基于CW32F030与EC-01G模块的NBIoT+GPS定位与心知天气API接入实战

基于CW32F030与EC-01G模块的NBIoTGPS定位与心知天气API接入实战最近在做一个户外环境监测的小项目需要把GPS定位数据和传感器信息上传到云端同时还想获取当地的天气信息。我选择了国产的CW32F030C8T6单片机搭配安信可的EC-01G NBIoTGPS模块这个组合性价比很高特别适合对成本敏感但又需要稳定物联网连接的项目。今天我就来手把手教大家如何让这套系统跑起来从硬件连接到AT指令驱动再到通过HTTP协议从心知天气API获取数据并解析最后把天气信息显示出来。整个过程我会详细讲解包括我踩过的坑和调试技巧保证你跟着做一遍就能掌握。1. 硬件准备与连接1.1 硬件清单咱们先来看看需要哪些硬件CW32F030C8T6开发板这是主控芯片基于ARM Cortex-M0内核性价比很高EC-01G模块安信可的NBIoTGPS二合一模块支持全网通内置GPS/北斗定位NBIoT天线确保模块能连接到运营商网络GPS天线用于接收卫星信号注意GPS定位必须在室外进行USB转串口工具用于调试和查看打印信息杜邦线若干用于连接注意EC-01G模块的工作电压是3.0V-3.6V千万不要接5V否则会烧坏模块1.2 引脚连接EC-01G模块通过串口与CW32F030通信接线很简单CW32F030引脚EC-01G模块引脚功能说明PA2 (TX)RX单片机发送数据到模块PA3 (RX)TX单片机接收模块数据3.3VVCC电源必须是3.3VGNDGND地线这里我使用的是CW32F030的串口2UART2对应引脚就是PA2和PA3。如果你要用其他串口记得在代码里修改相应的配置。1.3 物联网卡准备NBIoT模块需要物联网卡才能上网。你可以在淘宝上搜索NBIoT物联网卡选择一家信誉好的商家购买。买回来后按照商家说明激活并插入EC-01G模块的SIM卡槽。2. 软件环境搭建与代码移植2.1 获取资料首先需要下载EC-01G模块的资料官方文档在这里https://docs.ai-thinker.com/nb-iot这个页面里有模块的数据手册、AT指令集、应用笔记等建议把nb-iot系列模组AT指令集v1.0.pdf下载下来后面调试AT指令时会用到。2.2 创建工程文件我在项目中创建了两个文件来管理EC-01G模块的驱动bsp_ec01g.c- 驱动程序源文件bsp_ec01g.h- 驱动程序头文件头文件里主要定义了一些宏和数据结构#ifndef _BSP_EC01G_H_ #define _BSP_EC01G_H_ #include string.h #include board.h // 是否开启串口调试查看模块回显数据 #define DEBUG 1 /**************************** 心知天气配置 ****************************/ // 秘钥需要修改为你自己的密钥 #define API_KEY SpUFyXp2YvP12yxQR // 要查询的城市输入城市拼音免费版只支持部分城市 #define QUERIED_CITY shenzhen // 天气实况API #define WEATHER_FACTS_API \/v3/weather/now.json?key API_KEY location QUERIED_CITY languageenunitc\ // 接收的数据保存结构体 typedef struct{ char city[20]; // 查询的城市 char country[20]; // 查询的国家 char path[50]; // 具体地址 char weather[10]; // 天气状态 char weather_code[5]; // 天气代码 char temperature[5]; // 温度 char last_update[50]; // 天气数据更新时间 }WEATHER_DATA; /**************************** 串口配置 ****************************/ #define RCC_EC01G_GPIO_ENABLE() __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() // GPIO时钟 #define RCC_EC01G_USART_ENABLE() __RCC_UART2_CLK_ENABLE() // 串口2时钟 #define BSP_GPS_AF_UART_TX() PA02_AFx_UART2TXD() // PA2复用为UART2_TX #define BSP_GPS_AF_UART_RX() PA03_AFx_UART2RXD() // PA3复用为UART2_RX #define PORT_EC01G_GPIO CW_GPIOA // GPIO端口 #define GPIO_EC01G_TX GPIO_PIN_2 // 发送引脚 #define GPIO_EC01G_RX GPIO_PIN_3 // 接收引脚 #define EC01G_USART CW_UART2 // 使用串口2 #define EC01G_USART_IRQ UART2_IRQn // 串口2中断号 #define EC01G_USART_IRQHandler UART2_IRQHandler // 串口2中断服务函数 #define EC01G_RX_LEN_MAX 4096 // 串口接收缓冲区大小 // 函数声明 void EC01G_Init(void); uint8_t EC01G_Seniverse_Init(void); void Get_Weather_Data(WEATHER_DATA* data); #endif重要记得把API_KEY和QUERIED_CITY改成你自己的心知天气的API密钥需要注册获取后面会讲到。3. 串口驱动与AT指令基础3.1 串口初始化EC-01G模块默认的通信波特率是9600所以我们需要先初始化串口。下面是串口初始化的代码void EC01G_USART_Init(unsigned int bund) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; // 1. 使能时钟 RCC_EC01G_GPIO_ENABLE(); // 使能GPIOA时钟 RCC_EC01G_USART_ENABLE(); // 使能UART2时钟 // 2. 配置TX引脚PA2为推挽输出 GPIO_InitStruct.Pins GPIO_EC01G_TX; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出 GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_HIGH; // 高速输出 GPIO_Init(PORT_EC01G_GPIO, GPIO_InitStruct); // 3. 配置RX引脚PA3为上拉输入 GPIO_InitStruct.Pins GPIO_EC01G_RX; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_INPUT_PULLUP; // 上拉输入 GPIO_Init(PORT_EC01G_GPIO, GPIO_InitStruct); // 4. 引脚复用为串口功能 BSP_GPS_AF_UART_TX(); // PA2复用为UART2_TX BSP_GPS_AF_UART_RX(); // PA3复用为UART2_RX // 5. 配置串口参数 USART_InitTypeDef USART_InitStructure; USART_InitStructure.USART_BaudRate bund; // 波特率9600 USART_InitStructure.USART_Over USART_Over_8; // 8倍过采样 USART_InitStructure.USART_Source USART_Source_PCLK; // 时钟源 USART_InitStructure.USART_UclkFreq 64000000; // 时钟频率64MHz USART_InitStructure.USART_StartBit USART_StartBit_FE; // 起始位检测 USART_InitStructure.USART_StopBits USART_StopBits_1; // 1位停止位 USART_InitStructure.USART_Parity USART_Parity_No; // 无校验位 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件流控 USART_InitStructure.USART_Mode USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 收发模式 USART_Init(EC01G_USART, USART_InitStructure); // 6. 配置串口接收中断 NVIC_SetPriority(EC01G_USART_IRQ, 0); // 设置中断优先级 NVIC_EnableIRQ(EC01G_USART_IRQ); // 使能中断 // 7. 使能接收中断 USART_ITConfig(EC01G_USART, USART_IT_RC, ENABLE); }这里有几个关键点需要注意引脚复用一定要配置正确否则数据发不出去也收不到中断优先级根据实际需求设置我这里设为0最高优先级记得使能接收中断这样模块返回的数据才能被及时处理3.2 AT指令发送与接收AT指令是模块通信的基础。我写了一个通用的发送指令并等待响应的函数char EC01G_Send_Cmd(char *cmd, char *ack, unsigned int waitms, unsigned char cnt) { Clear_EC01G_RX_BUFF(); // 先清空接收缓冲区 EC01G_USART_send_String((unsigned char*)cmd); // 发送AT指令 while(cnt--) { // 等待模块响应通过中断接收 if(EC01G_RX_FLAG 1) { // 在接收到的数据中查找期望的应答 if(strstr((char*)EC01G_RX_BUFF, ack) ! NULL) { return 1; // 找到了期望的应答 } } delay_ms(waitms); // 等待一段时间 } return 0; // 超时或未收到期望应答 }这个函数的参数说明cmd要发送的AT指令比如AT\r\nack期望模块返回的应答比如OKwaitms每次等待的毫秒数cnt重试次数实际使用中我一般这样调用// 测试模块是否正常 if(EC01G_Send_Cmd(AT\r\n, OK, 1000, 3) 0) { printf(模块无响应\r\n); return 1; }3.3 串口中断服务函数串口中断负责接收模块返回的数据。这里有个小技巧EC-01G模块返回的HTTP数据最后会有SPC字符我们可以利用这个来判断是否收到了完整的API响应。void EC01G_USART_IRQHandler(void) { if(USART_GetITStatus(EC01G_USART, USART_IT_RC) ! RESET) { // 接收一个字节 EC01G_RX_BUFF[EC01G_RX_LEN] USART_ReceiveData(EC01G_USART); // 防止缓冲区溢出 if(EC01G_RX_LEN EC01G_RX_LEN_MAX) EC01G_RX_LEN 0; // 字符串结尾补\0 EC01G_RX_BUFF[EC01G_RX_LEN] \0; EC01G_RX_FLAG 1; // 设置接收完成标志 // 检查是否收到API响应结束标志SPC if(EC01G_RX_BUFF[EC01G_RX_LEN - 1] C EC01G_RX_BUFF[EC01G_RX_LEN - 2] P EC01G_RX_BUFF[EC01G_RX_LEN - 3] S) { EC01G_RX_API_FLAG 1; // 设置API接收完成标志 } // 清除中断标志 USART_ClearITPendingBit(EC01G_USART, USART_IT_RC); } }4. 连接心知天气API实战4.1 获取心知天气API密钥首先需要注册心知天气账号访问心知天气官网https://www.seniverse.com注册账号并登录进入控制台在API密钥页面创建一个新的密钥免费版每天有1000次调用额度对于学习和测试完全够用4.2 初始化网络连接连接心知天气需要几个步骤我把它封装成了一个函数uint8_t EC01G_Seniverse_Init(void) { uint8_t ret 0; uint8_t i 0; // 1. 测试模块是否存在 if(EC01G_Send_Cmd(AT\r\n, OK, 1000, 3) 0) { return 1; // 模块无响应 } // 2. 关闭飞行模式 if(EC01G_Send_Cmd(ATCFUN1\r\n, OK, 1000, 3) 0) { return 2; // 关闭飞行模式失败 } // 3. 检查网络附着状态 if(EC01G_Send_Cmd(ATCEREG?\r\n, CEREG: 0,1, 5000, 3) 0) { // 第一次失败再试一次 ret EC01G_Send_Cmd(ATCEREG?\r\n, CEREG: 0,1, 1000, 3); if(ret 0) { return 1; // 网络附着失败 } } // 4. 创建HTTP客户端实例 again: // 先断开之前的连接如果有 EC01G_Send_Cmd(ATHTTPDESTROY0\r\n, OK, 1000, 10); i 0; while(EC01G_Send_Cmd(ATHTTPCREATE0,\http://116.62.81.138:80\\r\n, OK, 5000, 3) 0) { #if DEBUG printf(ATHTTPCREATE FAIL\r\n); #endif i; if(i 3) return 2; // 创建失败 goto again; } // 5. 连接服务器 i 0; while(EC01G_Send_Cmd(ATHTTPCON0\r\n, OK, 5000, 3) 0) { #if DEBUG printf(ATHTTPCON FAIL\r\n); #endif i; if(i 3) return 3; // 连接失败 goto again; } return 0; // 初始化成功 }这里有几个关键点需要注意网络附着检查ATCEREG?指令返回CEREG: 0,1表示网络附着成功。如果返回其他值可能是物联网卡没插好或没激活NBIoT天线没接好所在区域没有NBIoT信号覆盖HTTP连接心知天气的服务器地址是116.62.81.138:80。如果连接失败可以尝试检查网络信号强度确认服务器地址和端口是否正确等待几秒后重试4.3 发送HTTP请求获取天气数据连接建立后就可以发送HTTP GET请求获取天气数据了void Get_Weather_Data(WEATHER_DATA* data) { int timeout 10; // 10秒超时 unsigned char send_buff[250] {0}; char parse_buff[512] {0}; char *rev_buff NULL; // 1. 构造HTTP请求 sprintf((char*)send_buff, ATHTTPSEND0,0,%d,%s\r\n, strlen(WEATHER_FACTS_API)-2, WEATHER_FACTS_API); // 2. 发送请求 EC01G_USART_send_String((unsigned char*)send_buff); // 3. 等待响应带超时 while(timeout--) { delay_ms(1000); if(EC01G_RX_API_FLAG 1) { EC01G_RX_API_FLAG 0; // 找到HTTP响应数据开始位置 rev_buff strstr((const char*)EC01G_RX_BUFF, HTTPRESPC:); #if DEBUG printf(\r\nAPI响应\r\n); printf(%s\r\n, rev_buff); printf(\r\n\r\n); #endif break; } } // 4. 处理响应数据 if(rev_buff ! NULL) { int i 0; // 跳过HTTPRESPC:前缀 rev_buff 11; // 跳过前面的4个逗号分隔的参数 while(i 4) { if(*rev_buff ,) { i; } rev_buff; } // 5. 将16进制字符串转换为普通字符串 // 模块返回的JSON数据是16进制格式的需要转换 Hex_To_Text(rev_buff, parse_buff); #if DEBUG printf(\r\n转换后的JSON数据\r\n); printf(\r\n); printf(%s\r\n, parse_buff); printf(\r\n); #endif // 6. 解析JSON数据 Weather_Data_Analysis(parse_buff, data); } }这里有个重要的细节EC-01G模块返回的HTTP响应数据中JSON部分是以16进制字符串形式传输的。比如字符会被转换成22{会被转换成7B。所以我们需要先把这些16进制字符串转换回普通字符串。4.4 16进制字符串转换转换函数如下void Hex_To_Text(char *hex, char *text) { int string_length strlen((char*)hex) / 2; int i 0; // 每两个16进制字符转换成一个字节 for(i 0; i string_length; i) { char HEX[3]; memcpy(HEX, hex[i * 2], 2); HEX[2] \0; text[i] strtol(HEX, NULL, 16); // 16进制转十进制 } text[i] \0; // 字符串结束符 }4.5 JSON数据解析心知天气返回的JSON数据格式是这样的{ results: [{ location: { id: WS10730EM8EV, name: Shenzhen, country: CN, path: Shenzhen,Shenzhen,Guangdong,China, timezone: Asia/Shanghai, timezone_offset: 08:00 }, now: { text: Sunny, code: 0, temperature: 32 }, last_update: 2023-06-02T16:10:1508:00 }] }我写了一个简单的解析函数来提取需要的信息uint8_t Search_Data(char *original_data, char *weather_data, char *find_what) { char *buff; uint16_t i 0; if(strstr(original_data, find_what) ! NULL) { // 找到目标字段的开始位置 buff strstr(original_data, find_what); // 跳过字段名如name: buff strlen(find_what); // 找到结束的双引号 while(buff[i] ! ) { i; } // 复制字段值 strncpy(weather_data, buff, i); weather_data[i] \0; // 添加结束符 return 1; } return 0; } void Weather_Data_Analysis(char *original_data, WEATHER_DATA* weather_data) { // 提取各个字段 Search_Data(original_data, weather_data-city, name\:\); Search_Data(original_data, weather_data-country, country\:\); Search_Data(original_data, weather_data-path, path\:\); Search_Data(original_data, weather_data-weather, text\:\); Search_Data(original_data, weather_data-weather_code, code\:\); Search_Data(original_data, weather_data-temperature, temperature\:\); Search_Data(original_data, weather_data-last_update, last_update\:\); }这个解析方法虽然简单但对于这种结构固定的JSON数据完全够用。如果你需要处理更复杂的JSON可以考虑使用cJSON这样的库。5. 主程序与调试5.1 主函数实现最后在主函数中调用这些功能#include board.h #include stdio.h #include bsp_uart.h #include bsp_ec01g.h int32_t main(void) { WEATHER_DATA weather_data {0}; // 初始化系统 board_init(); uart1_init(115200); // 调试串口 printf(系统启动...\r\n); printf(API请求%s\r\n, WEATHER_FACTS_API); // 初始化EC-01G模块 EC01G_Init(); // 连接心知天气平台 if(EC01G_Seniverse_Init() 0) { printf(连接心知天气成功\r\n\r\n); // 获取天气数据 Get_Weather_Data(weather_data); // 打印解析结果 printf( 天气信息 \r\n); printf(城市%s\r\n, weather_data.city); printf(国家%s\r\n, weather_data.country); printf(详细地址%s\r\n, weather_data.path); printf(天气状况%s\r\n, weather_data.weather); printf(天气代码%s\r\n, weather_data.weather_code); printf(温度%s°C\r\n, weather_data.temperature); printf(更新时间%s\r\n, weather_data.last_update); printf(\r\n); } else { printf(连接心知天气失败\r\n); } while(1) { delay_ms(100); } }5.2 常见问题与调试技巧问题1模块无响应检查电源是否为3.3V检查TX、RX线是否接反检查波特率是否正确默认9600尝试发送AT\r\n看是否有OK返回问题2网络附着失败检查物联网卡是否已激活检查NBIoT天线是否连接良好尝试到窗口或室外信号好的地方用ATCSQ指令查看信号强度问题3HTTP连接失败检查服务器地址和端口是否正确检查网络是否正常ATCEREG?返回0,1尝试增加等待时间NBIoT网络连接较慢问题4API返回错误检查API密钥是否正确检查城市名称拼音是否正确查看心知天气控制台确认API调用是否成功调试技巧开启DEBUG宏定义可以看到详细的通信过程使用串口助手同时监听单片机和模块的通信分步测试先测试AT指令再测试网络最后测试HTTP6. 实际应用扩展这个基础框架搭建好后你可以根据自己的需求进行扩展定时获取天气添加RTC或定时器每隔一段时间如1小时获取一次天气数据。结合GPS定位EC-01G模块本身支持GPS你可以先获取当前位置坐标然后根据坐标查询天气实现真正的当前位置天气。数据上传将获取的天气数据通过NBIoT上传到你自己的服务器或物联网平台。低功耗优化NBIoT模块支持PSM省电模式在不需要通信时可以进入深度睡眠大幅降低功耗。错误重试机制网络不稳定时添加自动重试逻辑提高系统可靠性。这个项目最让我有成就感的地方是用国产的CW32F030和EC-01G模块只花了很少的成本就实现了一个完整的物联网天气站。虽然NBIoT的速率不如4G/5G但对于这种小数据量的应用完全够用而且功耗低、覆盖广特别适合户外或偏远地区的应用。如果你在实现过程中遇到问题可以多看看EC-01G的AT指令手册里面有很多有用的指令和示例。实际项目中网络稳定性是需要重点考虑的问题建议添加心跳包和断线重连机制。