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基于C++的4G通过MQTT协议连接Onenet实现物联网通信_4g mqtt

作者：我家自动化 | 2024-08-06 10:51:38

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4g mqtt

基于C++的4G通过MQTT协议连接Onenet实现物联网通信

引言

在物联网（IoT）领域，设备之间的通信是实现智能控制和数据采集的关键。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的通信协议，特别适用于物联网环境。通过4G网络，物联网设备可以实现随时随地的数据传输。本文将详细介绍如何使用C++实现通过4G网络和MQTT协议连接Onenet平台，打造一个高效的物联网通信系统。

一、MQTT协议简介

1.1 MQTT协议概述

MQTT是一种基于发布/订阅模式的轻量级通信协议，广泛应用于物联网设备的数据传输。其核心组成部分包括：

  • Broker：消息代理服务器，负责接收、过滤和分发消息。
  • Publisher：消息发布者，将消息发送到特定主题。
  • Subscriber：消息订阅者，接收订阅主题的消息。

1.2 MQTT的优点

MQTT协议具有以下优点：

  1. 轻量级：数据开销小，适用于带宽有限的网络环境。
  2. 低延迟：基于TCP/IP协议，具有低延迟的特性。
  3. 可靠性：支持QoS（Quality of Service）服务质量等级，确保消息的可靠传输。
  4. 灵活性：支持发布/订阅模式，灵活处理多对多通信。

二、Onenet平台简介

2.1 Onenet平台概述

Onenet是中国移动提供的物联网平台，支持设备数据的接入、存储和分析，支持多种通信协议，包括MQTT、HTTP、CoAP等。通过Onenet，开发者可以方便地管理和监控物联网设备。

2.2 Onenet平台的优势

  1. 高可用性：Onenet平台具有高可用性和可靠性，支持大规模设备接入。
  2. 多协议支持：支持多种通信协议，方便不同类型的设备接入。
  3. 数据存储与分析：提供数据存储和分析功能，方便数据处理和挖掘。
  4. 丰富的API：提供丰富的API接口，方便开发者进行二次开发。

三、4G网络与MQTT的结合

3.1 4G网络在物联网中的应用

4G网络具有高速率、低延迟的特点，非常适合物联网设备的数据传输。通过4G网络，物联网设备可以随时随地进行数据通信，尤其适用于移动设备和分布广泛的传感器网络。

3.2 4G和MQTT的结合

将4G网络与MQTT协议结合，可以充分发挥两者的优势，实现高效、可靠的物联网通信。通过4G网络，设备可以快速接入互联网，通过MQTT协议实现数据的低延迟传输和高效管理。

四、C++实现4G通过MQTT连接Onenet

4.1 环境准备

在进行C++开发之前，需要准备以下环境：

  1. 硬件：

    • 4G模块（如SIM7600、EC20等）
    • 开发板（如Arduino、ESP32等）
    • USB数据线

  2. 软件：

    • Arduino IDE或其他C++开发环境
    • MQTT库（如pubsubclient）

4.2 4G模块配置

首先，需要配置4G模块，使其能够连接到互联网。以SIM7600为例，配置步骤如下：

  1. 连接4G模块到开发板，并通过串口通信进行配置。
  2. 初始化4G模块，检查SIM卡状态。
  3. 配置APN（接入点名称），使模块连接到互联网。

以下是Arduino代码示例：

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial sim7600(10, 11); // RX, TX

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  sim7600.begin(9600);

  delay(1000);
  sendCommand("AT", 1000);
  sendCommand("AT+CPIN?", 1000);
  sendCommand("AT+CSQ", 1000);
  sendCommand("AT+CREG?", 1000);
  sendCommand("AT+CSTT=\"your_apn\"", 1000);
  sendCommand("AT+CIICR", 1000);
  sendCommand("AT+CIFSR", 1000);
}

void loop() {
  // 这里可以添加其他代码
}

void sendCommand(String command, int timeout) {
  sim7600.println(command);
  long int time = millis();
  while ((time + timeout) > millis()) {
    while (sim7600.available()) {
      char c = sim7600.read();
      Serial.print(c);
    }
  }
}

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4.3 MQTT客户端配置

配置4G模块成功连接互联网后，可以通过MQTT协议连接Onenet平台。使用pubsubclient库实现MQTT客户端，以下是代码示例：

#include <PubSubClient.h>
#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial sim7600(10, 11); // RX, TX
WiFiClient wifiClient;
PubSubClient client(wifiClient);

const char* mqtt_server = "your_mqtt_server";
const char* device_id = "your_device_id";
const char* device_key = "your_device_key";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  sim7600.begin(9600);

  // 连接4G网络
  delay(1000);
  sendCommand("AT", 1000);
  sendCommand("AT+CPIN?", 1000);
  sendCommand("AT+CSQ", 1000);
  sendCommand("AT+CREG?", 1000);
  sendCommand("AT+CSTT=\"your_apn\"", 1000);
  sendCommand("AT+CIICR", 1000);
  sendCommand("AT+CIFSR", 1000);

  // 配置MQTT客户端
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  client.setCallback(callback);
  reconnect();
}

void loop() {
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();
}

void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Connecting to MQTT...");
    if (client.connect(device_id, device_id, device_key)) {
      Serial.println("connected");
      client.subscribe("your_topic");
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      delay(5000);
    }
  }
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
  }
  Serial.println();
}

void sendCommand(String command, int timeout) {
  sim7600.println(command);
  long int time = millis();
  while ((time + timeout) > millis()) {
    while (sim7600.available()) {
      char c = sim7600.read();
      Serial.print(c);
    }
  }
}

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4.4 发布和订阅消息

通过以上代码，成功连接到Onenet平台后，可以使用以下函数发布和订阅消息：

void publishMessage(const char* topic, const char* payload) {
  if (client.publish(topic, payload)) {
    Serial.println("Message published");
  } else {
    Serial.println("Publish failed");
  }
}

void subscribeTopic(const char* topic) {
  if (client.subscribe(topic)) {
    Serial.println("Subscribed to topic");
  } else {
    Serial.println("Subscribe failed");
  }
}

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五、实际应用案例

5.1 环境监测系统

在环境监测系统中，可以使用多个传感器采集数据，通过4G网络和MQTT协议将数据传输到Onenet平台，实现实时监测和数据分析。以下是一个环境监测系统的示例代码：

#include <PubSubClient.h>
#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial sim7600(10, 11); // RX, TX
WiFiClient wifiClient;
PubSubClient client(wifiClient);

const char* mqtt_server = "your_mqtt_server";
const char* device_id = "your_device_id";
const char* device_key = "your_device_key";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  sim7600.begin(9600);

  // 连接4G网络
  delay(1000);
  sendCommand("AT", 1000);
  sendCommand("AT+CPIN?", 1000);
  sendCommand("AT+CSQ", 1000);
  sendCommand("AT+CREG?", 1000);
  sendCommand("AT+CSTT=\"your_apn\"", 1000);
  sendCommand("AT+CIICR", 1000);
  sendCommand("AT+CIFSR", 1000);

  // 配置MQTT客户端
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  client.setCallback(callback);
  reconnect();
}

void loop() {
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
 

 }
  client.loop();

  // 采集传感器数据
  float temperature = readTemperature();
  float humidity = readHumidity();

  // 发布数据到Onenet
  char payload[100];
  snprintf(payload, sizeof(payload), "{\"temperature\": %.2f, \"humidity\": %.2f}", temperature, humidity);
  publishMessage("your_topic", payload);

  delay(60000); // 每分钟采集一次数据
}

float readTemperature() {
  // 模拟读取温度传感器数据
  return 25.0 + random(-5, 5) * 0.1;
}

float readHumidity() {
  // 模拟读取湿度传感器数据
  return 60.0 + random(-10, 10) * 0.1;
}

void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Connecting to MQTT...");
    if (client.connect(device_id, device_id, device_key)) {
      Serial.println("connected");
      client.subscribe("your_topic");
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      delay(5000);
    }
  }
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
  }
  Serial.println();
}

void sendCommand(String command, int timeout) {
  sim7600.println(command);
  long int time = millis();
  while ((time + timeout) > millis()) {
    while (sim7600.available()) {
      char c = sim7600.read();
      Serial.print(c);
    }
  }
}

void publishMessage(const char* topic, const char* payload) {
  if (client.publish(topic, payload)) {
    Serial.println("Message published");
  } else {
    Serial.println("Publish failed");
  }
}

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5.2 智能农业系统

在智能农业系统中，可以使用4G网络和MQTT协议监测土壤湿度、温度等参数，通过Onenet平台实现远程监控和自动灌溉。以下是一个智能农业系统的示例代码：

#include <PubSubClient.h>
#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial sim7600(10, 11); // RX, TX
WiFiClient wifiClient;
PubSubClient client(wifiClient);

const char* mqtt_server = "your_mqtt_server";
const char* device_id = "your_device_id";
const char* device_key = "your_device_key";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  sim7600.begin(9600);

  // 连接4G网络
  delay(1000);
  sendCommand("AT", 1000);
  sendCommand("AT+CPIN?", 1000);
  sendCommand("AT+CSQ", 1000);
  sendCommand("AT+CREG?", 1000);
  sendCommand("AT+CSTT=\"your_apn\"", 1000);
  sendCommand("AT+CIICR", 1000);
  sendCommand("AT+CIFSR", 1000);

  // 配置MQTT客户端
  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  client.setCallback(callback);
  reconnect();
}

void loop() {
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  // 采集传感器数据
  float soilMoisture = readSoilMoisture();
  float temperature = readTemperature();

  // 发布数据到Onenet
  char payload[100];
  snprintf(payload, sizeof(payload), "{\"soilMoisture\": %.2f, \"temperature\": %.2f}", soilMoisture, temperature);
  publishMessage("your_topic", payload);

  delay(60000); // 每分钟采集一次数据
}

float readSoilMoisture() {
  // 模拟读取土壤湿度传感器数据
  return 40.0 + random(-5, 5) * 0.1;
}

float readTemperature() {
  // 模拟读取温度传感器数据
  return 20.0 + random(-5, 5) * 0.1;
}

void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Connecting to MQTT...");
    if (client.connect(device_id, device_id, device_key)) {
      Serial.println("connected");
      client.subscribe("your_topic");
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      delay(5000);
    }
  }
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
  }
  Serial.println();
}

void sendCommand(String command, int timeout) {
  sim7600.println(command);
  long int time = millis();
  while ((time + timeout) > millis()) {
    while (sim7600.available()) {
      char c = sim7600.read();
      Serial.print(c);
    }
  }
}

void publishMessage(const char* topic, const char* payload) {
  if (client.publish(topic, payload)) {
    Serial.println("Message published");
  } else {
    Serial.println("Publish failed");
  }
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六、总结

本文详细介绍了如何使用4G网络通过MQTT协议连接Onenet，实现物联网通信。从MQTT协议的基础知识，到Onenet平台的优势，再到具体的C++实现代码，涵盖了物联网通信的各个方面。通过实例说明，读者可以了解到如何在实际项目中应用4G和MQTT技术，实现高效、可靠的物联网通信。

4G网络和MQTT协议的结合，为物联网设备提供了广泛的应用场景，无论是在环境监测、智能农业，还是在其他领域，都能发挥其强大的功能和优势。希望本文能为读者提供有益的参考，帮助大家更好地理解和应用4G和MQTT技术，推动物联网的发展。

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