简介
NB-IoT是指基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band－Internet of Things）技术。它是IoT领域的一个新兴技术分支，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也称作低功耗广域网（LPWAN）。NB-IoT工作于授权频谱下，可以直接部署在GSM、UMTS、LTE网络，与现有网络共存，而带宽大约只消耗180KHz。
SIM7000 Arduino NB-IoT/LTE/GPRS 扩展板是DFRobot基于SIMCom SIM7000设计的无线通信模块，专为Arduino控制器设计，支持多频LTE-FDD，双频GPRS/EDGE，NB-IoT通信。这是国内第一款将NB-IoT技术引入到开源硬件领域的产品。无论是做原型开发，还是做小批量生产，SIM7000 Arduino NB-IoT/LTE/GPRS 扩展板都是低功耗，低延迟、中等吞吐量应用的最优解决方案。此外SIM7000板载GNSS全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），支持美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧洲的Galileo，日本的QZSS以及，中国自主研发的北斗导航系统。非常适用于远程控制，移动追踪，远程抄表，共享单车等物联网应用。
SIM7000 NB-IoT/LTE/GPRS 扩展板同时支持普通SIM卡和NB-IoT专用卡，可以插接普通SIM卡进行打电话、发短信等传统GSM应用，也可以插接NB-IoT专用卡，使用NB-IoT网络进行数据传输。此外扩展板还提供了BME280环境传感器，可以作为NB-IoT项目的原型机开发，可以监测温度，湿度及气压数值。
⚠SIM7000C适用于国内频段，SIM7000E适用于欧洲频段，请根据使用场景，谨慎选择对应产品！
⚠SIM7000系列扩展板在V2.0及后续版本，已去除板载BME280传感器！
性能描述
-
工作电压：5V（注意：模块在连接网络瞬间会消耗大量电流，工作时，需外接电源）
-
输入电压：7~12VDC （VIN端，极限6~20V）
-
通信模组：SIM7000
- Single-Band TDD-LTE B39
- Quad-Band FDD-LTE B1/B3/B5/B8 (SIM7000C)（已上架）
- Quad-Band FDD-LTE B3/B8/B20/B28 (SIM7000E)（已上架）
- GPRS/EDGE 900/1800 MHz
- Output power
- GSM900: 2W
- DCS1800: 1W
- Control Via AT Commands
- Operation temperature: -40℃ to +85℃
- GNSS (GPS, GLONASS, BeiDou, Compass, Galileo, QZSS)
- Firmware update via USB 2.0
-
支持普通SIM卡以及NB-IoT专用卡（注意：请先确认您的SIM频段是否包含在支持频段内）
-
BME280环境传感器(SIM7000系列扩展板在V2.0及后续版本，已去除板载BME280传感器)
- 温度检测范围：-40℃~+85℃，分辨率0.1℃，误差±0.5℃
- 湿度检测范围：0~100%RH，分辨率0.1%RH，误差±2%RH
- 压力检测范围：300~1100hPa
- 湿度测量响应时间：1s
-
工作温度：-30℃ ~ +80℃
-
尺寸：53.4 x 68.6mm
接口说明
⚠注意：
- 软硬串口切换开关：由于Arduino UNO/Mega等控制器默认D0和D1为硬件串口，与USB端相连。很多需要使用串口的扩展板，在使用时会出现串口冲突的问题，所以特别设计了一个软串口接口，用户可以使用软串口与Arduino进行通信 扩展阅读：Arduino SoftwareSerial Library
- 为了方便程序控制，Boot按键默认引至D12引脚，可以通过拉高D12引脚2秒实现模块的开关机。SIM7000开机后会有2秒左右初始化时间，初始化完成后可正常使用。
使用教程（基于SIM7000库）
准备工作
-
硬件
- 1 x Arduino UNO控制板（可兼容LEONARDO和MEGA,请参考演示程序的注释做出相应改动）
- 1 x SIM7000 Arduino NB-IoT/LTE/GPRS 扩展板
- 1 x 为UNO下载程序的USB线
- 1 x 7V~12V直流电源
-
软件
- Arduino IDE， 点击下载Arduino IDE
- 请先下载DFRobot通用SIM库
- 请先下载NB-IOT SIM7000 Shield库
- 如何安装库文件，点击链接
硬件连接
将扩展板插在Arduino UNO控制器上
样例代码
- 由于Arduino UNO 只有一个硬件串口，使用时，推荐使用软串口通信，SIM7000库文件默认使用软串口，请将软硬件串口控制开关切换至TX>D8,RX>D7。
- 程序使用SIM7000通过GPRS连接网站并进行HTTP报文交互。
#include <Wire.h>
#include <DFRobot_SIM7000.h>
#define PIN_TX 7
#define PIN_RX 8
SoftwareSerial mySerial(PIN_RX, PIN_TX);
DFRobot_SIM7000 sim7000(&mySerial);
static char buff[350];
void setup() {
int signalStrength, dataNum;
Serial.begin(115200);
mySerial.begin(19200);
Serial.println("Turn ON SIM7000......");
if (sim7000.turnON()) { //Turn ON SIM7000
Serial.println("Turn ON !");
}
Serial.println("Set baud rate......");
if (sim7000.setBaudRate(19200)) { //Set baud rate from 115200 to 19200
Serial.println("Set baud rate:19200");
} else {
Serial.println("Faile to set baud rate");
while (1);
}
Serial.println("Check SIM card......");
if (sim7000.checkSIMStatus()) { //Check SIM card
Serial.println("SIM card READY");
} else {
Serial.println("SIM card ERROR");
while (1);
}
delay(500);
Serial.println("Set net mod......");
if (sim7000.setNetMode(sim7000.eNB)) { //Set net mod NB-IOT
Serial.println("Set NB mode");
} else {
Serial.println("Fail to set mode");
}
Serial.println("Get signal quality......");
delay(500);
signalStrength = sim7000.checkSignalQuality(); //Check signal quality from (0-30)
Serial.print("signalStrength =");
Serial.println(signalStrength);
delay(500);
Serial.println("Attaching service......");
if (sim7000.attacthService()) { //Open the connection
Serial.println("Attach service");
} else {
Serial.println("Fail to Attach service");
while (1);
}
delay(200);
Serial.println("Connecting......");
if (sim7000.openNetwork(sim7000.eTCP, "www.taobao.com", 80)) { //Start Up TCP or UDP Connection
Serial.println("Connect OK");
} else {
Serial.println("Fail to connect");
while (1);
}
sim7000.send("HEAD/HTTP/1.1\r\nHost:www.taobao.com\r\nConnection:keep-alive\r\n\r\n"); //Send Data Through TCP or UDP Connection
dataNum = sim7000.recv(buff, 350); //Receive data
Serial.print("dataNum=");
Serial.println(dataNum);
Serial.println(buff);
delay(500);
if (sim7000.closeNetwork()) { //End the connection
Serial.println("Close connection");
} else {
Serial.println("Fail to close connection");
}
delay(2000);
sim7000.turnOFF(); //Turn OFF SIM7000
}
void loop() {
delay(1000);
}
- 函数说明：
- 设置软串口，SIM7000采用软串口控制TX为D8 RX为D7。
begin(Stream &s_)
- 使用软件方式开启SIM7000，开启后扩展板上的Net指示灯闪烁，SIM7000有2秒左右初始化时间，初始化成功后函数返回true。
turnON();
- 使用软件方式关闭SIM7000，成功后扩展板上的Net指示灯熄灭。
turnOFF();
- 设置软串口波特率，SIM7000串口默认波特率为115200，使用软串口控制时为避免乱码将波特率设置为19200及以下，成功设置后返回true。(其他可设置值9600，4800，2400，1200)
setBaudRate(int rate);
- 初始化AT指令功能，成功后返回True。
checkSIMStatus();
- 设置网络模式，成功后返回true。可设置模式： GPRS：GPRS模式 NB：NB-IOT模式。
setNet(Net net);
- 检测信号强度，返回值为信号强度。返回值为99时表示无法检测到信号。
checkSignalQuality();
- 打开连接服务，成功后返回true。
attacthService();
- 连接网络，选择连接协议(TCP或者UDP)，所连接的域名，端口号，连接成功后返回true。
connect(Protocol ptl,const char *host, int port);
- 数据传输，连接成功后向服务端发送信息，可指定发送信息大小，或直接输入需发送信息。
send(const char *str);
send(void* buf,size_t len);
- 数据接收，接收服务端的信息并存储，可设置最大接收量，和等待时间。返回实际接收字节数。
recv(char* buf,int maxlen,int timeout);
- 断开连接，成功后返回true。
close();
- 程序演示：
使用教程（基于串口AT指令）
准备工作
与上面的教程（基于SIM7000库）保持一致
硬件连接
与上面的教程（基于SIM7000库）保持一致
样例代码
- SIM7000 NB-IoT Shield可使用串口发送AT指令进行控制，SIM7000 NB-IoT Shield串口默认波特率为115200，需先将波特率设置为19200避免乱码。
- AT指令需以回车换行符结尾。代码如下：
/*
* File : DFRobot_SIM7000_ATtest.ino
* Power : SIM7000 needs 7-12V DC power supply
* Brief : This example use the serial port to send AT command to control the SIM7000
* With initialization completed, we can enter AT command to SIM7000 directly
* AT command list:
* https://github.com/DFRobot/binaryfiles/raw/master/DFR0505/doc/SIM7000%20Series_AT%20Command%20Manual_V1.01.pdf
* Note : If you use Mega please connect PIN8 PIN10 and set PIN_RX = 10
* The AT command must end with CRLF
*/
#include <DFRobot_SIM7000.h>
#define PIN_TX 7
#define PIN_RX 8
SoftwareSerial mySerial(PIN_RX,PIN_TX);
DFRobot_SIM7000 sim7000(&mySerial);
void setup() {
Serial.begin(115200);
mySerial.begin(19200);
Serial.println("Turn ON SIM7000......");
if(sim7000.turnON()){ //Turn ON SIM7000
Serial.println("Turn ON !");
}
Serial.println("Set baud rate......");
if(sim7000.setBaudRate(19200)){ //Set baud rate from 115200 to 19200
Serial.println("Set baud rate:19200");
}else{
Serial.println("Faile to set baud rate");
while(1);
}
mySerial.begin(19200);
Serial.println("For example, if you type AT\\r\\n, OK\\r\\n will be responsed!");
Serial.println("Enter your AT command :");
}
void loop() {
mySerial.listen();
while(mySerial.available()){
Serial.write(mySerial.read());
}
mySerial.flush();
while(Serial.available()){
mySerial.write(Serial.read());
}
delay(20);
}
运行程序后在Uno串口上输入AT指令，即可完成AT指令直接控制SIM7000。下载AT指令表
- 常用AT指令简介：
- AT+CNMP=?
- 网络制式选择：AT+CNMP=2表示模块自动找网模式，AT+CNMP=13表示锁定 GSM only 使用，AT+CNMP=38 表示锁定“ CAT-M1+NBIoT ”组合使用，AT+CNMP=51 表示锁定“ GSM+CAT-M1+NBIoT ”组合使用
- AT+CMNB=?
- LTE网络制式选择：AT+CMNB=1 设置 CAT-M1 模式， AT+CMNB=2 设置 NBIoT 模式，AT+CMNB=3 设置 CAT-M1 和 NBIoT 组合模式
- AT+CSQ
- 检测信号质量，第一个值表示信号强度，为99时表示无法检测信号，此时无法模块通信。第二个值表示误码率，可能值 0-7:误码率依次增加，>6时难以通信，99:暂时无法检测，不影响通信。
- AT+CGATT?
- 检测网络附着状态，1：已附着，可正常通信。2：未附着，不能通信。
- AT+CSTT
- 开启连接任务。
- AT+CIFSR
- 获取本地IP。
- AT+CIPSTART="ptl","host","port"
- 建立连接，ptl:连接协议（TCP或UDP），host:连接域名，可输入具体域名或IP地址。port:连接端口。连接成功返回CONNECT OK
- AT+CIPSEND="len"
- 发送数据，len:发送数据长度，在返回的“>”后输入发送的数据。
- AT+CIPCLOSE
- 断开当前连接。
- AT+CIPSHUT
- 关闭连接，释放资源。
- AT+CNMP=?
- 程序演示：
使用教程（获取定位）
准备工作
与上面的教程（基于SIM7000库）保持一致
硬件连接
连接有源天线，并在户外使用
样例代码
#include <Wire.h>
#include <DFRobot_SIM7000.h>
DFRobot_SIM7000 sim7000(&mySerial);
SoftwareSerial mySerial(8, 7); //Set serial
void setup() {
int signalStrength, dataNum;
Serial.begin(115200);
mySerial.begin(19200);
if (sim7000.turnON()) { //Turn ON SIM7000
Serial.println("Turn NO SIM7000");
}
if (sim7000.setBaudRate(19200)) { //Set baud rate from 115200 to 19200
Serial.println("Set baud rate:19200");
} else {
Serial.println("faile to set baud rate");
}
while (1) {
if (sim7000.init()) { //Init SIM7000
Serial.println("AT command READY");
break;
} else {
Serial.println("AT command ERROR");
delay(500);
}
}
while (1) {
if (sim7000.initPos()) {
Serial.println("Positioning function initialized");
break;
} else {
Serial.println("Fail to init positioning function");
delay(500);
}
}
}
void loop() {
Serial.println("Enter anything to get positioning ");
char loge[10];
readSerial(loge);
Serial.println("Getting position......");
if (sim7000.getPosition()) { //Get the current position
Serial.print("Longtude :");
Serial.println(sim7000.getLongitude()); //Get longitude
Serial.print("Latitude :");
Serial.println(sim7000.getLatitude()); //Get latitude
} else {
Serial.println("Wrong data try again");
}
}
int readSerial(char result[]) {
int i = 0;
while (1) {
while (Serial.available() > 0) {
char inChar = Serial.read();
if (inChar == '\n') {
result[i] = '\0';
Serial.flush();
return 0;
}
if (inChar != '\r') {
result[i] = inChar;
i++;
}
}
}
}
- 函数说明：
- 初始化获取定位功能，成功后返回true
initPos();
- 获取当前定位，成功后返回true
getPosition();
- 获取当前经度，东经为正值，西经为负值(-180，180)
getLongitude();
- 获取当前纬度，北纬为正值，南纬为负值(-90,90)
getlatitude();
BME280环境数据监测
SIM7000板载BME280环境监测传感器，默认采用I2C连接方式，使用前请下载Arduino库文件，点击下载
注意：SIM7000系列扩展板在V2.0及后续版本，已去除板载BME280传感器
/*!
raed_data_i2c.ino
Download this demo to test read data from bme280, connect sensor through I2C interface
Data will print on your serial monitor
Copyright [DFRobot](https://www.dfrobot.com), 2016
Copyright GNU Lesser General Public License
version V1.0
date 12/03/2019
*/
#include "DFRobot_BME280.h"
#include "Wire.h"
typedef DFRobot_BME280_IIC BME; // ******** use abbreviations instead of full names ********
/**I2C address is 0x77 when pin SDO is high (BME280 sensor module)*/
/**I2C address is 0x76 when pin SDO is low (SIM7000)*/
BME bme(&Wire, 0x76); // select TwoWire peripheral and set sensor address
#define SEA_LEVEL_PRESSURE 1015.0f
// show last sensor operate status
void printLastOperateStatus(BME::eStatus_t eStatus)
{
switch (eStatus) {
case BME::eStatusOK: Serial.println("everything ok"); break;
case BME::eStatusErr: Serial.println("unknow error"); break;
case BME::eStatusErrDeviceNotDetected: Serial.println("device not detected"); break;
case BME::eStatusErrParameter: Serial.println("parameter error"); break;
default: Serial.println("unknow status"); break;
}
}
void setup()
{
Serial.begin(115200);
bme.reset();
Serial.println("bme read data test");
while (bme.begin() != BME::eStatusOK) {
Serial.println("bme begin faild");
printLastOperateStatus(bme.lastOperateStatus);
delay(2000);
}
Serial.println("bme begin success");
delay(100);
}
void loop()
{
float temp = bme.getTemperature();
uint32_t press = bme.getPressure();
float alti = bme.calAltitude(SEA_LEVEL_PRESSURE, press);
float humi = bme.getHumidity();
Serial.println();
Serial.println("======== start print ========");
Serial.print("temperature (unit Celsius): "); Serial.println(temp);
Serial.print("pressure (unit pa): "); Serial.println(press);
Serial.print("altitude (unit meter): "); Serial.println(alti);
Serial.print("humidity (unit percent): "); Serial.println(humi);
Serial.println("======== end print ========");
delay(1000);
}
兼容性测试
| MCU | 测试通过 | 测试失败 | 未测试 | 特别标注 |
|---|---|---|---|---|
| Arduino Uno | √ | |||
| Arduino Leonardo | √ | |||
| Arduino Mega1280 | √ | 短接D8和D10,改代码PIN_RX=10 | ||
| Arduino Mega2560 | √ | 短接D8和D10,改代码PIN_RX=10 |
常见问题
问：烧录示例代码后，串口输出没法初始化？
答：（1）检查是否外部供电7~12V，通过主板DC2.1黑色圆孔供电，或者通过扩展板vin,gnd端口供电。（2）检查是否安装两个天线。（3）检查扩展板上的拨码开关TX>D8,RX>D7（4）查看扩展板上的红色电源指示灯是否常亮，net指示灯是否闪烁（5）检查是否插上nb卡。检查后，按下boot按键重启观察
AT指令使用视频，mega2560接sim7000：https://mc.dfrobot.com.cn/thread-313989-1-1.html#pid523241
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