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使用 Arduino MKR WAN 1300 和 Grove 湿度传感器搭建 LoRaWAN 水探测器

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使用湿度传感器连接到 Arduino MKR WAN 1300 板测量湿度并将数据发送至 The Things Network。

在使用支持 Arduino 的 Grove 入门套件和 Grove 语音识别器后,我现在有许多 Grove 模块。同时,在最近研究了 Arduino MKR WAN 1300 之后,我渴望进一步探索它的更多应用。于是,我很高兴地发现 MKR 连接器载体 (176-3646) 可以让我轻松地将 Grove 传感器和 MKR Wan 1300 组合使用。

将 Grove 传感器连接至 MKR WAN 133

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首先,我将 MKR Arduino MKR WAN 1300 插入连接器载体,再连接到 Grove 接近传感器中。我将示例编程上传到 Arduino 上,并用手在传感器上方挥动,然后在 Arduino IDE 的串行监控器中看到了感应结果。

随后,我尝试了其他不同的传感器,并决定探索湿度传感器 (174-3236) 的应用。这看起来很合理,因为我所在的约克郡空气湿度较大,我认为它可以用来检测应保持干燥的地点的湿度变化。

连接到The Things Network

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我已将 MKR WAN 1300 连接至 The Things Network (TTN),并在上一篇博客文章中对此进行了概述。将传感器设置为向 TTN 发送数据的过程非常简单,而将发送的数据设置为实用格式又是另一回事。我依照 Gonzalo Casas GitHub 的步骤在 MKR WAN 1300 上编写了“hello world”初始程序,同时还编写了将数值发送到串行监控器的 Grove 湿度传感器示例程序。

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我可以看到数据被发送至 TTN,然而并没有达到预期的目标,因此我开始尝试解决此问题。

将数据以字节形式发送

The Things Network 使用 LoRaWAN,它是一种类似于 WiFi 或 Bluetooth 的无线通信标准,属于低功耗广域网络 (LPWAN)。它通过尽可能提高发送和接收数据的效率来节省带宽和传输时间。这样还能达到节能的效果,尤其适用于电池供电设备。这意味着数据编码应当以尽可能缩短传输时间为目标。因此在传输之前,应将数据转换为字节,而不是以 ASCII 字符的形式发送,同时应当尽可能减少字节的数量。于是我需要先将传感器生成的数据转换为字节,然后再进行传输。

为此,我首先需要将程序中的 modem.print 行更改为 modem.write。在阅读了 MKR Wan 参考资料之后,我明确地认识到 modem.write 以字节或一系列字节的形式发送数据,而 print 函数(这正是我的错误所在)则发送表示数字位数的字符。

将 modem.print 更改为 modem.write之后,我可以看到发送字节成功,但是我可以通过将数据压缩为单字节来做出进一步的改进。字节的最大值为 255,但根据数据表,Grove 传感器生成的输出值如下:

  最小值 最大值
输出值    
干燥土壤中的传感器 0 300
潮湿土壤中的传感器 300 700
水中的传感器 700 950

 

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我将传感器浸入一杯水中,以此来测试实际使用时可能发生的情况。我得到的读数刚刚超过 600。用钥匙或螺丝刀使触点短路后,读数大约为 800。这意味着,如果我将该值除以 3,那么在最潮湿的环境下读数将不超过 255。在这种情况下,我不需要太精确(即 950 的湿度),因为 300 足以满足我的需求。将来我可以轻松编辑,将该数值除以 3.5 或 4,以确保单字节不超过最大值 255。

最终程序

我的程序现在如下所示:

#include <MKRWAN.h>

LoRaModem modem;

#include "arduino_secrets.h"

// Please enter your sensitive data in the arduino_secrets.h tab

String appEui = SECRET_APP_EUI;
String appKey = SECRET_APP_KEY;
int sensorPin = A0;
int sensorValue = 0;
void setup() {

// put your setup code here, to run once:

Serial.begin(115200);
while (!Serial);

// change this to your regional band (eg. US915, AS923, ...)

if (!modem.begin(EU868)) {
Serial.println("Failed to start module");
while (1) {}

};

Serial.print("Your module version is: ");
Serial.println(modem.version());
Serial.print("Your device EUI is: ");
Serial.println(modem.deviceEUI());
int connected = modem.joinOTAA(appEui, appKey);

if (!connected) {

Serial.println("Something went wrong; are you indoors? Move near a window and retry");

while (1) {}

}

// Set poll interval to 60 secs.

modem.minPollInterval(60);

// NOTE: independently of this setting the modem will
// not send more than one message every 2 minutes,
// this is enforced by firmware and can not be changed.

}

void loop() {

// read the value from the sensor:

sensorValue = analogRead(sensorPin);

// scale the reading and fit into 1 byte

int scaledValue = sensorValue / 3;
byte payload = scaledValue;
Serial.print("Sensor reading = " );
Serial.println(sensorValue);
Serial.print("Scaled value = " );
Serial.println(scaledValue);

delay(1000);

modem.beginPacket();
modem.write(payload);
int err = modem.endPacket(false);
if (err > 0) {
Serial.println("Data Sent");
} else {
Serial.println("Error");
}
delay(100000 * 60);
}

运行程序时必须已安装 MKR WAN 库,我已经在有关 MKR WAN 1300 的博客文章中介绍了如何进行这一操作。

Grove 湿度检测仪是一款模拟传感器,因此运行时不需要库。

您还需要在以上程序所在的同一文件夹中创建一个名为 arduino_secrights.h 的文件,其中包含以下内容:

// Replace with keys obtained from TheThingsNetwork console

#define SECRET_APP_EUI "xxxxxxxxxxxxxxxx"

#define SECRET_APP_KEY "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"

接着您可以编辑以上内容,将 x 替换为应用程序 EUI 和应用程序密钥,密钥可以在 TTN 控制台的“设备”页面找到。

在 The Things Network 控制台中添加解码器

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当数据到达 The Things Network 后,需要将字节值转换回具有意义的数字。这是通过 TTN 端的解码器实现的。该解码器位于 TTN 控制台“应用”部分的“有效负载格式”页面中。它使用 Javascript 语言,下列解码器读取传感器发送的字节并将其转换回整数:

function Decoder(bytes, port) {
var decoded = {};
decoded.moisture = bytes[0];
return decoded;
}

调试

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程序包含写入到串行监控器的行,目的是帮助调试。该行将显示传感器的整数输出,然后将数值除以 3,以便与 TTN 数据窗口中的显示值进行对比。这样将能够轻松监测到生成的任何异常值,例如当数值超过 255 时。

结论

如果我只需要一台水灾探测器,那么我可以在本项目中使用 Grove 水位传感器 (174-3242) ,但是湿度检测器具有更高的灵活性。除了真正的水灾之外,我还可以用它来检测遛狗之前屋后土壤的湿度,或者在夏天用来检测植物何时需要浇水。

我还打算研究一些在湿度过高(或者过低)时发送短信或 Tweet 提醒的编程方法。

I currently look after production at AB Open. I have a background in the arts, environmental conservation and IT support. In my spare time I do a bit of DJing and I like making things.
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