联盛德W801系列9-wifi和4G模块(air724ug)并存使用MQTT总结
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第一次在产品中使用iot功能，完全没有经验，可能会存在很多bug，请各位大侠不吝赐教，指点一二。
1.air724ug-AT版本的使用
1.1 air724简介
我这次使用的是合宙的air724ug模组，成品是飞思创的FS-MCore-A724UG。
实物图片：
这个成品有2个软件版本：
1.(AT)
AT版本是直接使用合宙的AT指令。
2.(YunDTU)
YunDTU版本功能完善，覆盖绝大多数应用场景，用户只需通过简单的配置，即可实现产品联网。支持 TCP Client、UDP Client、MQTT、HTTP、阿里云、OneNET、百度云、腾讯云和华为云等多种工作模式，并支持 HTTP、FTP 他升级以及 FOTA 自升级。
以MQTT应用为例，说明一下如何通过简单配置，使用YunDTU功能：
下面的配置界面提供了MQTT通信所需要的全部配置，不过只能有一个订阅主题和一个发布主题，配置好之后，上电就会自动连接MQTT服务器，此时设备只管接收消息和发布消息。
我用的是AT版本。在优信电子购买，店家提供了详细的资料，包括STM32使用AT指令的例程。
1.2 模块上电上报信息
模块插上中国移动SIM卡，通电后，通过SIM卡，注册网络后会从网络自动获取并激活一个PDP上下文。下面是串口观察到的打印信息：
1.3 AT指令使用流程
AT指令必须以回车符（0x0D）结束，以回车+换行(0xA）结束也行。
1.4 MQTT相关的AT指令中关于双引号"的处理
多数指令关于双引号是可有可无的，例如设置订阅主题的指令：
可以有双引号括住订阅主题：
AT+MSUB="/subtop/1",0
也可以不用双引号：
AT+MSUB=/subtop/1,0
唯一的例外就是发布消息的指令 AT+MPUB 中的消息部分，一定要双引号。
我们一般发送消息使用json格式，比如{“name”:“tom”},这个消息放到AT指令该怎样表示呢？一般的话，我们用C语言字符串表达方法是这样(发布主题可以不用双引号)：
char * strPub="AT+MPUB=/pubtopic/1,0,0,\"{\"name\":\"tom\"}\"\r\n";
上面的表达方法是无法正确被AT指令解析的。C语言的双引号使用转义字符反斜杠+双引号来表示，json内嵌的双引号只能使用反斜杠字符+十六进制表示，而C语言字符串中反斜杠需要两个反斜杠表示。
上面4个红框要被 \\22 替代，要写成下面这样,才能准确地被AT指令正确解析：
char * strPub="AT+MPUB=/pubtopic/1,0,0,\"{\\22name\\22:\\22tom\\22}\"\r\n";
2.通过AT指令控制air724的代码详解
2.1 发送AT指令的函数
/** 发送AT指令并等待应答
*
* 指定尝试的次数和每次发送后等待应答的时间
*
* @param tryTimes 尝试次数
* @param cmdStr AT命令字符串
* @param replyStr 期望应答字符串
* @param waitTime 每次发送后等待应答的时间
*
* @retval 0-没有接收到期望的字符串
* @retval 1-成功接收到期望的字符串
*/
int SendATCmdAndWaitReply(int tryTimes,const char * cmdStr, const char* replyStr,int waitTime)
{
int rx_len,ret;
u32 lastTime;
// 1.尝试的次数
for(int i=0;i<tryTimes;i++){
if(cmdStr != NULL)
tls_uart_write(LTE_4G_COM,(u8 *) cmdStr,strlen(cmdStr));
// 2.记录发送时的时间戳，并做100ms的延时
lastTime = xTaskGetTickCount();
vTaskDelay(50); // 一个时间片是2ms ,这里就是100ms
do{
rx_len = tls_uart_try_read(LTE_4G_COM,1);
vTaskDelay(10);
if(rx_len > 0){
rx_len = tls_uart_try_read(LTE_4G_COM,1);
memset(demo_uart3->rx_buf,0,100);
// 如果接收到的数据量大于接收缓存 (256 bytes)，数据丢弃
// 因为串口中断的缓存有4K Byte，但是demo_uart3->rx_buf的空间只给了256 Byte
if(rx_len >= DEMO_UART3_RX_BUF_SIZE){
do{
rx_len = 200;
ret = tls_uart_read(LTE_4G_COM, (u8 *) demo_uart3->rx_buf, rx_len);
}while(ret > 100);
continue;
}
// 3.判断接收的数据是否有期望的字符串
ret = tls_uart_read(LTE_4G_COM, (u8 *) demo_uart3->rx_buf, rx_len);
printf("%s\r\n",demo_uart3->rx_buf);
if(ret > 2){
demo_uart3->rx_buf[ret] = 0;
if(strstr(demo_uart3->rx_buf,replyStr) != NULL){
printf("find %s\n",replyStr);
return 1;
}
}
}
// 4.在等待的时间内，每20ms查询一次串口；超时则重新发送AT指令
}while((xTaskGetTickCount()-lastTime )< waitTime);
}
// 5.如果执行到这里，说明失败了
printf("wait %s fail\n",replyStr);
return 0;
}
2.2 控制air724模块的状态机流程
状态机的状态码 ：
enum _Stat_4G{
Stat4G_WaitReady=0,
Stat4G_CloseEcho=1, // 1.关闭回显命令
Stat4G_CGREG, // 2.查询网络状态
Stat4G_CGATT, // 3.查询是否附着上数据网络
Stat4G_CSTT, // 4.设置接入点 APN,可无参数
Stat4G_CIICR, // 5.激活移动场景
Stat4G_CIFSR, // 6.获取IP地址
Stat4G_Mconfig, // 7.设置MQTT接入密码
Stat4G_Mipstart, // 8.设置MQTT服务器IP 或域名
Stat4G_Mconnect, // 9.设置 心跳时间
Stat4G_Msub, // 10.设置 订阅主题
Stat4G_MQuerySubMsg, // 11.在这里等待消息，死循环
Stat4G_4GIdle, // 12.有了wifi，4G关闭电源
Stat4G_4GPowerReset, // 13.出现错误，关闭电源50ms后再次上电，进入重连状态 WaitReady
};
状态机相关源码（使用W801的串口3控制4G模块）：
const char * StrNect="NECT"; // 命令 ipstart 的应答
const char * StrAct="ACK"; // 命令 connect 的应答 订阅消息成功后的应答
const char * StrReady="READY";
const char * StrSMS="SMS";
const char * StrOK="OK";
const char * Strdot=".";
const char * StrATE0="ATE0\r\n";
const char * StrGREG="AT+CGREG?\r\n"; // 2.查询网络状态
const char * StrGATT="AT+CGATT?\r\n";// 3.查询是否附着上数据网络
const char * StrCSTT="AT+CSTT\r\n"; // 4.设置接入点 APN,可无参数
const char * StrIICR="AT+CIICR\r\n"; // 5.激活移动场景
const char * StrIFSR="AT+CIFSR\r\n";
const char * StrMconnectQry="AT+MCONNECT=?\r\n";
stat4G = Stat4G_WaitReady;
for (;;)
{
ticks20ms++;
if(ticks20ms > 50*20){
ticks20ms = 0;
// 0.不知道4G模块有没有MQTT的心跳，这里使用查询MQTT状态来模拟心跳
if(Stat4G_MQuerySubMsg == stat4G){
tls_uart_write(LTE_4G_COM,(u8 *) StrMconnectQry,strlen(StrMconnectQry));
printf("PING\n");
}
}
// 1. 20ms运行一次
vTaskDelay(10);
// 有2种消息
if(xQueueReceive(demo_uart3->demo_uart_q,&(cmdmsg),0)){
// 消息1. 4G模块处于断电状态，如果 wifi断开了，重连一次失败，会发送重启4G的消息
if((cmdmsg == DEMO_MSG_4G_RESTART)){
tls_gpio_write(POWER_4G_CTRL_PIN,1);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
// 消息2. 本来4G模块处于正常通信中 ，wifi连上网络了，优先使用wifi，要断开4G电源，任务进入空闲等待
}else if(cmdmsg == DEMO_MSG_4G_ENTER_IDLE){
tls_gpio_write(POWER_4G_CTRL_PIN,0);
stat4G = Stat4G_4GIdle;
}
}
switch ( stat4G)
{
case Stat4G_WaitReady:
printf("wait %s\n",StrSMS);
if(SendATCmdAndWaitReply(60,NULL,StrSMS,1000)){
stat4G++;
vTaskDelay(5*1000);
}else{
stat4G = Stat4G_4GPowerReset;
}
break;
case Stat4G_CloseEcho:// 1.关闭回显命令
printf("StrATE0\n");
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrATE0,StrOK,500)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_CGREG:// 2.查询网络状态 --OK
printf("%s\n",StrGREG);
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrGREG,StrOK,500)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_CGATT: // 3.查询是否附着上数据网络
printf("%s\n",StrGATT);
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrGATT,StrOK,500)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_CSTT: // 4.设置接入点 APN,可无参数
printf("%s\n",StrCSTT);
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrCSTT,StrOK,500)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_CIICR: // 5.激活移动场景 StrIICR
printf("%s\n",StrIICR);
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrIICR,StrOK,500)){
stat4G++;
}
break;
case Stat4G_CIFSR: // 6.获取IP地址
printf("%s\n",StrIFSR);
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrIFSR,Strdot,500)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_Mconfig: // 7.设置MQTT接入密码
printf("set MQTT ID,pwd\n");
sprintf(Buf,StrMconfig,MAC2STR(g_macBuf));
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,Buf,StrOK,1000)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_Mipstart: // 8.设置MQTT服务器IP 或域名
printf("set MQTT server\n");
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrMipstart,StrNect,1000)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_Mconnect: // 9.设置 心跳时间
printf("set heart beat\n");
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,StrMconnect,StrAct,2000)){
stat4G++;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_Msub: // 10.设置 订阅主题
printf("set sub topic\n");
sprintf(Buf,StrMsubTop,MAC2STR(g_macBuf));
if(SendATCmdAndWaitReply(TRY_TIME_MAX,Buf,StrAct,1000)){
stat4G++;
g_internetStat = internetStat_4GConnect;
}else{
SendATCmdAndWaitReply(2,StrRESET,StrOK,200);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
}
break;
case Stat4G_MQuerySubMsg: // 查询消息 -- 大部分时间在这里
rx_len = tls_uart_try_read(LTE_4G_COM,1);
if(rx_len > 0){
vTaskDelay(5);
rx_len = tls_uart_try_read(LTE_4G_COM,1);
// 如果接收到的数据量大于接收缓存 (256 bytes)，数据丢弃
if(rx_len >= DEMO_UART3_RX_BUF_SIZE){
do{
rx_len = 200;
ret = tls_uart_read(LTE_4G_COM, (u8 *) demo_uart3->rx_buf, rx_len);
}while(ret > 100);
continue;
}
ret = tls_uart_read(LTE_4G_COM, (u8 *) demo_uart3->rx_buf, rx_len);
demo_uart3->rx_buf[ret] = 0;
printf("Msg: %s\n",demo_uart3->rx_buf);
// 处理订阅数据
char *p = NULL;//, *q = NULL;
p = strstr(demo_uart3->rx_buf, "byte,");
if (p != NULL)
{
p = p+5;
rx_len =p - demo_uart3->rx_buf; // json数据首地址相对于整串数据的偏移量
if((ret -rx_len) < 50) { // json数据的长度不应该大于50
mqtt_msg_process(p);
}
}
异常情况判断
p = strstr(demo_uart3->rx_buf, "ERROR");
if(p != NULL){
stat4G = Stat4G_4GPowerReset;
break;
}
p = strstr(demo_uart3->rx_buf, "DEACT");
if(p != NULL){
stat4G = Stat4G_4GPowerReset;
break;//
}
}
break;
case Stat4G_4GIdle:
break;
case Stat4G_4GPowerReset:
tls_gpio_write(POWER_4G_CTRL_PIN,0);
vTaskDelay(25);
tls_gpio_write(POWER_4G_CTRL_PIN,1);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
break;
default:
break;
}
}
3. wifi和4G并存策略
一开机，同时启动wifi连接（没有配过网就进入配网）和4G连接;如果wifi连上了，就切断4G电源；wifi断线后重连一次失败（观察过 W801从wifi断线到重连失败的时间约22秒），启动4G连接。
3.1wifi断网后，启动4G模块，如果W801的MQTT已经启动，则要关闭W801的MQTT心跳：
在下图的代码块1中，发送4G重启消息，关闭W801的MQTT心跳。
在状态机中查询到重启消息，4G模块通电并启动连接：
代码块1：
case NETIF_WIFI_JOIN_FAILED:
// 已经连上wifi后，又断网，重连1次都失败后，启动4G
if(internetStat_WifiConnect == g_internetStat){
g_internetStat = internetStat_TryWifi;
if(demo_uart3 != NULL)
tls_os_queue_send(demo_uart3->demo_uart_q, (void *) DEMO_MSG_4G_RESTART, 0);
if(flagMqttIsStart ){
tls_os_queue_send(mqtt_demo_task_queue, (void *)MQTT_DEMO_CMD_STOP_TIMER, 0);
}
printf("WIFI_JOIN_FAILED,start 4G\n");
}else{
printf("NETIF_WIFI_JOIN_FAILED,%d\n",failTimes);
}
break;
在《wm_mqtt_demo.c》的函数 mqtt_demo_task 增加 MQTT_DEMO_CMD_STOP_TIMER 的消息处理：
static void mqtt_demo_task(void *p)
{
int ret;
void *msg;
struct tls_ethif *ether_if = tls_netif_get_ethif();
if (ether_if->status) {
wm_printf("sta ip: %v\n", ether_if->ip_addr.addr);
tls_os_queue_send(mqtt_demo_task_queue, (void *)MQTT_DEMO_CMD_START, 0);
}
for ( ; ; )
{
ret = tls_os_queue_receive(mqtt_demo_task_queue, (void **)&msg, 0, 0);
if (!ret)
{
switch((u32)msg)
{
case MQTT_DEMO_CMD_START:
do {
ret = mqtt_demo_init();
if (ret)
break;
tls_os_queue_send(mqtt_demo_task_queue, (void *)MQTT_DEMO_CMD_LOOP, 0);
}
while (0);
break;
case MQTT_DEMO_CMD_HEART:
wm_printf("send heart ping\r\n");
mqtt_ping(&mqtt_demo_mqtt_broker);
break;
case MQTT_DEMO_CMD_LOOP:
mqtt_demo_loop();
break;
case MQTT_DEMO_CMD_STOP_TIMER:
wm_printf("delete heart timer\r\n");
tls_os_timer_stop(mqtt_demo_heartbeat_timer);
default:
break;
}
}
}
}
3.2 air724正常工作中，wifi连上网，需要关闭4G模块的电源，并使4G模块任务进入空转
上图的代码块2就是wifi连上了网络产生的事件，此时要发送4G模块进入空转的消息 DEMO_MSG_4G_ENTER_IDLE 。并启动W801的MQTT任务（如果已经启动过，只需要重连MQTT）
代码块2：
// 此时要切断4G电源，告诉4G任务进入等待
if((internetStat_4GConnect == g_internetStat)
||(internetStat_Try4G == g_internetStat)
||(internetStat_TryWifi == g_internetStat)
||(internetStat_WifiOneshot == g_internetStat)){
if(demo_uart3 != NULL)
tls_os_queue_send(demo_uart3->demo_uart_q, (void *) DEMO_MSG_4G_ENTER_IDLE, 0);
printf("JOIN_SUCCESS when 4G connect,4G off\n");
// 启动 wifi MQTT
if(flagMqttIsStart == 0){
mqtt_demo();
flagMqttIsStart = 1;
}else{
tls_os_queue_send(mqtt_demo_task_queue, (void *)MQTT_DEMO_CMD_START, 0);
printf("wifi mqtt retart\n");
}
g_internetStat = internetStat_WifiConnect;
4G模块的任务查询到 DEMO_MSG_4G_ENTER_IDLE 消息后，关闭4G电源，进入空转：
4.切断air724电源后，串口引脚会有漏电流，使得4G模块的电源灯微亮
针对这种情况，切断4G模块电源后，要把串口引脚稍作处理，可以有2种方法：
1.引脚配置为输出模式，然后输出低电平；
2.配置为输出，浮空。
不知道那种好，我使用了第二种。上图的程序修改为：
if(xQueueReceive(demo_uart3->demo_uart_q,&(cmdmsg),0)){
// 消息1. 4G模块处于断电状态，如果 wifi断开了，重连一次失败，会发送重启4G的消息
if((cmdmsg == DEMO_MSG_4G_RESTART)){
wm_uart3_tx_config(WM_IO_PA_05);
wm_uart3_rx_config(WM_IO_PA_06);
tls_gpio_write(POWER_4G_CTRL_PIN,1);
stat4G = Stat4G_WaitReady;
// 消息2. 本来4G模块处于正常通信中 ，wifi连上网络了，优先使用wifi，要断开4G电源，任务进入空闲等待
}else if(cmdmsg == DEMO_MSG_4G_ENTER_IDLE){
tls_io_cfg_set(WM_IO_PA_05, WM_IO_OPT5_GPIO); // 关闭电源时，把IO口设置为输入高阻
tls_gpio_cfg(WM_IO_PA_05, WM_GPIO_DIR_INPUT, WM_GPIO_ATTR_FLOATING);
tls_io_cfg_set(WM_IO_PA_06, WM_IO_OPT5_GPIO); // 关闭电源时，把IO口设置为输入高阻
tls_gpio_cfg(WM_IO_PA_06, WM_GPIO_DIR_INPUT, WM_GPIO_ATTR_FLOATING);
tls_gpio_write(POWER_4G_CTRL_PIN,0);
stat4G = Stat4G_4GIdle;
}
}
