WisBlock 土壤電導率監(jiān)測應用指南

此解決方案展示了如何創(chuàng)建農業(yè)土壤電導率傳感器節(jié)點。傳感器節(jié)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(shù)據(jù)傳輸?shù)?LoRaWan? 服務器。

Figure 1: WisBlock土壤電導率監(jiān)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(wǎng)關（網(wǎng)關頻段需與傳感器模塊頻段一致，本示例使用RAK7268C網(wǎng)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(jié)為 WisBlock 傳感器節(jié)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。

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。

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。

Figure 4: 傳感器節(jié)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(xiàn)場接線過程?？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-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。

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：

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(jié)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(wǎng)中下載。

警告：

如果您所使用的操作系統(tǒng)為Windows 10：
請勿從Microsoft應用商店中安裝Arduino IDE。請從Arduino官網(wǎng)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。

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

3、單擊“Install”。

Figure 11: Arduino IDE安裝路徑

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。

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(xù)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”。

Figure 14: 首選項

3、單擊圖中圖標，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。

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上傳代碼。

Figure 23: 選擇端口號

連接到RAK網(wǎng)關內置服務器

#前提條件

• 傳感器模塊在LoRaWAN?網(wǎng)關覆蓋范圍之內。
• 已登錄商業(yè)網(wǎng)關。
• 已在網(wǎng)關Web頁面“LoRa Network > Network Settings”中設置網(wǎng)關"Mode"為“Network Server”，即表示使用網(wǎng)關內置服務器。

Figure 24: 網(wǎng)關設置為內置服務器模式

• 已在網(wǎng)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。

Figure 25: 選擇頻段和通道

#創(chuàng)建應用并添加節(jié)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”。

Figure 26: 添加節(jié)點

3、設置應用參數(shù)。

Figure 27: 設置應用參數(shù)

其中“Application EUI”和“Application Key”參數(shù)，從土壤電導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"相關參數(shù)，根據(jù)實際選擇“OTAA”或“ABP”參數(shù)。
• Application EUI：在傳感器示例代碼中獲取，切記需要刪除各個數(shù)字前的“0x”以及“，”。
• Application Key：在傳感器示例代碼中獲取，切記需要刪除各個數(shù)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(jié)點并設置如下參數(shù)，然后單擊"Save & Apply"保存配置。

Figure 29: 添加節(jié)點

其中“Device EUI”參數(shù)，從土壤電導率傳感器示例代碼中獲?。?/p>Figure 30: 獲取設備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"相關參數(shù)，根據(jù)實際選擇“OTAA”或“ABP”參數(shù)。
• Device EUI：在傳感器示例代碼中獲取，切記需要刪除各個數(shù)字前的“0x”以及“，”。

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

傳感器模塊日志：

• 網(wǎng)關內置服務器側設置完成后，傳感器模塊將自動加入網(wǎng)絡。
• 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)關中上行實時數(shù)據(jù)：

• 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(shù)據(jù)。

#數(shù)據(jù)格式

在 LoRaWan? 服務器上，數(shù)據(jù)以下列格式到達

字節(jié)1	字節(jié)2	字節(jié)3	字節(jié)4	字節(jié)5	字節(jié)6	字節(jié)7
03	CON1	CON2	T1	T2	H1	H2

• 字節(jié) 1 是數(shù)據(jù)類型的標記，這里總是 03。
• 電導率作為CON1CON2，在數(shù)據(jù)包中將是 00 4a。
• 溫度發(fā)送為T1.T2，在數(shù)據(jù)包中將是 00 cb。
• 濕度作為H1.H2，在數(shù)據(jù)包中將是 03 e8。

如本實例中網(wǎng)關收到的數(shù)據(jù)為：03 00 4a 00 cb 03 e8。其中03為數(shù)據(jù)類型標識；0x00 0x4a為土壤電導率，將該十六進制數(shù)據(jù)換算成十進制數(shù)據(jù)為 74，即監(jiān)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(shù)據(jù)換算成十進制數(shù)據(jù)為 207，即監(jiān)測到土壤溫度為20.7；0x03 0xe8為土壤濕度，將該十六進制數(shù)據(jù)換算成十進制數(shù)據(jù)為 1000，即監(jiān)測到土壤溫度為10.00% RH。