这里开源这个光照传感器上云的方案，旨在分享如何使用Air724 4G AT模块，分享如何将数据通过MQTT传输至云端（OneNet），之前看网上的资料确实太少太杂了，搞了好久才做出。同时，也可以使用相关API进行云端的数据获取。后面会给出python写好的代码，使用OneNet的https的API获取设备数据。

总体框架

主控使用STM32F103RCT6；供电部分使用的EG1192，一个Buck电路，同时也加了一个type-C口，直接用5v供电也可以；4G模块使用合宙Air724 4G模块；光照传感器使用MAX44009模块，这里就直接买的JT-I2C1208模块，它配有防水透明外壳和连接线；实时操作系统使用的FreeRTOS；LCD仅在调试时使用即可；外部EEPROM用来记录手动调参的参数，即有可能MAX44009会有偏移，需要手动调参，这里只使用了y = ky’+b，y为调节后的值，y'为原始值，可以调节k和b来改善偏移。

图1 总体框图

图2 数据传输框图

4G模块连接OneNet使用说明

云我们选用中国移动的OneNet，在银尔达买的Air724 4G模块刚开始可以先连接到电脑直接使用串口助手进行调试，这里推荐使用格西烽火串口助手，测试的流程和AT命令集详细可以查看YED M724 AT 固件用户手册和Luat 4G LTE 模块 AT 命令手册。如果想要先使用MQTT.fx测试一下OneNet接入设备，可以看这个链接的说明：MQTT.fx模拟设备接入物联网平台。OneNet的接入安全认证可以查看这个链接：接入安全认证。

图3 Air724 4G模块

图4 格西烽火界面

图5 通用上网流程

关于Air724UG 4G模块通过MQTT连接上OneNet，大致流程如图5所示，它发送的具体AT指令流程如图4所示。具体的流程分析中，发送的AT指令我就只说明关键的地方，他的返回值我也不再一一说明，在Luat 4G LTE 模块 AT 命令手册或代码或图4中的激励中详细可以看到。

具体发送AT指令流程：

1、初始化硬件。包括匹配波特率、检测SIM卡是否插好，使用AT+CPIN?\r\n查询SIM卡是否插好，如果返回+CPIN: READY则为正常。

2、网络设置。首先查询信号质量；然后查询网络状态等等。。。详细过程见图4。

3、MCOFIG。使用该指令格式为AT+MCONFIG="LightSensor1","592329","version=2018-10-31&res=products%2F592329%2Fdevices%2FLightSensor1&et=1781202267&method=md5&sign=???????????????????"\r\n，具体每个位置的含义是：第一个引号中的"LightSensor1"是你的某产品中某设备名称；第二个参数"592329"是你的产品ID；第三个参数是根据OneNet要求生成的token，包含了产品products号，设备名称devices名称，时间戳et，加密方法method和签名值sign。第三个参数可以使用OneNet的token生成工具或使用官方的python生成示例生成，这里的key需要你的OneNET产品的key，而不是设备秘钥。

图6 OneNet的token生成工具

4、建立TCP连接，请求会话。首先使用指令格式为AT+MIPSTART="mqtts.heclouds.com",1883\r\n，建立TCP连接，这里端口连接到1883。发送后，收到CONNECT OK则连接成功。然后使用指令AT+MCONNECT=1,120\r\n，请求会话，收到CONNACK OK则请求会话成功。打开OneNet查看设备，可以看到设备已经在线。

图7 设备查询在线

5、查询MQTT状态，订阅主题。使用指令AT+MQTTSTATU\r\n，可以查询MQTT连接状态，关于订阅主题，物联网平台中，服务端和设备端通过通信主题Topic实现消息通信，设备可以通过发布消息到系统 topic 调用服务接口，也可以订阅系统 topic 用于接收服务消息通知，服务提供的系统 topic 详见OneNet通信主题Topic列表。订阅主题，使用指令AT+MSUB="$sys/592329/LightSensor1/dp/post/json/accepted",0\r\n，和指令AT+MSUB="$sys/592329/LightSensor1/dp/post/json/rejected",0\r\n，订阅的这两个主题分别是发布消息接收和拒绝的主题，在测试时可以通过这两个主题的消息，判断是否发布消息成功

6、发布消息。使用指令AT+MPUB="$sys/592329/LightSensor1/dp/post/json",0,0,"{\\22id\\22: 1,\\22dp\\22: {\\22light\\22: [{\\22v\\22:35}]}}"\r\n，\\22表示内嵌的双引号，这里是向OneNet的云端发送light的物理数据，发送的具体格式如图8所示。发送之后可以看到数据更新为指令中的"v":35。

图8 payload格式示例

图9 light值更新

原理图设计说明

原理图中使用外部看门狗，是考虑到会休眠时无法喂狗，需要给看门狗加上使能；

原理图中电源部分，在HT7333-A输出口接一个J1，使用的时候直接跳线帽接上或者直接焊短接即可，或者你可以直接把这里去掉。这里加J1是我之前调试的时候加的；

虽然画了SD卡卡槽，考虑到可能会把数据存储到本地，但是目前暂时未用到；

原理图上的LED排母接口，接的是1.14寸TFT屏，只在调试的时候有用到，链接是：1.14寸TFT显示屏

PCB设计说明

PCB的布局没有做过多优化，大家可以按照自己的想法再更改。

STM32代码说明

RTOS的各任务的.c文件放在Tasks文件夹中。user_TasksInit.c中的User_Tasks_Init(void)是任务初始化函数，替代了cubemx生成的MX_FREERTOS_Init(void)函数。

大家拿到代码需要根据你OneNet的设备信息改下onenet_MQTT.c这个文件中的代码，需要写入你的产品ID，设备名，和签名值，如图10所示。由于安全问题我给的代码会把sign中的值改成错误的，以免大家连我的设备了。

边缘设备除了上发光照强度数据，我还额外写了云端下发命令到边缘设备，即在设备上订阅了cmd主题，详细的订阅主题和字符串处理内容请细看STM32的代码。

图10 修改onenet_MQTT.c文件中的参数

python代码说明

python我给了有两个文件，分别是Onenet_getdata.py和token_ge.py，分别用于你的电脑获取Onenet中设备的物理数据，和生成token。获取的数据返回格式为JSON格式。注意，代码中产品ID，设备名，产品key同样需要改成你自己的参数，这些信息都是可以在你的OneNet开发者平台看到详情的，复制下来即可，这里我就不演示了。

实物展示说明

带有外壳的实物图如图n所示，外壳是直接淘宝买的，然后做好防水即可，这里引出一条12v母头线公头连接线监控电源线，接入外部12V的DC输入。拆解的实物图如图n所示，这里这个外壳3D打印的，后面就没用了，图中标出了光照传感器和Air724UG直插模块的位置，这两个直接插上即可。

图11 带外壳的实物图

图12 拆解的实物图

然后是实物的测试，这里我截取了一下晚上去吃饭时，放在寝室的设备的数据如图n所示。由于我现在在其他地方上课身边没有设备，只放出了之前记录的数据图片。之前说的，这个设备可以秒级间隔发数据，但是实际上，可能会受网络延迟等影响，最后测试时发现数据间隔有的为1s有的为2s，这里我查询不到以前的数据了，所以没放出来。