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WisBlock 土壤電導率監測應用指南

瑞科慧聯(RAK) ? 2022-08-01 10:25 ? 次閱讀

此解決方案展示了如何創建農業土壤電導率傳感器節點。傳感器節點通過帶有 RS485 接口的傳感器測量土壤電導率、土壤溫度和土壤濕度。然后將此數據傳輸到 LoRaWan? 服務器。

poYBAGLh8eSAK9dnAAAQk8hUAos331.pngFigure 1: WisBlock土壤電導率監測應用圖例

#前期準備

#硬件

  • WisBlock Base(本示例使用RAK5005-O)
  • WisBlock Core(本示例使用RAK4631)
  • WisBlock IO(本示例使用RAK5802)
  • JXBS-3001-EC-RS-4(土壤電導率傳感器)
  • LoRa天線(本示例使用CN470頻段)
  • USB連接線
  • 直流供電電源
  • 網關(網關頻段需與傳感器模塊頻段一致,本示例使用RAK7268C網關,頻段CN470)

#軟件

  • Arduino IDE
  • RAK4630 BSP
  • Arduino RS485 庫
  • Arduino Modbus 庫
  • SX126x-Arduino 庫

#硬件安裝

本章節為 WisBlock 傳感器節點組裝過程。

#LoRa天線安裝

1、將LoRa天線接口對準并放置在RAK4631模塊的LoRa天線接口搭接處。

poYBAGLnOGyAVXYVAAId6sqzPJg605.pngFigure 2: 安裝LoRa天線

2、輕輕按壓LoRa天線接口,將LoRa天線安裝到RAK4631上。

#WisBlock Core安裝

1、將RAK4631模塊上的連接器插頭對準RAK5005-O CUP插槽上的連接器插座。保持連接器間平行,將其輕放在插座連接器相應的搭接處。

安裝RAK4631Figure 3: 安裝RAK4631

2、平行按壓均勻施力,聽到扣合聲音后,扣壓完成。

3、完成后,使用螺釘將模塊固定在RAK5005-O上。

#WisBlock IO安裝

1、將RAK5802傳感器模塊上的連接器插頭對準RAK5005-O IO插槽上的連接器插座。保持連接器間平行,將其輕放在插座連接器相應的搭接處。

pYYBAGLnOH-ABO0GAAgvTk1-eyM751.pngFigure 4: 傳感器節點組裝示意圖

2、平行按壓均勻施力,聽到扣合聲音后,扣壓完成。

3、完成后,使用螺釘將模塊固定在RAK5005-O上。

#JXBS-3001-EC-RS-4 土壤電導率傳感器安裝

RAK5802采用快速壓接端子連接器以簡化和確保現場接線過程。快速壓接端子可支持20 AWG~24 AWG線寬的電纜。通常剝線長度約為6~7 mm。

傳感器線纜連接到壓接端子示意圖:

傳感器線纜連接到壓接端子示意圖Figure 5: 傳感器線纜連接到壓接端子示意圖

具體操作步驟如下:

1、將RAK5802上壓接端子的彈簧頭按下并穩穩地保持住。

2、將JXBS-3001-EC-RS-4 土壤電導率傳感器的485 A(黃色線)和485 B(藍色線)剝線線纜頭分別插入到RAK5802對應的連接器孔中。插入后,松開彈簧頭,完成壓接過程。

對應連接孔圖示Figure 6: 對應連接孔圖示

3、將JXBS-3001-EC-RS-4 土壤電導率傳感器的正12-24 V(棕色線)和負12-24 V(黑色線)剝線線纜頭分別連接至直流供電電源正負極。

所有硬件安裝后,如下圖所示:

土壤電導率傳感器組裝Figure 7: 土壤電導率傳感器組裝

注意:

請將傳感器鋼針端避開石塊,按照所需測量深度拋開表層土,保持下面土壤原有松緊程度,緊握傳感器垂直插入土壤。插入時不要左右晃動,一個測點的小范圍內建議多次測量求平均值。

#軟件配置

本章節介紹WisBlock 傳感器模塊的軟件配置。

#Arduino IDE的下載

使用Arduino IDE對WisBlock進行編碼和編程。如果您還未安裝Arduino IDE,可在Arduino官網中下載。

警告:

如果您所使用的操作系統Windows 10
請勿從Microsoft應用商店中安裝Arduino IDE。請從Arduino官網中安裝原始的Arduino IDE。Microsoft應用商店中的Arduino應用在使用第三方板支持包時存在問題。

如下圖所示,可以看到Arduino IDE當前版本為V1.8.16。Windows、Linux和Mac OS X都有多個可用版本,選擇正確的Arduino IDE版本并下載。

Arduino IDE 版本示意圖Figure 8: Arduino IDE 版本示意圖

#Arduino IDE的安裝

本示例為在Windows PC中安裝已下載的Arduino IDE。

1、單擊“I Agree”。

Arduino安裝許可協議Figure 9: Arduino安裝許可協議

2、單擊“Next”。

Arduino安裝選項Figure 10: Arduino安裝選項

3、單擊“Install”。

Arduino IDE安裝路徑Figure 11: Arduino IDE安裝路徑

Arduino IDE安裝中Figure 12: Arduino IDE安裝中

進度為100%后,Arduino IDE已成功安裝,單擊“Close”,退出安裝過程。

成功安裝Figure 13: 成功安裝

注意:

在Linux與Mac OS X中,沒有安裝過程。只是一個解壓過程,然后就能夠成功打開Arduino IDE 。

#Arduino IDE上的配置

Arduino IDE安裝成功后。需要對Arduino IDE進行一些配置以便后續對WisBlock組裝模塊進行相關配置。

1、打開Arduino IDE。

2、進入“文件 > 首選項”。

首選項Figure 14: 首選項

3、單擊圖中圖標,編輯“附加開發板管理器網址”,將WisBlock Core添加到Arduino板列表中。

修改附加開發板管理器網址Figure 15: 修改附加開發板管理器網址

4、復制此URLhttps://raw.githubusercontent.com/RAKwireless/RAKwireless-Arduino-BSP-Index/main/package_rakwireless_index.json并粘貼至下圖所示區域。如果已存在其他鏈接,將上述鏈接粘貼至新的一行。完成后,單擊“好”。

添加RAKwireless WisBlock Core BSPFigure 16: 添加RAKwireless WisBlock Core BSP

注意:

如果您使用的是Linux,需要通過“pip”安裝“adafruit-nrfutil”。

sudo pip3 install adafruit-nrfutilpip3 install --user adafruit-nrfutil

5、重啟Arduino IDE。

6、在“工具”菜單中打開“開發板管理”。

打開開發板管理Figure 17: 打開開發板管理

7、如下圖所示,在搜索欄中鍵入“RAK”。將會顯示出可添加到Arduino板列表中的可用RAKwireless WisBlock Core。選擇以下板支持包以及相應的版本,并單擊“安裝”板支持包。

安裝WisBlock CoreFigure 18: 安裝WisBlock Core

#燒錄程序

1、將組裝的WisBlock傳感器模塊使用USB連接線連接到PC上。

2、在Arduino IDE中,根據下圖所示,選擇WisBlock Core RAK4631板。

選擇WisBlock Core RAK4631板Figure 19: 選擇WisBlock Core RAK4631板

3、根據下圖所示,選擇示例項目。

選擇示例代碼Figure 20: 選擇示例代碼

4、打開示例代碼后,雙擊圖中鏈接,安裝示例代碼中所需的代碼庫。

安裝所需代碼庫Figure 21: 安裝所需代碼庫

5、修改示例代碼中的頻段區域,本示例使用的為CN470。

修改頻段Figure 22: 修改頻段

6、完成后,如下圖所示,選擇正確的串口并單擊圖中上傳圖標上傳代碼。

選擇端口號Figure 23: 選擇端口

連接到RAK網關內置服務器

#前提條件

  • 傳感器模塊在LoRaWAN?網關覆蓋范圍之內。
  • 已登錄商業網關。
  • 已在網關Web頁面“LoRa Network > Network Settings”中設置網關"Mode"為“Network Server”,即表示使用網關內置服務器。
網關設置為內置服務器模式Figure 24: 網關設置為內置服務器模式

  • 已在網關Web頁面“Channel Plan”上配置需要的"Region"。本示例中頻段為CN470,通道為80-87。
選擇頻段和通道Figure 25: 選擇頻段和通道

#創建應用并添加節點

1、在左側導航樹選擇“LoRa Network > Application”。

2、輸入應用名稱,選擇“Type 1 : Unified Application Key”,單擊“Add”。

添加節點Figure 26: 添加節點

3、設置應用參數

設置應用參數Figure 27: 設置應用參數

其中“Application EUI”和“Application Key”參數,從土壤電導率傳感器示例代碼中獲取:

獲取“Application EUI”和“Application Key”參數Figure 28: 獲取“Application EUI”和“Application Key”參數

注意:

  • 示例中使用的是OTAA加網方式,所以選用的是"OTAA keys"相關參數,根據實際選擇“OTAA”或“ABP”參數。
  • Application EUI:在傳感器示例代碼中獲取,切記需要刪除各個數字前的“0x”以及“,”。
  • Application Key:在傳感器示例代碼中獲取,切記需要刪除各個數字前的“0x”以及“,”。

4、單擊“Save & Apply”。

5、單擊新建應用后面的"Edit",進入應用編輯頁面。添加節點并設置如下參數,然后單擊"Save & Apply"保存配置。

添加節點Figure 29: 添加節點

其中“Device EUI”參數,從土壤電導率傳感器示例代碼中獲取:

獲取設備EUI值Figure 30: 獲取設備EUI值

注意:

  • 示例中使用的是OTAA加網方式,所以選用的是"OTAA keys"相關參數,根據實際選擇“OTAA”或“ABP”參數。
  • Device EUI:在傳感器示例代碼中獲取,切記需要刪除各個數字前的“0x”以及“,”。

6、查看傳感器模塊日志以及RAK網關接收的上行數據。

傳感器模塊日志:

  • 網關內置服務器側設置完成后,傳感器模塊將自動加入網絡
  • 打開“工具>串口監視器”,可以到如下信息,表示該WisBlock 傳感器模塊已入網成功,并開始上傳數據。
傳感器模塊日志Figure 31: 傳感器模塊日志

網關中上行實時數據:

  • 進入“LoRa Network > Application”。
  • 單擊應用的“Edit”操作,進入應用設備界面。
  • 單擊所選設備的設備名稱或設備EUI鏈接,進入設備詳情頁面。
  • 單擊進入“Live Device Data”頁面,可查看實時上行數據。

#數據格式

在 LoRaWan? 服務器上,數據以下列格式到達

字節1字節2字節3字節4字節5字節6字節7
03CON1CON2T1T2H1H2
  • 字節 1 是數據類型的標記,這里總是 03。
  • 電導率作為CON1CON2,在數據包中將是 00 4a。
  • 溫度發送為T1.T2,在數據包中將是 00 cb。
  • 濕度作為H1.H2,在數據包中將是 03 e8。

如本實例中網關收到的數據為:03 00 4a 00 cb 03 e8。其中03為數據類型標識;0x00 0x4a為土壤電導率,將該十六進制數據換算成十進制數據為 74,即監測到土壤導電導率為74 us/cm;0x00 0xcb為土壤溫度,將該十六進制數據換算成十進制數據為 207,即監測到土壤溫度為20.7;0x03 0xe8為土壤濕度,將該十六進制數據換算成十進制數據為 1000,即監測到土壤溫度為10.00% RH。

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