NB101软件设计手册

本文档描述NB101的软件操作，即BC95的常用指令操作：模块初始化到数据通信。

有关NB101的硬件描述，请阅读《NB101硬件设计手册》。

关于BC95的详细指令手册，请阅读移远官方指令手册。

1 准备工作

在实际生产环境中，一般使用MCU的UART发送AT指令与NB模块交互。这里为了方便演示和讲解，我们使用电脑来的虚拟串口来与NB模块通信。

1、对NB-IOT技术有一定的了解

2、准备以下硬件：

• NB101小系统模块
• NB网络SIM卡（电信或者移动）
• NB天线（电信850MHz，移动900MHz）
• 串口转USB模块（任意的UART转USB模块，并安装好相应的驱动程序）

3、准备以下软件：

• 串口调试助手（例如SSCOM，XShell等）。用于手动向模块发送AT指令。
• 谷雨NBTool调试软件。图形化快速测试，自动向模块发送相关AT指令。

2 NB-IOT基础知识

NB-IoT (Narrow Band Internet of Things)是可与蜂窝网融合演进的低成本电信级高可靠性、高安全性广域物联网技术。 NB-IoT 构建于蜂窝网络之上，只消耗约 180 KHz 的频段，可以直接部署于 GSM 网络，UMTS 网络和 LTE 网络。 NB-IoT 采用的是授权频带技术，以降低成本。

NB-IoT 具有四大优势：

• 海量链接的能力，在同一基站的情况下， NB-IoT 可以比现有无线技术提供 50~100 倍的接入数。一个扇区能够支持10 万个连接，设备成本降低，设备功耗降低，网络架构得到优化。
• 覆盖广，在同样的频段下， NB-IoT比现有的网络增益提升了 20 dB，相当于提升了 100 倍的覆盖面积。
• 低功耗， NB-IoT借助 PSM (Power Saving Mode，节电模式)和 eDRX (Extended Discontinuous Reception，超长非连续接收)可实现更长待机，它的终端模块待机时间可长达 10 年之久。
• 低成本，NB-IOT不需要重新建网，射频和天线都是可以复用的，模块价格最终不会超过 5 美元。

关于NB-IOT的更多介绍请阅读《NB-IOT技术揭秘》

3 物联网云平台

NB-IOT是运营商网络，没有局域网的概念，只能访问有固定IP的服务器。并且为了凸显NB-IOT的低功耗、多链接等优点，需要一个将核心网与终端深度融合（利用终端的通信特点实现免心跳等机制）的物联网平台作为设备网关，用户只需要自建应用服务器，专注上层的应用开发，设备的连接和管理工作全部交给平台来完成。平台负责应用服务器和设备之间的数据转发工作。华为电信平台利用自身技术优势实现的免心跳等机制，这是自建服务器无法实现的。

与NB-IOT终端深度融合的平台有：

• 华为OceanConnect
• 电信物联网平台

电信物联网平台是华为OceanConnect的NB-IOT网络独立版本，两大平台的对接工作完全相同。学习其中任何一个接口。

但是，华为和电信物联网平台需要申请账号才能使用，接入流程较为复杂，无形之中增加了NB-IOT入门门槛。

为了让大家快速的了解和测试NB-IOT，我们开发了谷雨云透传平台，开箱即用，NB设备可直连，也可经过电信华为平台转接。下文我们将使用谷雨的云透传平台来完成NB终端的快速测试。

4 模块硬件准备

首先连接NB101与USB转串口模块，最小连接仅需：GND，VDD（5V），TXD（BC95的UART串口发送，对应MCU或者PC的接收），RXD（BC95的UART串口接收，对应MCU或者PC的发送），其他引脚保持悬空。有关更详细的硬件接口说明，请参考《NB101硬件设计手册》

然后打开串口调试助手软件，选择对应的串口号，设置串口参数：9600，无校验，8位数据位，1位停止位，最后打开串口。

随即接通NB101的电源（VDD可断开重连），可以看到串口调试助手中打印下面两行。如果全部显示乱码，请检查波特率是否为9600，若没有任何内容输出请检查串口线TX和RX是否反接等。

Neul 
OK

在串口调试助手中发送字符串：AT，模块随即返回：OK，如下图所示，发送数据时务必勾选：加回车换行符。否则模块不会响应。

5 附着网络

附着网络是指模块连接到基站并注册网络。只有当网络附着成功后，才可以进行网络通信。

一般块默认设置是自动附着网络。也就是不需要任何指令操作，可以参考下面的指令来确认是否已成功附着到网络。

5.1 查询模块功能状态

发送指令：

#发送指令
AT+CFUN?
#模块返回
+CFUN:0

+CFUN:0 表示模块功能未打开，若返回：+CFUN:1 则表示射频已打开。

类似查看手机是否处于处于飞行或关机状态。0表示模块处于最低功能状态，功耗很小，可用的指令和功能也很少。

5.2 开启模块功能

#发送指令
AT+CFUN=1

#大约两三秒后，模块返回
OK

此时表示模块功能已打开，可以继续后续指令。注意，CFUN指令未返回前请勿执行其他指令。

注意，若该指令返回错误ERROR，表示没有检测到SIM卡，多数是因为SIM卡未插入或者插反。NB200使用的是Micro类型的卡槽，SIM卡插入时，注意卡缺口朝外。

5.3 查询SIM卡的ICCID码

ICCID是集成电路卡识别码：Integrate Circuit Card Identity的首字母缩写，该号码可以在SIM卡的背面看到。

#发送指令
AT+NCCID
#模块返回
+NCCID:89860317492045357506

OK

5.4 查询模块IMEI码

IMEI码是模块的唯一标识码，模块与电信或华为通信时，会用到IMEI码。

#发送指令
AT+CGSN=1

#模块返回
+CGSN:867725034773635
OK

5.5 查询当前频段

BC95支持多频段，查询当前频段设置的命令如下。

#发送指令
AT+NBAND?

#模块返回：
+NBAND:5
OK

+NBAND格式如下：+NBAND:<band>

参数	说明
<band>	网络频段： 5：表示B5，中国电信使用该频段 8：表示B8，中国移动使用该频段 有关完整的频段说明，请阅读NB101硬件手册

模块入网时会自动搜索工作频段，无需手动设置。

5.6 查询当前信号

信号的强弱直接影响网络通信的质量，可以使用AT+CSQ来查询当前信号值。一般要求CSQ值大于5方可正常工作。

发送指令：

#发送指令
AT+CSQ

#模块返回
+CSQ:25,99
OK

+CSQ格式如下：+CSQ:<rssi>,<ber>

参数	说明
<rssi>	99：表示网络未知，或者网络未附着。如果模块关闭了自动附着功能，需要激活模块网络。才能获取到正确的信号值。 0 ：表示信号质量为-113dBm或者以下，信号非常差 1 ：表示信号质量为-111dBm 2~30：对应信号值为-109dBm到-53dBm。 31：对应信号值为-51dBm或者更高。
<ber>	字段未使用，恒等于99。

Tips：CSQ中的rssi与dBm换算公式如下：dBm = rssi*2 – 113，例如，当rssi等于30时，对应dBm为-53dBm

5.7 查询网络是否激活

该功能类似手机上的打开或关闭4G网络功能，网络激活后后方可网络通信。

发送指令

#发送指令
AT+CGATT?

#模块返回
+CGATT:1
OK

参数：

0：表示网络未激活，

1：表示网络已激活。

5.8 激活网络

打开模块的网络功能，为后面的socket网络通信做准备

发送指令：

#发送指令
AT+CGATT=1

#模块返回
OK

5.9 查询网络是否已注册

#发送指令
AT+CEREG?

#模块返回
+CEREG:0,1
OK

返回格式为：+CEREG:<n>,<stat>

参数	说明
<n>	该命令通知设置。 0：表示网络注册状态变化时，不会主动发送+CEREG通知，用户发送查询命令时才会返回。 1：表示网络注册状态变化时，模块会主动下发+CEREG通知。
<stat>	网络注册状态 0：表示模块未注册到网络 1：表示模块已注册到网络 2：表示正在注册网络，请等待注册完成。

以上指令，我们已完成网络的附着操作，接下来可以使用CoAP和UDP协议收发数据了。

6 其他相关指令

本节讲解NB使用时值得了解的其他相关指令。

6.1 设置网络通知

当模块网络发生变化时，我们需要模块主动上报当前的网络状态，发送以下指令实现该功能。

发送指令

AT+CEREG=1

模块返回：

OK

此时，我们可以简单测试一下该功能。例如，关闭模块网络然后重新打开，如下：

#发送指令关闭网络
AT+CGATT=0
#模块返回
OK

#大概1s左右，模块主动通知
+CEREG=0

#再次打开网络
AT+CGATT=1
#模块立即返回
OK

#然后随即主动通知正在注册网络：
+CEREG:2

#最后再次通知注册成功（注册网络需要一定的时间，不同地区时间不同，从几秒到几分钟均有可能）：
+CEREG:1

6.2 自动入网设置

自动入网是指模块上电后，自动完成网络附着动作，无需执行任何指令。可以按照下面的方法来开启或关闭自动入网。

6.2.1 开启自动入网

模块出厂时，已配置为自动入网

发送指令

AT+NCONFIG=AUTOCONNECT,TRUE

模块返回：

OK

设置完后发送AT+CFUN=1打开设备功能，最后发送重启命令AT+NRB，重启模块即可生效。

6.2.2 关闭自动入网

自动附着网络功能会消耗更多的电量，如果考虑功耗问题，建议在使用的时候再连接网络。只要关闭自动连接和射频功能即可。

发送指令

AT+NCONFIG=AUTOCONNECT,FALSE

模块返回：

OK

然后再发送AT+CFUN=0，关闭射频功能，发送重启命令AT+NRB后生效。

6.3 PING测通

使用AT+NPING指令来测通，检查是否能够与目标服务器IP通信。

#发送ping请求
AT+NPING=115.29.240.46
#模块返回
OK

#若成功，模块返回
+NPING:115.29.240.46,53,488
#若失败，携带错误返回
+NPINGERR:1

命令返回格式为：+NPING:<remote_address>,<ttl>

参数	说明
<remote_address>	目标ip地址
<ttl>	数据包生存时间，请看百科介绍。

发生错误时，返回：+NPINGERR:<err>

参数	说明
<err>	错误码 1：远程主机有效时间内未响应。 2：发送PING请求失败。

所以当返回：+NPINGERR:1时，很可能是该IP地址未绑定到SIM卡（电信卡有这个限制）。无法进行后续通信测试。

另外值得注意的是，电信的SIM卡虽然已绑定了该某个IP地址，会仍然无法PING成功，但不影响通信。

6.4 错误码提示

当指令执行遇到错误时，我们需要针对错误原因，来确定下一步的操作。发送指令AT+CMEE=1 来开启错误码提示。

未开启时，模块仅返回ERROR，开启后，会携带错误码，例如：+CME ERROR:513

7 使用UDP协议通信

NB模块作为UDP的客户端，连接UDP的服务端，NB模块的UDP客户端创建成功后，可以与服务器收发数据。

为了方便测试，我们在谷雨云平台上启用了一个UDP测试服务器，监听客户端，收到数据后会加上前缀字符串返回给客户端。

注意，使用电信卡的用户很可能无法与我们的服务器通信，因为电信NB网络有定向访问的限制。

接口	功能
UDP测试服务器：115.29.240.46，端口号：6001	6001端口时刻监听客户端，收到数据后，加上“iotxx.udp”前缀字符串，延时3s后返回给客户端。

7.1 创建UDP通信Socket

需要先创建一个socket，类型为UDP，并且指定一个本地端口。

发送如下命令创建UDP Socket

#创建UDP Socket
AT+NSOCR=DGRAM,17,3000,1

#若成功返回
0
ok
#若失败，返回错误ERROR，当开启AT+CMEE=1时，会返回详细错误
ERROR 或 +CME ERROR: 4

创建socket的指令格式为：AT+NSOCR=<type>,<protocol>,<listen-port>[,<receive control>]

参数	说明
<type>	UDP固定取值为DGRAM
<protocol>	Socket通信协议，UDP协议号是17，因此取值为17
<listen-port>	本地监听端口，不是远程UDP-Server的端口。示例中取值3000。 BC95模块支持创建7路UDP Socket，若再次创建socket，本地端口请+1，注意不要和已创建的重复即可。

返回格式为:

<socket-id>

OK

参数	说明
<socket-id>	刚刚创建的Socket ID，后续通信需要携带此ID，需要记录。例如上述命令返回的socket Id为0

7.2 UDP发送和接收数据

向UDP测试服务器发送数据。UDP测试服务器IP为115.29.240.46，端口为6001

#发送数据命令
AT+NSOST=0,115.29.240.46,6001,3,313233
#模块返回
0,3
OK

发送数据指令格式为：AT+NSOST=<socket-id>,<remote_addr>,<remote_port>, <length>,<data>

参数	说明
<socket-id>	填写已创建的socket Id，请参考上节AT+NSOCR命令
<remote_addr>,<remote_port>	UDP服务器IP地址和端口，例如我们的UDP测试服务器：115.29.240.46:6001
<length>,<data>	待发送的数据长度和数据内容，注意，data是以16进制形式的填写，例如要发送：123，则data为：313233，length为：3

模块返回格式：<socket-id>,<length>

参数	说明
<socket-id>	socket通信编号
<length>	已发送的数据长度。 例如返回：0,3，则表示，Socket 0通道发送了3个字节数据。此时表明，模块已经成功将数据发送了出去。

数据发成成功后，大约3秒后收到测试服务发来的数据。

#模块返回
+NSONMI:0,13

命令格式为：+NSONMI:<socket-id>,<length>

参数	说明
<socket-id>	socket通信编号
<length>	已收到的数据长度 例如返回：0,13，则表示，Socket 0通道收到了13个字节数据。此刻可以调用读指令，将数据读出来。

此时，我们需要把已模块已收到的数据读出来。

#将已缓存的数据读出来
AT+NSORF=0,13
#模块返回
0,115.29.240.46,6001,13,696F7478782E7564703A313233,0

读指令格式为：AT+NSORF=<socket-id>,<req_length>

参数	说明
<socket-id>	socket通信编号
<req_length>	要读取的数据长度，当req_length大于+NSONMI指令返回的长度时，返回+NSONMI的实际长度。若req_length小于+NSONMI指令返回的长度时，将只返回req_length长度的数据。

模块返回的数据格式为：<socket-id>,<remote_addr>,<remote_port>,<length>,<data>,<remaining_length>

参数	说明
<socket-id>	socket通信编号
<ip_addr>,<port>	发送方的服务器ip地址和端口号。例如我们的UDP测试服务器：115.29.240.46:6001
<length>,<data>	模块收到的数据长度和数据。例如：696F7478782E7564703A313233，对应字符串为：iotxx.udp:123
<remaining_length>	剩余待读数据长度。

8 使用CoAP协议通信

标准CoAP是一种类似HTTP的极其轻量级的应用层协议，HTTP基于TCP协议，而CoAP基于UDP协议，最小数据包仅有4个字节。非常适合低功耗物联网设备的使用。

BC95模块内的CoAP协议并非指标准CoAP，而是按照LwM2M标准进行了一层封装。简单的说，BC95内部的CoAP协议是LwM2M标准协议的简化版本。为了简化描述，下文统称为CoAP。

CoAP通信的使用流程： 模块附着网络>>设置CDP服务器地址和端口>>发送数据>>接收数据。

为了方便测试，我们在云平台上启用了一个CoAP测试服务器，无论模块发送什么数据，测试服务器在收到的数据前加上前缀字符串，然后延时3s后返回给客户端。注意，使用电信卡的用户很可能无法与我们的服务器通信。因为电信NB网络有定向访问的限制。

接口	功能
CoAP测试服务器：115.29.240.46，端口号：5683	5683端口时刻监听客户端数据，并且在收到的数据前加上“iotxx.coap”前缀字符串，延时3s后返回给终端。

也可以使用我们的云透传平台创建电信平台设备，支持线数据测试，数据透传。详情请参考《谷雨云透传平台接入指南》。

接口	功能
电信平台：117.60.157.137，端口号：5683	电信商用物联网平台，需要先在谷雨云透传上创建电信平台设备，方可在线调试或透传。

1、NB模块中使用的CoAP协议是在标准CoAP基础上又封装一层，过程较复杂，因此大家很难自己创建CoAP服务器来测试，如果要自建CoAP协议服务器，请参考电信的模块对接手册。

8.1 配置CDP服务器

配置远程CoAP服务器的IP地址和端口，类似UDP的IP和端口。

#设置CoAP测试服务器地址
AT+NCDP=115.29.240.46,5683
#模块返回
OK

设置指令格式：AT+NCDP= <ip_addr>[,<port>]

参数	说明
<ip_addr>	目标CDP服务器的IP地址，例如：115.29.240.46
<port>	目标CDP服务器的端口，默认端口：5683

若想查询CDP设置情况,请发送指令：AT+NCDP?

8.2 配置新消息通知

开启发送消息通知，配置后若消息已发送，串口会返回异步命令+NSMI:SENT的提示。

#发送指令
AT+NSMI=1
#模块返回
OK

开启接收消息通知，配置后，若接收到服务器的数据下发，模块会主动向串口发送异步命令。

#发送指令
AT+NNMI=1
#模块返回
OK

指令格式：AT+NSMI/NNMI=<status>

参数	说明
<status>	设置接收消息通知类型，取值如下： 0：不通知，默认设置 1：通知并携带数据， 2：仅通知

8.3 CoAP发送和接收数据

向CoAP测试服务器发送消息，消息内容为字符串123，对应长度为3，对应HEX格式字符串为313233

#向CoAP测试服务器发送消息
AT+NMGS=3,313233
#模块返回
OK

#若数据发送成功，返回
+NSMI:SENT

#若数据发送失败，携带错误码返回

指令格式：AT+NMGS=<length>,<data>

参数	说明
<length>	待发送数据的数据长度
<data>	待发送的数据内容，注意，data是以16进制形式的填写，例如要发送：123，则data为：313233，对应长度为：3

接收数据：等待约3秒，测试服务器返回数据：

#模块串口打印
+NNMI:14,696F7478782E636F61703A313233

指令格式为：+NNMI:<length>,<data>

参数	说明
<length>	已接收数据的数据长度
<data>	已接收到的数据内容，data是以16进制形式。 例如刚才向CoAP测试服务器发送了123，3秒后返回字符串为：iotxx.coap:123，对应16进制数据为：696F7478782E636F61703A313233