一、引言： NB-IoT技术与应用场景

NB-IoT（ Narrow Band Internet of Things ）作为低功耗广域网（ LPWAN ）的核心技术，以其广覆   盖、低功耗、大连接、低成本的特性，广泛应用于智能表计、环境监测、智能农业、资产追踪等场景。  本文基于STM32F103C8T6单片机与移远BC26 NB-IoT模块，通过HAL库实现设备与阿里云IoT平台的 通信，从硬件连接、软件配置到代码实现，全程图文并茂，助力开发者快速上手NB-IoT开发。

二、硬件准备： 模块选型与电路连接

2.1 核心硬件清单

设备名称	型号/规格	作用
单片机	STM32F103C8T6（最小系统 板）	主控单元，控制传感器与通信 模块
NB-IoT模块	移远BC26（含天线、SIM卡）	实现NB网络接入与数据传输
电源模块	5V/2A直流电源	为BC26和STM32供电
传感器（可选）	DHT11温湿度传感器	采集环境数据（示例用）
辅助工具	USB转TTL模块、杜邦线、面包 板	调试与接线

2.2 硬件连接详解

BC26模块与STM32通过UART串口通信，同时需注意电源隔离与信号完整性。

2.2.1 引脚连接表

STM32F103C8T6引脚	BC26模块引脚	功能说明
PA9（USART1_TX）	RXD	STM32发送数据到BC26
PA10（USART1_RX）	TXD	STM32接收BC26返回数据
5V	VIN	模块电源（BC26需5V供电）

STM32F103C8T6引脚	BC26模块引脚	功能说明
GND	GND	共地（必须连接，避免信号干 扰）
PB0（可选）	PWR	模块上电控制（低电平启动）

三、软件环境搭建： 开发工具与库配置

3.1 开发工具准备

• STM32CubeMX：用于生成初始化代码（版本6.6.1+）

• Keil MDK5：编译与下载代码（需安装STM32F1xx系列支持包）

• 串口调试助手：如SSCOM、XCOM（用于监控模块AT指令交互）

• 阿里云IoT平台：创建产品与设备，获取通信凭证

3.2 HAL库与工程配置

3.2.1 STM32CubeMX配置步骤

1. 新建工程：选择STM32F103C8T6，配置RCC为外部高速时钟（HSE）。

2. UART配置：

◦ 打开USART1，模式选择“异步通信（Asynchronous）”,波特率115200，数据位8，停止位1，无校 验。

◦ 使能USART1中断（NVIC Settings → USART1 global interrupt → Enabled）。

3. GPIO配置：若使用PB0控制BC26上电，配置为推挽输出（GPIO_Output）。

4. 生成代码：选择“MDK-ARM”，勾选“Generate peripheral initialization as .c/.hfiles”，点击生成工程。

四、 NB-IoT模块核心原理：AT指令与网络附着

4.1 BC26 AT指令集概述

BC26通过AT指令控制，核心指令如下表:

指令	功能说明	示例响应
AT	测试模块是否正常	OK
AT+CIMI	查询SIM卡IMSI号（确认卡是否识别）	460041234567890
AT+CSQ	查询信号质量（0-31，越大越好）	+CSQ: 28,0
AT+CGATT?	查询网络附着状态（1=附着，0=未附着）	+CGATT: 1
AT+QMTCFG="aliauth",0,"PK","DN","DS"	配置阿里云MQTT认证信息（PK/DN/DS为设备三元组）	OK
AT+QMTOPEN=0,"iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",1883	连接阿里云MQTT服务器	+QMTOPEN: 0,0

4.2 NB-IoT网络附着流程

1. 模块上电初始化：BC26上电后需1-2秒稳定，发送  AT 指令确认响应。

2. SIM卡检测：发送  AT+CIMI，返回IMSI号表示SIM卡正常。

3. 信号质量检查：  AT+CSQ返回值需≥10（否则需调整天线位置）。

4. 网络附着：  AT+CGATT=1 附着网络，  AT+CGATT? 返回1表示成功。

5. PDP上下文激活：  AT+CGACT=1,1激活数据业务，获取IP地址（   AT+CGPADDR=1 ）。

五、驱动代码实现： 从UART通信到阿里云对接

5.1 UART底层驱动（基于HAL库）

5.1.1 UART初始化代码（stm32f1xx_hal_msp.c ）

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* huart) {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if (huart->Instance == USART1) {
    __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();    // 使能USART1时钟
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();     // 使能GPIOA时钟
    
    // PA9(TX)配置为复用推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // PA10(RX)配置为浮空输入
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // 配置USART1中断优先级
    HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3, 3);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
  }
}

5.1.2 UART中断接收与AT指令解析（ usart.c ）

uint8_t uart_rx_buf[256];  // 接收缓冲区
uint16_t uart_rx_len = 0;   // 接收长度

// USART1中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void) {
  uint8_t ch;
  if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE)) {
    HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0x01);  // 读取接收数据
    uart_rx_buf[uart_rx_len++] = ch;           // 存入缓冲区
    if (ch == '\n' || uart_rx_len >= 255) {    // 换行符或缓冲区满时结束
      uart_rx_buf[uart_rx_len] = '\0';          // 添加字符串结束符
      uart_rx_len = 0;                         // 重置接收长度
      // 解析AT指令响应（此处可添加状态机处理逻辑）
    }
  }
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}

// 发送AT指令函数
HAL_StatusTypeDef AT_SendCmd(char *cmd, uint32_t timeout) {
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)cmd, strlen(cmd), timeout);  // 发送指令
  HAL_Delay(100);  // 等待模块响应
  return HAL_OK;
}

5.2 BC26模块初始化与阿里云连接

5.2.1 BC26初始化流程（ bc26.c ）

// 模块初始化状态枚举
typedef enum {
  BC26_STATE_INIT,       // 初始状态
  BC26_STATE_CHECK_SIM,  // 检查SIM卡
  BC26_STATE_ATTACH_NET, // 网络附着
  BC26_STATE_MQTT_CONN,  // MQTT连接
  BC26_STATE_READY       // 就绪状态
} BC26_StateTypeDef;

BC26_StateTypeDef bc26_state = BC26_STATE_INIT;

// BC26初始化函数
void BC26_Init(void) {
  switch (bc26_state) {
    case BC26_STATE_INIT:
      AT_SendCmd("AT\r\n", 1000);  // 测试模块
      if (strstr((char*)uart_rx_buf, "OK")) {
        bc26_state = BC26_STATE_CHECK_SIM;
        memset(uart_rx_buf, 0, sizeof(uart_rx_buf));
      }
      break;
      
    case BC26_STATE_CHECK_SIM:
      AT_SendCmd("AT+CIMI\r\n", 1000);  // 查询IMSI
      if (strstr((char*)uart_rx_buf, "460")) {  // 中国运营商IMSI以460开头
        bc26_state = BC26_STATE_ATTACH_NET;
        memset(uart_rx_buf, 0, sizeof(uart_rx_buf));
      }
      break;
      
    // 后续状态（网络附着、MQTT连接）代码省略，完整代码见工程文件
  }
}

5.2.2 阿里云MQTT连接关键代码

// 配置阿里云三元组（需替换为实际值）
#define PRODUCT_KEY     "a1b2c3d4e5f6g7h8i9j0k"
#define DEVICE_NAME     "NB_IoT_Device"
#define DEVICE_SECRET   "abcdef1234567890abcdef1234567890"

// 连接阿里云MQTT服务器
void BC26_MQTT_Connect(void) {
  char cmd[256];
  // 配置阿里云认证
  sprintf(cmd, "AT+QMTCFG=\"aliauth\",0,\"%s\",\"%s\",\"%s\"\r\n", 
          PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME, DEVICE_SECRET);
  AT_SendCmd(cmd, 1000);
  
  // 连接阿里云MQTT服务器（地址：iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com，端口1883）
  AT_SendCmd("AT+QMTOPEN=0,\"iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com\",1883\r\n", 2000);
  if (strstr((char*)uart_rx_buf, "+QMTOPEN: 0,0")) {  // 连接成功
    // 订阅主题（示例：/sys/a1b2c3d4e5f6g7h8i9j0k/NB_IoT_Device/user/get）
    sprintf(cmd, "AT+QMTSUB=0,1,\"/sys/%s/%s/user/get\",0\r\n", PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME);
    AT_SendCmd(cmd, 1000);
  }
}

5.3 数据上报与接收示例

5.3.1 温湿度数据上报（main.c）

// 假设通过DHT11获取温湿度（代码省略，可参考SHT20驱动） float temp = 25.5, humi = 60.0; char data_buf[128];  // 上报数据到阿里云 void Aliyun_ReportData(float temp, float humi) {  char cmd[512];  // 构建JSON格式数据（阿里云物模型格式）  sprintf(data_buf, "{\"id\":\"123\",\"version\":\"1.0\",\"params\":{\"CurrentTemperature\":{\"value\":%.1f},\"CurrentHumidity\":{\"value\":%.1f}},\"method\":\"thing.event.property.post\"}", temp, humi);   // 发布主题（示例：/sys/a1b2c3d4e5f6g7h8i9j0k/NB_IoT_Device/thing/event/property/post）  sprintf(cmd, "AT+QMTPUB=0,0,0,0,\"/sys/%s/%s/thing/event/property/post\",\"%s\"\r\n",  PRODUCT_KEY, DEVICE_NAME, data_buf);  AT_SendCmd(cmd, 2000); }  // 主循环 int main(void) {  HAL_Init();  SystemClock_Config();  MX_GPIO_Init();  MX_USART1_UART_Init();   while (1) {  BC26_Init(); // 模块初始化  if (bc26_state == BC26_STATE_READY) {  Aliyun_ReportData(temp, humi); // 上报数据  HAL_Delay(10000); // 每10秒上报一次  }  HAL_Delay(100);  } }

六、调试与测试：从指令交互到平台验证

6.1 AT指令调试（串口助手）

通过USB转TTL连接BC26的TX/RX引脚，使用串口助手发送AT指令，验证模块功能：

AT // 测试模块 OK AT+CIMI // 查询IMSI 460041234567890 OK AT+CSQ // 信号质量 +CSQ: 28,0 OK AT+CGATT? // 网络附着 +CGATT: 1 OK

6.2 阿里云平台数据查看

1. 登录阿里云IoT平台：进入“设备管理 → 设备”，查看设备状态为“在线”。
2. 物模型数据：在设备详情页“物模型数据”中，可实时查看上报的温湿度数据。
3. 日志服务：通过“监控运维 → 日志服务”查看设备上下线记录和数据传输日志。

七、进阶应用：低功耗优化与多场景扩展

7.1 BC26低功耗模式（PSM）配置

BC26支持PSM（Power Saving Mode），可通过AT指令配置：

// 使能PSM模式（TAU=3600秒，Active Time=60秒） AT+CSCON=0 // 进入Idle状态 AT+CPWROFF // 模块断电（实际进入PSM）

7.2 STM32低功耗配合（Stop模式）

STM32进入Stop模式，通过LPTIM定时器唤醒：

void EnterStopMode(void) {  HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI); // 进入Stop模式  // 唤醒后需重新配置系统时钟  SystemClock_Config(); }

八、总结与扩展

本文详细介绍了STM32F103C8T6与BC26模块的硬件连接、软件配置、AT指令交互及阿里云对接流程，提供了完整的代码框架和调试方法。读者可进一步扩展：

• 多传感器数据采集：添加光照、气压等传感器，丰富上报数据。
• OTA远程升级：通过BC26实现设备固件远程更新。
• 多平台对接：适配中国移动OneNET、华为OceanConnect等平台。

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