【NB-IoT】DSI2598開發板之物聯網建置與應用

原文刊載：
https://makerpro.cc/2019/12/unboxing-nb-iot-dsi2598-and-application/

MTK, 教學文, 物聯網智造基地, 開發主板, 開箱文 | 12 月 8, 2019

作者：柯大

為因應進入萬物連網的物聯網時代到臨，對於裝置省電、長距離傳輸資料的需求，低功耗通訊廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)因應而生，LPWAN由於不要求複雜的影音、大資料傳輸、即時訊息等，是萬物聯網最具體的實現。發展上主要以從使用的無線電頻段分成非授權頻段(Unlicense Band) 的LoRaWAN、Sigfox與使用授權頻段(License Band)由3GPP主導的NB-IoT技術，2017年國內三大電信業已投入物聯網NB-I oT通訊設備佈建及基地台更新。

由於NB-IoT使用電信級網路，所以對於網路品質、訊息安全都有高度的保障，而3GPP在 2017年發表R14版本的技術規範，對NB-IT產品可以更完善地支援大規模連接、減少隨機接入衝突，並增強NB-IoT技術的移動性服務連續性(Mobility and service cont、定位(Positioning)、多點傳送(Multicast)、移動性與inuity)、新的功率消耗模式(New Power Class)、降低功率消耗與延遲性(Power consumption and latency reduction)，讓NB-IoT的技術競爭力更為完整。NB-IOT的核心特點如下：

•  海量連接：每基地台可達10萬裝置連接。
• 超低功耗：獨特PSM可提供長時電池供電。
• 深度覆蓋：能實現比 GSM 高20db的覆蓋增益。
• 低成本：低速率低功耗低頻寬帶來的是低成本優勢。

NB-IoT優勢（Source）

資策會數位服務創新研究所（以下簡稱「服創所」），為了協助創新應用開發端經由開發板設計應用產品，可藉由雛型產生過程的設計、電路製作過程，可更快速利用IoT開發板搭配小量製造商媒合，加速量產進程，以國內晶片大廠聯發科技股份有限公司(Mediatek，簡稱「聯發科」) MT2625全頻段NB-IoT晶片催生了「DSI 2598」NB-IoT量產導向的物聯網國產開發板，該開發板結合了聯發科MT2625晶片(由Quectel包裝成BC26/BC6模組)及Microchip(ATMEL) ATMEGA328P MCU晶片，有助於物聯網產品加速導入NB-IoT通訊功能。

Mediatek的MT2625晶片的IoT應用情境（圖片來源：聯發科）

「DSI 2598」NB-IoT開發板提供Arduino Nano ATMEGA328P GPIO、I2C、UART、PWM、SPI、ADC等多項輸出入介面，以簡單易學的Arduino IDE 為開發環境為主，是國內首款Arduino-based NB-IoT開發板，以Arduino IDE為主要的程式開發環境，讓開發者可以更輕易的開發各項物聯網應用雛型。

「DSI 2598」NB-IoT開發板應用架構示意圖 (圖片來源：資策會)

「DSI 2598」NB-IoT開發板的硬體主要以Arduino Nano ATMEGA 328 MCU為主，並將MCU Pin8、Pin9直接連接至MT2625(BC26/BC66)NB-IoT模組的UART介面(Tx/Rx)做為通訊傳輸使用，其餘MCU接腳均大部份接出使用，以提供開發者可以繼承原Arduino Nano I/O使用。

DSI2598開發板硬體資料規格（圖片來源：作者提供）

對照原始ATMEGA 328P可用腳位圖如下：

ATMEGA 328P可用腳位圖(Source）

其中D8、D9 Pin 已被佔用為SoftwareSerial UART用做ATMEGA 328連接BC26/B66 NB-IoT模組 UART0。DSI 2598一代將ATMEGA 328P腳位接出圖如下：

第一代DSI 2598腳位功能說明（圖片來源：資策會）

DSI2598二代為了更精簡開發板硬體大小，僅接出SPI：D10、D11、D12、D13，I2C:A4、A5(可用為Analog類比輸入用，GPIO：D2(可用為硬體中斷使用)、D3，另5V、3.3V為便利不同感測器的電壓需求，均接出提供使用，Vin：可外接電池供電(可接3.3V~5V供電)。開發模組搭配方便黏貼於模組內部，不占空間的，訊號強度可達3dB～8dB。

第二代DSI 2598腳位功能說明

資策會服創所為了讓所有開發者可以將NB-IoT的應用快速商品化，特別將「DSI 2598」NB-IoT開發板所有的硬體設計開放資源提供下載，網址：https://t.ly/XGYEV。

硬體設計開源資料包括：SMT打件用座標檔、開發版Bom表資料、電路板原理圖、PCB Layout，並提供小量製造商媒合資料於資策會官網 ideas Hatch供參考：https://www.ideas-hatch.com。

現在讓我們開始來體驗「DSI 2598」NB-IoT開發板，我們只要按照下列步驟一步一步進行，將可順利使用開發板。

一、安裝Arduino IDE環境及DSI 2598 NB-IoT硬體連接

前置步驟1：安裝Arduino IDS 1.8.5版本。
前置步驟2：安裝CH341SER驅動軟體。
前置步驟3：燒錄模組與DSI2598接線。
前置步驟4：如使用DSI 2598二代開發板，可略過此三項步驟。
前置步驟5：程式碼下載：https://t.ly/DKkB2，下載後解壓DSI2598_ATcommand.ino。

二、開發板基礎設定：模組檢查及頻段設定及APN設定

1. 打開DSI2598_ATcommand.ino，並至Arduino的Tool->Port中找到USB模組的COM PORT編號，可至控制台確認。
2. 選擇Tool->Board->Arduino Nano，然後按下 Upload(Ctrl+U)，將程式燒錄上傳至DSI2598。

DSI2598_ATcommand.ino 程式碼如下：

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#include SoftwareSerial mySerial(8, 9); String data = ""; void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(115200); mySerial.begin(9600); }   void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: while (mySerial.available()){ //Check if there is an available byte to read, delay(10); //Delay added to make thing stable char c = mySerial.read(); //Conduct a serial read if (c == '\n') {break;} //Exit the loop when the "" is detected after the word data += c; //Shorthand for data = data + c }   if (data.length() > 0) { // 判斷data內有值在更換 data.trim(); delay(100); Serial.println(data); } data = "";   while (Serial.available()){ //Check if there is an available byte to read, delay(10); //Delay added to make thing stable char c = Serial.read(); //Conduct a serial read if (c == '\n') {break;} //Exit the loop when the "" is detected after the word data += c; //Shorthand for data = data + c }   if (data.length() > 0) { // 判斷data內有值在更換 data.trim(); delay(100); // Serial.println(data); mySerial.println(data); } data = ""; }

3. 打開Serial monitor，在上方輸入欄中輸入AT指令，可先輸入「AT」，查看模組是否有回覆「OK」。

4. 輸入ATI指令，查看模組廠商、型號及韌體版本。

5. Sim卡狀態查詢：AT+CPIN?
回覆：READY，表示有找到SIM卡。
回覆：ERROR，表示沒有SIM卡。

6. 頻寬設定：AT+QBAND=1,8。

本測試使用的是中華電信NB-IoT的服務，使用的頻段是Band8。

7. 設定啟用APN：AT+QGACT=1,1,”apn”,”internet.iot”。
中華電信NB-IoT服務的AP N ：“internet.iot”。
遠傳電信APN：”nbiot”。
台灣大哥大APN：”twm.nbiot”。

8. 設定預設註冊APN：AT+QCGDEFCONT=”IP”,”internet.iot“。

9. 啟動網路：AT+CGATT=1。

回覆：OK，表示正常啟動網路。
回覆：ERROR，表明模組剛開機，SIM卡尚未準備好，請等待片刻。若仍然ERROR，很可能是SIM卡有異常。

10. 儲存設定值：AT&W。
回覆：OK，表示正常啟動網路。

11. 確認是否成功聯網：AT+QLEDMODE=1
此指令的功能是讓二代板的NB標示LED燈開始閃爍，作為是否聯網的標的。
閃爍頻率快：未聯網
閃爍頻率慢：已連網

12. 重新啟動模組：AT+QRST=1。

三、模組連網啟動及狀態查詢測試

1. 啟動NB-IoT模組：AT+CFUN=1。
回覆：+OK。
AT+CFUN=0：表示網路未啟動。
AT+CFUN=11：表示啟動模組網，注意:還沒回覆”OK”前，不能下其他指令，是否入網還要等待+CEREG指令的確認。

2. 查詢模組功能狀態：AT+CFUN?
回覆： +CFUN:0表示模組功能未打開，若返回：+CFUN:1則表示功能已打開，似查看手機是否處於處於飛行或關機狀態。

3. 設定連接基地台啟動：AT+CSON=1。
回覆：+OK。
4. 查詢網路是否啟動：AT+CGATT?。
回覆：+CGATT:1。
0：表示網路未啟動。
1：表示網路已啟動，注意，等於1表示僅打開網路功能，但是否入網還要等待+CEREG指令的確認。

5. 查詢APN網路是否已註冊狀態：AT+CEREG?
回覆：+CEREG= 0,1，表示已經進入APN的網域。
回覆：+CEREG= 0,2，表示已經尚未註冊入APN的網域。
回覆：+CEREG= 0,0，表示沒有SIM卡。

6. 訊號強度查詢：AT+CESQ。

回覆：+CESQ ： xx, 0, 255, 255, 255。
xx：0~99，0 ：未有訊號，99 ：找不到訊號。

7. IP查詢：AT+CGPADDR=1。
回覆：OK：尚未找到IP。
回覆：：+CGPADDR: 1,IP(四位)：表示已有IP。
說明：若設定期間連上網路會自動回傳IP位址。
+IP : IP位址(四位)

8. PING遠端伺服器：AT+QPING= <contextID>,<host>。

9. 查詢目前信號值：AT+CSQ。
回覆：+CSQ: 16,0。
+CSQ格式如下： +CSQ:, ，欄位的含義為：
參數說明：
99：表示網路未知，或者網路未附著。如果模組關閉了自動附著功能，需要啟動模組網路才能獲取到正確的信號值。
0 ：表示信號品質為-113dBm或者以下，信號非常差。
1 ：表示信號品質為-111dBm。
2~30：對應信號值為-109dBm到-53dBm。
31：對應信號值為-51dBm或者更高。
值：0~7，若等於99表示未知或未附著到網路。
CSQ中的rssi與dBm換算公式如下：dBm = rssi*2 – 113，例如，當rssi等於30時，
對應dBm為-53dBm