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使用ENS22和STM32F410RB轻松连接您的物联网设备到5G网络

体验我们的NB-IoT带来的5G力量

5G NB IoT Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

5G NB IoT Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

通过一个将 NB-IoT 技术的优势相结合的平台,将您的物联网连接提升到新的高度,包括功耗效率和广覆盖,为您提供可靠且安全的物联网体验。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

5G NB IoT Click 基于 ENS22,这是来自泰利斯的 NB-IoT 无线模块平台,为物联网提供高效未来的 5G 连接性。ENS22 物联网无线模块将未来的 5G 连接性与扩展覆盖范围和增强安全功能相结合,以连接和保护工业物联网解决方案。ENS22 物联网无线模块可提供高达 27 Kbit/s 的下行速度和 63 Kbit/s 的上行速度的数据速率,非常适用于长寿命的仅数据解决方案,例如公用事业计量器和智能城市解决方案。5G NB IoT Click 具有集成的 NB-IoT 收发器,多频段移动蜂窝设备。该模块可在 698-960 MHz 和 1695-2180MHz 的频段上运

行,系统带宽为 200 kHz。它设计用于使用 3GPP NB-IoT 无线协议与移动网络运营商 (MNO) 基础设备进行通信。ENS22 物联网模块平台提供一套专为物联网应用优化的 NB-IoT 连接解决方案,并准备支持 Release 14,无需迁移到新的芯片组。它提供了五频段 LTE (3, 5, 8, 20, 28) 连接,具有深室内覆盖和农村地区的扩展范围。该模块提供了内置的 IP 栈,支持一系列由增强的安全概念保护的互联网服务。增量固件空中更新 (FOTA) 允许仅修订需要更新的代码部分,节省功耗和带宽,延长物联网解决方案的寿命。该模块的简化电源

设计和先进的管理系统延长了电池寿命并改善了总拥有成本。这个 Click board™ 配备了 USB C 类连接器。它允许模块由个人计算机供电和配置。FT230X IC 需要驱动程序才能工作。FTDI 在其官方驱动程序下载网页上提供所有主要操作系统的驱动程序。此外,Windows 操作系统的驱动程序包含在下面的下载部分中。5G NB IoT Click 具有完全集成的锂离子或锂聚合物电池充电器,与模块相结合可达到 10 ~ 15 年的电池寿命,用户完全可以单独使用它,只需电池供电。

5G NB IoT Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

LTE 平板旋转天线是提升 3G/4G LTE 设备性能的多功能选择。其频率范围为 700-2700MHz,确保在全球主要蜂窝频段上的最佳连接性。这款平板天线配有 SMA 公头连接器,使其易于直接连接到您的设备或 SMA 模块连接器。它的一个突出特点是其可调角度,可以以 45⁰ 的增量(0⁰/45⁰/90⁰)进行设置,允许您微调天线的方向以获得最佳信号接收。具有 50Ω 的阻抗和 <2.0:1 的电压驻波比 (VSW 比),这款天线确保可靠且高效的连接。5dB 增益、垂直极化和全向辐射模式增强了信号强度,使其适用于各种应用。天线长度为 196mm,宽度为 38mm,提供了一种紧凑但有效的解决方案来改善您的连接性。最高输入功率为 50W,可满足各种设备的需求。

5G NB IoT Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Ignition
PC12
RST
UART CTS
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
UART RTS
PC14
INT
UART TX
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

5G NB IoT Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F410RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 5G NB IoT Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • c5gnbiot_send_cmd - 发送命令函数

  • c5gnbiot_set_sim_apn - 设置 SIM 卡 APN 函数

  • c5gnbiot_send_text_message - 以 PDU 模式发送短信函数

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief 5gNbIot Click example
 * 
 * # Description
 * This example reads and processes data from 5G NB IoT click.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes driver and wake-up module and sets default configuration for connecting device to network.
 * 
 * ## Application Task  
 * Waits for device to connect to network and then sends an SMS to the selected phone number.
 * 
 * ## Additional Function
 * - static void c5gnbiot_clear_app_buf ( void )
 * - static void c5gnbiot_error_check( err_t error_flag )
 * - static void c5gnbiot_log_app_buf ( void )
 * - static void c5gnbiot_check_connection( void )
 * - static err_t c5gnbiot_rsp_check ( void )
 * - static err_t c5gnbiot_process ( void )
 * 
 * @note 
 * In order for the example to work, user needs to set the phone number to which he wants 
 * to send an SMS, and also will need to set an APN and SMSC of entered SIM card.
 * Enter valid data for the following macros: SIM_APN, SIM_SMSC and PHONE_NUMBER_TO_MESSAGE.
 * E.g. 
    SIM_APN "vipmobile"
    SIM_SMSC "+381610401"
    PHONE_NUMBER_TO_MESSAGE "+381659999999"
 * 
 * @author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "c5gnbiot.h"

#define APP_OK                              0
#define APP_ERROR_DRIVER                    -1
#define APP_ERROR_OVERFLOW                  -2
#define APP_ERROR_TIMEOUT                   -3

#define RSP_OK                              "OK"
#define RSP_ERROR                           "ERROR"

#define SIM_APN                             ""  // Set valid SIM APN
#define SIM_SMSC                            ""  // Set valid SMS Service Center Address
#define PHONE_NUMBER_TO_MESSAGE             "" // Set Phone number to message
#define MESSAGE_CONTENT                     "5G NB IoT Click" // Messege content 

#define PROCESS_BUFFER_SIZE                 300

#define WAIT_FOR_CONNECTION                 0
#define CONNECTED_TO_NETWORK                1

static c5gnbiot_t c5gnbiot;
static log_t logger;

static char app_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ]  = { 0 };
static int32_t app_buf_len                  = 0;
static int32_t app_buf_cnt                  = 0;

static uint8_t app_connection_status        = WAIT_FOR_CONNECTION;

static err_t app_error_flag;

/**
 * @brief 5G NB IoT clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length and counter.
 * @note None.
 */
static void c5gnbiot_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief 5G NB IoT data reading function.
 * @details This function reads data from device and concats data to application buffer.
 * 
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read.
 *         @li @c -2 - Application buffer overflow.
 *
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t c5gnbiot_process ( void );

/**
 * @brief 5G NB IoT check for errors.
 * @details This function checks for different types of errors and logs them on UART.
 * @note None.
 */
static void c5gnbiot_error_check( err_t error_flag );

/**
 * @brief 5G NB IoT logs application buffer.
 * @details This function logs data from application buffer.
 * @note None.
 */
static void c5gnbiot_log_app_buf ( void );

/**
 * @brief 5G NB IoT response check.
 * @details This function checks for response and returns the status of response.
 * 
 * @return application status.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t c5gnbiot_rsp_check ( void );

/**
 * @brief 5G NB IoT chek connection.
 * @details This function checks connection to the network and 
 *          logs that status to UART.
 * 
 * @note None.
 */
static void c5gnbiot_check_connection( void );

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    c5gnbiot_cfg_t c5gnbiot_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );
    Delay_ms( 1000 );
    
    // Click initialization.
    c5gnbiot_cfg_setup( &c5gnbiot_cfg );
    C5GNBIOT_MAP_MIKROBUS( c5gnbiot_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = c5gnbiot_init( &c5gnbiot, &c5gnbiot_cfg );
    if ( init_flag == UART_ERROR )
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Power on device... " );
    Delay_ms( 1000 );
    c5gnbiot_power_on( &c5gnbiot );
    
    // dummy read
    c5gnbiot_process( );
    c5gnbiot_clear_app_buf( );
    // AT
    c5gnbiot_send_cmd( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_AT );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check( );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
    
    // ATI - product information
    c5gnbiot_send_cmd( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_ATI );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
    
    // CGMR - firmware version
    c5gnbiot_send_cmd( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_CGMR );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
    
    // COPS - deregister from network
    c5gnbiot_send_cmd_with_parameter( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_COPS, "2" );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
    
    // CGDCONT - set sim apn
    c5gnbiot_set_sim_apn( &c5gnbiot, SIM_APN );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
     
    // CFUN - full funtionality
    c5gnbiot_send_cmd_with_parameter( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_CFUN, "1" );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
    
    // COPS - automatic mode
    c5gnbiot_send_cmd_with_parameter( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_COPS, "0" );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 2000 );
    
    // CEREG - network registration status
    c5gnbiot_send_cmd_with_parameter( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_CEREG, "2" );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
    
    // CIMI - request IMSI
    c5gnbiot_send_cmd( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_CIMI );
    app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
    c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
    Delay_ms( 500 );
    
    app_buf_len = 0;
    app_buf_cnt = 0;
    app_connection_status = WAIT_FOR_CONNECTION;
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms( 5000 );
}

void application_task ( void )
{  
    if ( app_connection_status == WAIT_FOR_CONNECTION )
    {
        // CGATT - request IMSI
        c5gnbiot_send_cmd_check( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_CGATT );
        app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
        c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
        Delay_ms( 500 );
        
        // CEREG - network registration status
        c5gnbiot_send_cmd_check( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_CEREG );
        app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
        c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
        Delay_ms( 500 );
        
        // CSQ - signal quality
        c5gnbiot_send_cmd( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_CESQ );
        app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
        c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
        Delay_ms( 5000 );
    }
    else
    {
        log_info( &logger, "CONNECTED TO NETWORK" );
        
        for( ; ; )
        {   
            log_printf( &logger, "> Sending message to phone number...\r\n" );
            c5gnbiot_send_text_message( &c5gnbiot, SIM_SMSC, PHONE_NUMBER_TO_MESSAGE, MESSAGE_CONTENT );
            app_error_flag = c5gnbiot_rsp_check(  );
            c5gnbiot_error_check( app_error_flag );
            Delay_ms( 10000 );
            Delay_ms( 10000 );
            Delay_ms( 10000 );
        }
    }
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

static void c5gnbiot_clear_app_buf ( void )
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
    app_buf_cnt = 0;
}

static err_t c5gnbiot_process ( void )
{
    err_t return_flag = APP_ERROR_DRIVER;
    int32_t rx_size;
    char rx_buff[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    
    rx_size = c5gnbiot_generic_read( &c5gnbiot, rx_buff, PROCESS_BUFFER_SIZE );

    if ( rx_size > 0 )
    { 
        int32_t buf_cnt = 0;
        return_flag = APP_OK;

        if ( app_buf_len + rx_size >= PROCESS_BUFFER_SIZE )
        {
            c5gnbiot_clear_app_buf(  );
            return_flag = APP_ERROR_OVERFLOW;
        }
        else
        {
            buf_cnt = app_buf_len;
            app_buf_len += rx_size;
        }

        for ( int32_t rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ )
        {
            if ( rx_buff[ rx_cnt ] != 0 ) 
            {
                app_buf[ ( buf_cnt + rx_cnt ) ] = rx_buff[ rx_cnt ];
            }
            else
            {
                app_buf_len--;
                buf_cnt--;
            }
        }
    } 

    return return_flag;
}

static err_t c5gnbiot_rsp_check ( void )
{
    uint16_t timeout_cnt = 0;
    uint16_t timeout = 10000;
    
    err_t error_flag = c5gnbiot_process(  );
    
    if ( ( error_flag != 0 ) && ( error_flag != -1 ) )
    {
        return error_flag;
    }
    
    while ( ( strstr( app_buf, RSP_OK ) == 0 ) && ( strstr( app_buf, RSP_ERROR ) == 0 ) )
    {
        error_flag = c5gnbiot_process(  );
        if ( ( error_flag != 0 ) && ( error_flag != -1 ) )
        {
            return error_flag;
        }
        
        timeout_cnt++;
        if ( timeout_cnt > timeout )
        {
            while ( ( strstr( app_buf, RSP_OK ) == 0 ) && ( strstr( app_buf, RSP_ERROR ) == 0 ) )
            {
                c5gnbiot_send_cmd( &c5gnbiot, C5GNBIOT_CMD_AT );
                c5gnbiot_process(  );
                Delay_ms( 100 );
            }
            c5gnbiot_clear_app_buf(  );
            return APP_ERROR_TIMEOUT;
        }
        
        Delay_ms( 1 );
    }
    
    c5gnbiot_check_connection();
    
    c5gnbiot_log_app_buf();
    
    log_printf( &logger, "-----------------------------------\r\n" );
    
    return APP_OK;
}

static void c5gnbiot_error_check( err_t error_flag )
{
    if ( ( error_flag != 0 ) && ( error_flag != -1 ) )
    {
        switch ( error_flag )
        {
            case -2:
                log_error( &logger, " Overflow!" );
                break;
            case -3:
                log_error( &logger, " Timeout!" );
                break;
            default:
                break;
        }
    }
}

static void c5gnbiot_log_app_buf ( void )
{
    for ( int32_t buf_cnt = 0; buf_cnt < app_buf_len; buf_cnt++ )
    {
        log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt ] );
    }
    log_printf( &logger, "\r\n" );
    c5gnbiot_clear_app_buf(  );
}

static void c5gnbiot_check_connection( void )
{
    #define CONNECTED "+CGATT: 1"
    
    if ( strstr( app_buf, CONNECTED ) != 0 )
    {
        app_connection_status = CONNECTED_TO_NETWORK;
    }
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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