SIM7020C NB-IoT HAT

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基本信息

分类：

NB-IoT模块

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品牌：

Waveshare

功能简介

特性

树莓派NB-IoT扩展

'

无特性，不解释

'

无特性，不解释

'

无特性，不解释

'

无特性，不解释

产品概述

本产品是一款具有NB-IoT(窄带物联网)功能的树莓派扩展板，具有低功耗、低成本、广覆盖等优点，适用于新型的智能仪表和远程控制等物联网应用。

产品特性

适用于Raspberry Pi Zero/Zero W/Zero WH/2B/3B/3B+

支持TCP、UDP、LWM2M、HTTP、FTP、MQTT等功能

板载USB接口，可用于软件调试等

板载两路UART接口，可用于AT指令收发和更新固件(仅UART2)

引出控制引脚，可接入Arduino/STM32等主控板

板载电平转换电路，默认为3.3V工作，可通过跳线帽设置成5V

板载SIM卡槽，支持NB-IoT专用卡

板载2个LED指示灯，方便查看模块运行状态

支持串口波特率范围300bps ~ 921600bps (默认115200bps)

支持AT命令控制(3GPP TS 27.007，27.005和SIMCOM增强型AT命令集)

支持SIM应用工具包(SAT Class 3、GSM 11.14 Release 98、USAT)

提供完善的配套资料手册(Raspberry/Arduino/STM32等示例程序)

通信参数

支持频段

B1/B3/B5/B8 (支持电信/联通/移动的NB-IoT卡)

传输功率

Class 3 (0.25W@LTE)

数据传输

上行：≤62.5Kbps

下行：≤26.15Kbps

短消息

文本和PDU模式(须SIM卡本身支持)

其他参数

供电电压：5V

逻辑电压：5V / 3.3V (默认为3.3V)

休眠模式电流：1.2mA(@DRX=2.56s)

省电模式电流：9uA

工作温度：-40°C ~ 85°C

存储温度：-45°C ~ 90°C

产品尺寸：30.2mm x 65mm

接口说明

5V

电源正(5V电源输入)

GND

电源地

RX1

串口1数据接收

TX1

串口1数据发送

DTR

休眠控制引脚拉高休眠，拉低唤醒(须设置“AT+CSCLK=1”)

RI

中断唤醒引脚默认高电平，当收到短信息或URC上报会有120ms低电平脉冲(须设置“AT+CFGRI=1”)

RX2

串口2数据接收

TX2

串口2数据接收

PWR

开关机控制引脚

RESET

复位引脚开机状态拉低电平可复位，关机状态无效

跳线帽说明

树莓派引脚定义图

VCCIO

：可通过跳线帽设置工作电平为3.3V或5V

PWR

：开关机控制引脚，默认接到树莓派的P4引脚

指示灯说明

PWR

给模块的5V和GND供电时亮起

NET

64ms亮/800ms熄灭——未注册上网络

64ms亮/3000ms熄灭——已注册上网络

64ms亮/300ms熄灭——数据传输时

熄灭——关机或PSM休眠模式

接入电脑调试

硬件连接

通过串口模块接入电脑连接图

用户在使用SIM7020模块前除了micro USB线、LTE天线外，还需要另外准备以下东西：

一张NB-IoT专用卡(电信、移动或联通)

接线说明：

SIM7020C-NB-IoT HAT

CP2012或其他串口模块

5V

5V

GND

GND

RX1

TXD

TX1

RXD

硬件连接操作：

将NB-IoT卡安装到模块背面卡槽，并连接好LTE天线。(使用时须把 LTE天线 旋转到板子外侧，如右图所示)

把CP2102模块引脚对应接到SIM7020X的串口1(或串口2)，再用USB线连入电脑。

给SIM7020模块供电，此时PWR灯亮红灯，NET灯不亮状态。

按PWRKEY按键约1s松开，等待2秒左右，看到NET灯开始闪烁，则模块开机成功。

使用配套的串口助手打开，选择对应的串口端口和波特率115200，勾选加回车换行，

打开扩展可看到实现录入的AT指令，点击对应的指令即可直接发送。

简单联网测试

简单联网测试截图

下表列举一些常用AT指令，可以简单快速地检测SIM7020的AT串口通信和网络连接是否正常。

进行下文演示的联网通信实验前建议都先做简单联网测试，确认网络连接正常再操作。

相关的AT指令详细说明可参阅：SIM7020 Series_AT Command Manual。

命令

说明

返回值

AT

AT测试指令

OK

ATE

ATE1设置回显，ATE0关闭回显

OK

AT+CSQ

网络信号质量查询，返回信号值

OK

AT+CGMR

查询固件版本

OK

AT+CGREG?

查询网络注册状态

OK

AT+CGACT?

查询PDP状态

OK

AT+COPS?

查询网络信息

OK

AT+CGCONTRDP

查询网络状态

OK

AT+CFUN=0

关闭RF

OK

AT*MCGDEFCONT

配置APN，如：AT*MCGDEFCONT="IP","3GNET"

OK

AT+CFUN=1

开启RF

OK

TCP/IP通信

本文主要介绍SIM7020模块TCP/IP通信功能。

SIM7020模块不支持透传，不支持 server 模式。

SIM7020 TCP/IP默认是多路client架构，共支持5路sockets，包括TCP或者UDP。

TCP/IP通信前，先根据上文“硬件配置”和“简单联网测试”操作，确保模块联网正常。

SIM7020模块TCP、UDP通信以及DNS解析和Ping功能。

说明：AT指令详细说明可参阅：SIM7020 系列_TCPIP协议_应用文档_V1.01，后续模组固件升级，对应的AT指令有可能更新。

【TCP Client】

TCP Client测试截图

相关指令：

AT指令

指令说明

返回值

AT+CSOC=1,1,1

创建 TCP socket, =0

OK

AT+CSOCON=0,2317,"118.190.93.84"

连接远端server

OK

AT+CSOSEND=0,0,"Hello World"

发送数据

OK

AT+CSOCL=0

关闭socket

OK

AT+CSOSENDFLAG

使能发送ACK 回执

OK

AT+CSORCVFLAG

使能接收ACK 回执

OK

AT+CSOCON?

检查通信端口和类型

OK

【UDP Client】

UDP Client测试截图

相关指令：

多路sockets测试截图

AT指令

指令说明

返回值

AT+CSOC=1,2,1

创建 UDP socket, =0

OK

AT+CSOCON=4,524,"116.247.119.165"

连接远端server

OK

AT+CSOSEND=4,0,"Waveshare"

发送数据

OK

AT+CSOCL=0

关闭socket

OK

AT+CSOSENDFLAG

使能发送ACK 回执

OK

AT+CSORCVFLAG

使能接收ACK 回执

OK

AT+CSOCON?

检查通信端口和类型

OK

【多路sockets】

本例演示SIM7020模块同时使用5路SOCKETS通信，相关指令参考TCP Client和UDP Client。

【DNS解析和Ping功能】

模块须正常注册上网络后，才能使用DNS解析和Ping功能，相关AT指令如下：

AT指令

指令说明

返回值

AT+CIPPING

Ping指令，如：AT+CIPPING="61.135.169.121"

OK

AT+CDNSGIP

解析服务器，如：AT+CDNSGIP="www.baidu.com"

OK

HTTP通信

本文主要介绍SIM7020模块HTTP通信功能，主要分HTTP GET和HTTP POST。

相关的AT指令详细说明可参阅：SIM7020 Series_HTTP_Application_Note。

HTTP GET测试截图1

HTTP GET测试截图2

【HTTP GET】

相关指令：

AT指令

指令说明

返回值

创建HTTP Host示例

OK

AT+CHTTPCON=0

连接 server

OK

AT+CHTTPSEND=0,0,"/index.html"

发送 http 请求

OK

AT+CHTTPDISCON=0

断开连接

OK

AT+CHTTPDESTROY=0

释放销毁 HTTP 示例

OK

AT+CHTTPCREATE?

检查HTTP连接状态

OK

说明：测试HTTP相关指令时，因NB-IoT网络问题，AT应答时间相对较长，请耐心等候。

【HTTP POST】

相关指令：

HTTP POST测试截图

AT指令

指令说明

返回值

创建 HTTP 服务器端

OK

AT+CHTTPCON=0

连接 server

OK

AT+CHTTPSEND=0,0,"/index.html"

发送 http 请求

OK

AT+CHTTPDISCON=0

断开连接

OK

AT+CHTTPDESTROY=0

释放销毁 HTTP 示例

OK

AT+CHTTPCREATE?

检查HTTP连接状态

OK

说明：测试HTTP相关指令时，因NB-IoT网络问题，AT应答时间相对较长，请耐心等候。

MQTT通信

本文主要介绍SIM7020模块MQTT通信功能。

相关的AT指令详细说明可参阅：File:SIM7020系列_MQTT(S)协议_应用文档_V1.05.pdf

MQTT订阅主题和发布消息

下文为方便演示MQTT通信功能，下文以连接阿里云为例进行测试。

相关指令：

AT指令

指令说明

返回值

AT+CMQNEW="productKey.iot-as-mqtt.cn-shanghai.ali

yuncs.com","1883",12000,1024

创建 MQTT 连接

+CMQNEW: 0

OK

AT+CMQALICFG=0,"productKey","deviceName",

"deviceSecret"

设置阿里云设备参数

OK

AT+CMQALICON=0,600,1

发送 MQTT 请求，连接阿里云

OK

AT+CMQSUB=0,"/productKey/deviceName/TEST1 ",1

订阅主题

OK

AT+CMQPUB=0,"/productKey/deviceName/TEST1",

1,0,0,16,"3132333435363738"1

发布主题和消息

OK

+CMQPUB:0,"/productKey/deviceName/TEST1",

1,0,0,16,"3132333435363738"

AT+CMQUNSUB=0,"/productKey/deviceName/TEST1"

取消订阅主题

OK

AT+CMQDISCON=0

断开 MQTT 连接

OK

说明：测试MQTT相关指令时，因NB-IoT网络问题，AT应答时间相对较长，请耐心等候。详细过程请参考：SIM7020X NB-I0T HAT携手阿里云MQTT

接入树莓派使用

硬件连接

SIM7020X NB-IoT HAT板载树莓派GPIO接口，可直接插入各版本树莓派使用；下表为树莓派管脚与模块引脚连接情况(树莓派三代B+)：

与树莓派引脚连接图

SIM7020X NB-IoT HAT

Raspberry Pi

5V

5V

GND

GND

RXD

TXD (对应BCM的14)

TXD

RXD (对应BCM的15)

PWR

P7 (对应BCM的P4)

软件配置

【引脚初始化】

接入树莓派实物图

模块出厂默认PWR引脚是通过跳线帽跳选到树莓派的P4引脚，为确保SIM7020X NB-IoT HAT接入树莓派后能正常工作，才需要初始化树莓派引脚的电平输出。

参考操作如下：

下载树莓派代码，把SIM7020X整个文件夹复制到/home/pi/ 路径下，

命令行进入到/home/pi/目录下，执行指令

chmod 777 sim7020_nbiot_hat_init

设置开机初始化脚本，运行命令：

sudo nano /etc/rc.local

在exit 0前面加入 (如下图所示)：

sh /home/pi/SIM7020X/sim7020_nbiot_hat_init

【串口配置】

由于树莓派串口默认用于终端调试，如需使用串口，则需要修改树莓派设置。

执行如下命令进入树莓派配置：

sudo raspi-config

选择Interfacing Options ->Serial ->no -> yes，关闭串口调试功能。

打开/boot/config.txt文件，找到如下配置语句使能串口，如果没有，可添加在文件最后面：

enable_uart=1

重启生效。

树莓派minicom调试

minicom AT指令测试

将模块插入树莓派中，安装minicom，minicom是linux平台串口调试工具：

sudo apt-get install minicom

执行minicom -D /dev/ttyS0 可进入minicom串口调试界面

默认波特率为115200，ttyS0为树莓派3B/3B+的串口，Zero/2B为ttyAMA0

树莓派示例程序演示

下载示例程序，把BCM2835整个文件夹拷贝到树莓派上，比如放到/home/pi/下，并改名为SIM7020X。

【bcm2835安装】

进入SIM7020X下的bcm2835目录，编译安装bcm2835库，执行指令：

chmod +x configure && ./configure && sudo make check && sudo make install

【编译和运行】

树莓派示例程序结构图参考下图：

下面以编译和运行AT示例程序为例：

cd /home/pi/SIM7020X/examples/AT

sudo make clean && sudo make && sudo ./main

示例程序测试截图：

AT

TCP

UDP

接入STM32使用

硬件连接

SIM7020X NB-IoT HAT引出了串口控制引脚，可用于接入STM32单片机使用；下表为STM32F103R管脚与模块引脚连接情况(微雪Open103V)：

与STM32引脚连接图

SIM7020X NB-IoT HAT

STM32F103

5V

5V

GND

GND

RXD

PA2 (对应USART2的TX)

TXD

PA3 (对应USART2的RX)

STM32示例程序演示

说明：测试TCP例程还需要额外的串口通信模块接入到开发板的USART1接口，以获取程序运行后打印输出的提示信息。

TCP

接入Jetson Nano使用

Jetson Nano板载类似RaspberryPi 40Pin GPIO接口，SIM7020C NB -IoT HAT可直接接入使用，Jetson Nano的终端访问串口不影响与SIM7020C NB -IoT HAT(即Pin14和Pin15)串口通信。

Jetson Nano实物连接图

SIM7020C-NB-IoT HAT

Jetson Nano

5V

5V

GND

GND

TXD

14 (BCM编码)

RXD

15 (BCM编码)

PWR

4(BCM编码)

Jetson Nano minicom串口调试

1、将SIM7020X NB-IoT HAT接入Jetson Nano中，按下PWRKER键两秒后开机

2、使用SERIAL登录Jetson Nano终端，安装minicom，在终端下输入:

sudo apt-get install minicom

3、运行minicom进行串口调试，在终端下输入

sudo minicom -D /dev/ttyTHS1 -b 115200

4、 发送AT指令测试，退出时按下PWRKEY按键三秒后开始关机，退出minicom先按Ctrl+A，再按X，最后按ENTER

Python例程

安装函数库

sudo apt-get python3-pip

sudo pip3 install pyserial

sudo apt-get install p7zip

使用wget工具下载源码到Jetson Nano指定文件夹，复制下面命令

进入刚创建并下载了源码的目录，使用p7zip工具解压到当前目录，并更改读写执行权限

cd ~/Documents

sudo p7zip --uncompress SIM7020X-NB-IoT-HAT-Demo-Code.7z

sudo chmod 777 -R SIM7020X-NB-IoT-HAT-Demo-Code

AT

SIM7020C NB-IoT HAT接入Jetson Nano，按PWRKEY键两秒开机

进入JetsonNano/AT目录，执行命令：

cd ~/Documents/SIM7020X-NB-IoT-HAT-Demo-Code/JetsonNano/AT/

sudo python3 AT.py

TCP

SIM7020C NB-IoT HAT接入Jetson Nano，若SIM7020C NB-IoT HAT未开机，按PWRKEY键两秒开机

cd ~/Documents/SIM7020X-NB-IoT-HAT-Demo-Code/JetsonNano/TCP/

sudo python3 TCP.py

UDP

SIM7020C NB-IoT HAT接入Jetson Nano，若SIM7020C NB-IoT HAT未开机，按PWRKEY键两秒开机

cd ~/Documents/SIM7020X-NB-IoT-HAT-Demo-Code/JetsonNano/UDP/

sudo python3 UDP.py

Arduino例程

硬件连接

安装Arduino库

下载解压示例程序，

把Waveshare_SIM7020X_Arduino_Library文件夹复制到Arduino IDE安装路径下的Library目录下

打开Arduino IDE --> File -->Examples -->Waveshare_SIM7020X_Arduino_Library，然后选择运行对应的示例程序：

Arduino示例演示

说明：更多示例程序持续更新中… …