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Configurando Conectividade 4G LTE para IIoT com MQTT

Introdução​

O 4G LTE HAT para Raspberry Pi fornece conectividade celular confiável e de alta velocidade, tornando-o essencial para aplicações de IoT industrial (IIoT) e remotas. Com o MQTT, um protocolo de mensagens leve, os dispositivos podem se comunicar com eficiência por redes celulares, mesmo em locais isolados. Usando comandos AT para configuração, ele simplifica o processo de conectar dispositivos IoT à rede. Essa combinação de 4G LTE e MQTT melhora a transmissão de dados em tempo real, permitindo soluções de IIoT escaláveis com recursos de gerenciamento remoto.

Pré-requisitos​

Requisitos de Hardware​

Raspberry Pi 5Raspberry Pi 4G LTE CAT4 HAT
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Requisitos de Software​

Drivers e ferramentas de comunicação​

Se você ainda não instalou os drivers e ferramentas de comunicação relevantes, consulte primeiro o guia

Mosquitto Explorer​

Usaremos o broker Mosquitto, especificamente o broker de testes disponível em https://test.mosquitto.org , que does not require a username or password. Para maior conveniência, é recomendado instalar o Mosquitto diretamente no seu PC para fins de teste.

Usando comandos AT Vamos nos conectar ao Broker MQTT​

Passo 1: Configurar o modo de recebimento

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

Passo 2: Abrir uma rede para o cliente MQTT

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

Passo 3: Verificar o status da conexão MQTT (opcional)

AT+QMTOPEN?

Passo 4: Conectar um cliente ao servidor Mosquitto MQTT

AT+QMTCONN=0,"clientExample"
nota

Observe que o ID do cliente deve ser único, portanto, certifique-se de gerar um bem exclusivo. O broker público do Mosquitto não requer nome de usuário ou senha para acesso.

Passo 5: Publicar uma mensagem em um tópico

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

nota

quando > aparecer digite a mensagem e pressione ctrl+z

> This is test data, hello MQTT.

Abra o Mosquitto Explorer e insira o tópico para o qual você publicou. Você verá as atualizações aparecerem lá.

Passo 6: Assinar um tópico

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

Abra o Mosquitto Explorer e insira o tópico e a mensagem que você deseja publicar a partir do módulo 4G.

Você verá então a mensagem publicada sendo assinada com sucesso no lado do módulo 4G.

Passo 7: Cancelar a assinatura de um tópico

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

Passo 8: Desconectar o cliente do servidor MQTT

AT+QMTDISC=0

Implementação em Código Python​

Passo 1. Preparar o Diretório e o Ambiente Virtual​

  • Abra um terminal no seu Raspberry Pi.
  • Crie uma nova pasta de projeto e navegue até ela:
mkdir mqtt_EX
cd mqtt_EX
  • Configure um ambiente virtual Python:
python3 -m venv --system-site-packages env
  • Ative o ambiente virtual:
source env/bin/activate
  • Instale as bibliotecas necessárias:
pip install pyserial

Passo 2. Preparar o Script Python​

  • Abra o Thonny Python IDE (pré-instalado no Raspberry Pi).

  • Crie um novo arquivo no Thonny e cole o código fornecido no editor.

  • Atualize o parâmetro usb_port para corresponder à porta serial do seu Raspberry Pi para o 4G HAT. Normalmente, pode ser /dev/ttyUSB2 ou /dev/ttyUSB3. Exemplo:

usb_port = "/dev/ttyUSB2"
  • Salve o arquivo como test_mqtt.py na pasta mqtt_EX.

import serial
import time

# Serial port configuration
SERIAL_PORT = '/dev/ttyUSB2'  # Adjust based on your setup
BAUD_RATE = 9600


def send_at_command(ser, command, delay=1):
    """
    Sends an AT command to the Quectel module and waits for a response.
    """
    ser.write((command + '\r\n').encode())
    time.sleep(delay)
    response = ser.read_all().decode()
    print(f"Command: {command}\nResponse: {response}")
    return response


def main():
    # Open serial connection
    ser = serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUD_RATE, timeout=5)
    if not ser.is_open:
        ser.open()

    try:
        # Configure MQTT receive mode
        send_at_command(ser, 'AT+QMTCFG="recv/mode",0,0,1')

        # Open MQTT connection
        send_at_command(ser, 'AT+QMTOPEN=0,"test.mosquitto.org",1883')
        send_at_command(ser, 'AT+QMTOPEN?')  # Check connection status

        # Connect to the MQTT broker
        send_at_command(ser, 'AT+QMTCONN=0,"clientExample"')

        # Subscribe to the topic
        send_at_command(ser, 'AT+QMTSUB=0,1,"test/topic_subscribe",2')

        print("Publishing and subscribing. Press Ctrl+C to stop.")

        while True:
            try:
                # Publish a message
                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)

                # Read incoming messages
                print("Checking for subscribed topic messages...")
                incoming = ser.read_all().decode()
                if incoming:
                    print(f"Received: {incoming}")

                # Delay between operations
                time.sleep(2)
            except KeyboardInterrupt:
                print("Exiting loop...")
                break

        # Unsubscribe from the topic
        send_at_command(ser, 'AT+QMTUNS=0,2,"test/topic_subscribe"')

        # Disconnect from the broker
        send_at_command(ser, 'AT+QMTDISC=0')
    finally:
        # Close serial connection
        ser.close()


if __name__ == '__main__':
    main()

Passo 3. Executar o Script​

  • Abra um terminal e certifique-se de que você está no diretório do projeto:
cd mqtt_EX
  • Ative o ambiente virtual:
source env/bin/activate
  • Execute o script usando Python:
python test_mqtt.py
  • A saída

Recursos​

Suporte Técnico & Discussão de Produto​

Obrigado por escolher nossos produtos! Estamos aqui para oferecer diferentes tipos de suporte para garantir que sua experiência com nossos produtos seja a mais tranquila possível. Oferecemos vários canais de comunicação para atender a diferentes preferências e necessidades.

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