此解決方案展示了如何創(chuàng)建農(nóng)業(yè)土壤 pH 值傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)通過帶有 RS485 接口的傳感器測(cè)量土壤 pH 值。然后將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LoRaWAN? 服務(wù)器。

Figure 1: WisBlock土壤PH監(jiān)測(cè)應(yīng)用圖例

前期準(zhǔn)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-PH-RS (土壤PH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(wǎng)關(guān)（網(wǎng)關(guān)頻段需與傳感器模塊頻段一致，本示例使用RAK7268C網(wǎng)關(guān)，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(jié)為 WisBlock 傳感器節(jié)點(diǎn)組裝過程。

#LoRa天線安裝

1、將LoRa天線接口對(duì)準(zhǔn)并放置在RAK4631模塊的LoRa天線接口搭接處。

Figure 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(duì)準(zhǔn)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(yīng)的搭接處。

Figure 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(duì)準(zhǔn)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(yīng)的搭接處。

Figure 4: 傳感器節(jié)點(diǎn)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-PH-RS 土壤PH傳感器安裝

RAK5802采用快速壓接端子連接器以簡(jiǎn)化和確?，F(xiàn)場(chǎng)接線過程?？焖賶航佣俗涌芍С?0 AWG~24 AWG線寬的電纜。通常剝線長(zhǎng)度約為6~7 mm。

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(wěn)穩(wěn)地保持住。

2、將JXBS-3001-PH-RS 土壤PH傳感器的485 A（黃色線）和485 B（藍(lán)色線）剝線線纜頭分別插入到RAK5802對(duì)應(yīng)的連接器孔中。插入后，松開彈簧頭，完成壓接過程。

Figure 6: 對(duì)應(yīng)連接孔圖示

3、將JXBS-3001-PH-RS 土壤PH傳感器的正12-24 V（棕色線）和負(fù)12-24 V（黑色線）剝線線纜頭分別連接至直流供電電源正負(fù)極。

所有硬件安裝后，如下圖所示：

Figure 7: 土壤PH傳感器組裝

注意：

請(qǐng)將傳感器鋼針端避開石塊，按照所需測(cè)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(shí)不要左右晃動(dòng)，一個(gè)測(cè)點(diǎn)的小范圍內(nèi)建議多次測(cè)量求平均值。

軟件配置

本章節(jié)介紹WisBlock 傳感器模塊的軟件配置。

#Arduino IDE的下載

使用Arduino IDE對(duì)WisBlock進(jìn)行編碼和編程。如果您還未安裝Arduino IDE，可在Arduino官網(wǎng)中下載。

警告：

如果您所使用的操作系統(tǒng)為Windows 10：
請(qǐng)勿從Microsoft應(yīng)用商店中安裝Arduino IDE。請(qǐng)從Arduino官網(wǎng)中安裝原始的Arduino IDE。Microsoft應(yīng)用商店中的Arduino應(yīng)用在使用第三方板支持包時(shí)存在問題。

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

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”。

Figure 9: Arduino安裝許可協(xié)議

2、單擊“Next”。

Figure 10: Arduino安裝選項(xiàng)

3、單擊“Install”。

Figure 11: Arduino IDE安裝路徑

Figure 12: Arduino IDE安裝中

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

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(gè)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(duì)Arduino IDE進(jìn)行一些配置以便后續(xù)對(duì)WisBlock組裝模塊進(jìn)行相關(guān)配置。

1、打開Arduino IDE。

2、進(jìn)入“文件 > 首選項(xiàng)”。

Figure 14: 首選項(xiàng)

3、單擊圖中圖標(biāo)，編輯“附加開發(fā)板管理器網(wǎng)址”，將WisBlock Core添加到Arduino板列表中。

Figure 15: 修改附加開發(fā)板管理器網(wǎng)址

4、復(fù)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(qū)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”。

Figure 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-nrfutil 或 pip3 install --user adafruit-nrfutil

5、重啟Arduino IDE。

6、在“工具”菜單中打開“開發(fā)板管理”。

Figure 17: 打開開發(fā)板管理

7、如下圖所示，在搜索欄中鍵入“RAK”。將會(huì)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(yīng)的版本，并單擊“安裝”板支持包。

Figure 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(jù)下圖所示，選擇WisBlock Core RAK4631板。

Figure 19: 選擇WisBlock Core RAK4631板

3、根據(jù)下圖所示，選擇示例項(xiàng)目。

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。

Figure 21: 安裝所需代碼庫

5、修改示例代碼中的頻段區(qū)域，本示例使用的為CN470。

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(biāo)上傳代碼。

Figure 23: 選擇端口號(hào)

連接到RAK網(wǎng)關(guān)內(nèi)置服務(wù)器

#前提條件

• 傳感器模塊在LoRaWAN?網(wǎng)關(guān)覆蓋范圍之內(nèi)。
• 已在網(wǎng)關(guān)Web頁面“LoRa Network > Network Settings”中設(shè)置網(wǎng)關(guān)"Mode"為“Network Server”，即表示使用網(wǎng)關(guān)內(nèi)置服務(wù)器。

已登錄商業(yè)網(wǎng)關(guān)。

Figure 24: 網(wǎng)關(guān)設(shè)置為內(nèi)置服務(wù)器模式

• 已在網(wǎng)關(guān)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。

Figure 25: 選擇頻段和通道

#創(chuàng)建應(yīng)用并添加節(jié)點(diǎn)

1、在左側(cè)導(dǎo)航樹選擇“LoRa Network > Application”。

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

Figure 26: 添加節(jié)點(diǎn)

3、設(shè)置應(yīng)用參數(shù)。

Figure 27: 設(shè)置應(yīng)用參數(shù)

其中“Application EUI”和“Application Key”參數(shù)，從土壤電導(dǎo)率傳感器示例代碼中獲?。?/p>Figure 28: 獲取“Application EUI”和“Application Key”參數(shù)

注意：

• 示例中使用的是OTAA加網(wǎng)方式，所以選用的是"OTAA keys"相關(guān)參數(shù)，根據(jù)實(shí)際選擇“OTAA”或“ABP”參數(shù)。
• Application EUI：在傳感器示例代碼中獲取，切記需要?jiǎng)h除各個(gè)數(shù)字前的“0x”以及“，”。
• Application Key：在傳感器示例代碼中獲取，切記需要?jiǎng)h除各個(gè)數(shù)字前的“0x”以及“，”。

4、單擊“Save & Apply”。

5、單擊新建應(yīng)用后面的"Edit"，進(jìn)入應(yīng)用編輯頁面。添加節(jié)點(diǎn)并設(shè)置如下參數(shù)，然后單擊"Save & Apply"保存配置。

Figure 29: 添加節(jié)點(diǎn)

其中“Device EUI”參數(shù)，從土壤電導(dǎo)率傳感器示例代碼中獲?。?/p>Figure 30: 獲取設(shè)備EUI值

注意：

• 示例中使用的是OTAA加網(wǎng)方式，所以選用的是"OTAA keys"相關(guān)參數(shù)，根據(jù)實(shí)際選擇“OTAA”或“ABP”參數(shù)。
• Device EUI：在傳感器示例代碼中獲取，切記需要?jiǎng)h除各個(gè)數(shù)字前的“0x”以及“，”。

6、查看傳感器模塊日志以及RAK網(wǎng)關(guān)接收的上行數(shù)據(jù)。傳感器模塊日志：

• 網(wǎng)關(guān)內(nèi)置服務(wù)器側(cè)設(shè)置完成后，傳感器模塊將自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)。
• 打開“工具>串口監(jiān)視器”，可以到如下信息，表示該WisBlock 傳感器模塊已入網(wǎng)成功，并開始上傳數(shù)據(jù)。

Figure 31: 傳感器模塊日志

網(wǎng)關(guān)中上行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：

• 進(jìn)入“LoRa Network > Application”。
• 單擊應(yīng)用的“Edit”操作，進(jìn)入應(yīng)用設(shè)備界面。
• 單擊所選設(shè)備的設(shè)備名稱或設(shè)備EUI鏈接，進(jìn)入設(shè)備詳情頁面。
• 單擊進(jìn)入“Live Device Data”頁面，可查看實(shí)時(shí)上行數(shù)據(jù)。

Figure 32: 網(wǎng)關(guān)接收的上行數(shù)據(jù)

#數(shù)據(jù)格式

在 LoRaWAN? 服務(wù)器上，數(shù)據(jù)以下列格式到達(dá)：

字節(jié)1	字節(jié)2	字節(jié)3
05	PH1	PH2

• 字節(jié) 1 是數(shù)據(jù)類型的標(biāo)記，這里總是 05。
• pH 值發(fā)送為PH1.PH2，在數(shù)據(jù)包中將是 02 4b。

如本實(shí)例中網(wǎng)關(guān)收到的數(shù)據(jù)為：05 02 4b。其中05為數(shù)據(jù)類型標(biāo)識(shí)，0x02 0x4b為土壤 pH 值，將該十六進(jìn)制數(shù)據(jù)換算成十進(jìn)制數(shù)據(jù)為 275，即監(jiān)測(cè)到土壤 pH 值為 2.75。