")
        print("连接已关闭。")

        # 关闭串口
        ser.close()

    except Exception as e:
        print(f"错误: {e}")


if __name__ == "__main__":
    main()


第三步：运行脚本​

  • 打开终端，确保您位于项目目录中：
cd TCP_EX
  • 激活虚拟环境：
source env/bin/activate
  • 使用 Python 运行脚本：
python test_tcp.py
  • 输出结果

资源​

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