G780s 边缘 JSON 与 MQTT 上云

G780s 工作模式

G780s 是有人科技的 4G DTU 模块，在本系统中充当透明串口-MQTT 桥接器。STM32 通过 USART3（RS-485，115200 波特率）向 G780s 发送 JSON 文本行，G780s 将其发布到 MQTT 主题。

进入 AT 配置模式

G780s 从透明传输模式切换到 AT 配置模式需要特殊序列：

1. 串口静默约 1 秒
2. 发送 +++（无 \r\n）
3. 等待模块回复 a
4. 发送 a（无 \r\n）
5. 等待模块回复 +ok
6. 进入 AT 配置模式

退出配置模式使用 AT+Z\r\n（模块重启）。

关键 AT 配置命令

命令	用途	示例
`AT+EDGERPTMOD=1`	启用边缘采集模式 + JSON 组包	开启后 G780s 自动轮询 Modbus 从站并组包
`AT+MQTTCFG`	配置 MQTT Broker 地址、Client ID、Keep-Alive	`AT+MQTTCFG=mqtt.varka.cn,1883,FM002,60`
`AT+MQTTUSER`	配置 MQTT 用户名和密码	`AT+MQTTUSER=user,pass`
`AT+MQTTCONN`	建立 MQTT 连接	连接后自动订阅下行主题
`AT+SSLCFG`	TLS 加密配置（规划中）	切换到 8883 端口 + 证书

当前通信架构

实际实现中，G780s 工作在透明传输模式而非边缘采集模式。STM32 固件自行构建 JSON 文本，通过 USART3 发送给 G780s，G780s 作为透传桥将数据发布到 MQTT。

设备 ID 定义在固件中：

#define G780S_JSON_DEVICE_ID  "FM002"

MQTT 主题：上行 device/FM002/up，下行 device/FM002/down。

MQTT 客户端配置

服务端使用 mqtt.js 连接 Mosquitto Broker：

// server/services/stm32-mill-api/src/config.js
url: env.MQTT_URL || "mqtt://mqtt.varka.cn:1883",
upTopic: env.MQTT_UP_TOPIC || "device/FM002/up",
downTopicTemplate: env.MQTT_DOWN_TOPIC_TEMPLATE || "device/{dev}/down",

服务端订阅上行主题（QoS 0），每收到一条遥测帧后：

解析 JSON（处理 G780s 可能的多行合并问题）
持久化到 MySQL
发布 cloud_ack 到下行主题

下行命令格式

命令	JSON 格式
继电器控制	`{"cmd":"relay_set","cmd_seq":100,"dev":"FM002","mask":3}`
上传周期	`{"cmd":"set_upload_period","cmd_seq":101,"dev":"FM002","seconds":10}`
OTA 准备	`{"cmd":"ota_prepare","cmd_seq":102,"dev":"FM002"}`
OTA 开始	`{"cmd":"ota_begin","cmd_seq":103,"dev":"FM002","session_id":"...","session_key":"...","image_size":12345,...}`
OTA 数据块	`{"cmd":"ota_chunk","cmd_seq":104,"dev":"FM002","offset":0,"payload_len":512,"payload":"base64...",...}`
OTA 提交	`{"cmd":"ota_commit","cmd_seq":105,"dev":"FM002"}`

设备侧通过 cmd_seq 字段实现命令幂等性。

TLS 加密

当前 MQTT 连接使用明文 1883 端口。TLS 加密已在规划中：

Mosquitto Broker 启用 8883 端口 + Let’s Encrypt 证书
G780s 通过 AT+SSLCFG 切换到 TLS 模式
服务端 URL 变更为 mqtts://mqtt.varka.cn:8883

证书配置需要在 G780s 中导入 CA 证书，使用 PEER 或 ALL 验证模式。

上行遥测帧格式

STM32 固件在 G780s_PrepareTelemetryFrame() 中构建遥测 JSON：

{
  "t": "tele",
  "dev": "FM002",
  "ts": 12345,
  "seq": 42,
  "temp": [null, null, null, 23.4],
  "weight": 1200,
  "flow": 12.30,
  "total": 1234.567,
  "relay_do": 3,
  "relay_di": 1,
  "heart_count": 10,
  "valid": 7,
  "status": 15,
  "running_slot": "A"
}

字段	类型	说明
`t`	string	帧类型：`tele`（遥测）、`ack`（应答）、`ota`（升级）、`alarm`（告警）
`dev`	string	设备序列号
`ts`	number	设备运行时间（秒），`HAL_GetTick() / 1000`
`seq`	number	遥测推送序列号，每轮递增
`temp`	array	4 通道 PT100 温度（°C），读取失败为 `null`
`weight`	number	重量（克），32 位有符号整数
`flow`	number	瞬时流量（L/min），由 `flow_rate / 100.0` 换算
`total`	number	累计流量（L），由 `flow_total / 1000.0` 换算
`relay_do`	number	继电器输出位图（bit0~~bit15 = CH1~~CH16）
`relay_di`	number	继电器输入位图
`heart_count`	number	单调递增计数器，每个传感器周期 +1
`valid`	number	有效性位图：bit0=PT100、bit1=称重、bit2=继电器
`status`	number	系统状态位：bit0~2=传感器状态、bit3=自动模式
`running_slot`	string	当前固件槽位：`"A"` 或 `"B"`

ACK 帧

设备收到云端命令后回复：

{
  "t": "ack",
  "dev": "FM002",
  "ts": 12345,
  "seq": 42,
  "cmd_seq": 100,
  "cmd": "relay_set",
  "result": "ok",
  "relay_do": 3,
  "relay_di": 1
}

Cloud ACK

服务端收到遥测帧后回复：

{
  "t": "cloud_ack",
  "ack_seq": 42,
  "dev": "FM002",
  "result": "ok"
}

设备侧通过 cloud_ack 确认遥测已送达，超时 5 秒未收到则重试。

服务端字段映射

服务端 state.js 根据 t 字段路由帧："tele" 存储最新遥测并广播 WebSocket，"ack" 记录命令确认，"ota" 更新 OTA 进度。

数据库 measurements 表将 JSON 字段拆分为独立列：

JSON 字段	数据库列	类型
`dev`	device_id	VARCHAR
`ts`	payload_ts	INT
`seq`	seq	INT
`flow`	flow	DECIMAL
`total`	total_value	DECIMAL
`weight`	weight	INT
`relay_do`	relay_do	INT
`relay_di`	relay_di	INT
`temp`	temperature_json	JSON
完整帧	payload	JSON

唯一约束 (device_id, seq) 防止重复遥测数据入库。

设备侧 JSON 命令处理

固件 G780s_HandleJsonFrame() 逐行解析接收到的 JSON，按 cmd 字段分发：

relay_set：队列化继电器位图命令
set_upload_period：修改遥测上传间隔
ota_prepare：进入 Bootloader 升级模式
ota_begin：初始化 OTA 会话（session_id、session_key、image_size、crc32、sha256、target_slot、chunk_size）
ota_chunk：接收 base64 编码的固件数据块
ota_abort：中止 OTA 会话
ota_commit：完成 OTA（触发校验 + 复位）