WisBlock 环境监测应用指南

此解决方案展示了如何创建环境数据传感器节点。传感器节点测量空气温度、空气湿度、气压和气体水平。节点成功加入服务器后，它会定期将此数据传输到 LoRaWan® 服务器。

#前期准备

#硬件

• WisBlock Base (本示例使用RAK5005-O)
• WisBlock Core(本示例使用RAK4631)
• WisBlock Sensor(本示例使用RAK1906)
• LoRa天线(本示例使用CN470频段)
• 网关(本示例使用RAK7258网关)

 

???? 注意：

请保持网关与传感器所属频段相同，本实例中均为CN470。

 

#软件

• Arduino IDE
• RAK4631 BSP
• Adafruit BME680 库
• SX126x-Arduino 库
• U8g2 库

 

#硬件安装

1、将LoRa天线接口对准并放置在RAK4631模块的LoRa天线接口搭接处，轻轻按压LoRa天线接口，完成安装。

Figure 1: 安装LoRa天线

 

2、将RAK4631模块上的连接器插头对准RAK5005-O CUP插槽上的连接器插座。保持连接器间平行，将其轻放在插座连接器相应的搭接处。

Figure 2: 安装WisBlock Core RAK4631

 

3、将传感器模块RAK1906上的连接器插头对准RAK5005-O插槽的连接器插座。保持连接器间平行，将其轻放在插座连接器相应的搭接处。

Figure 3: 安装WisBlock Sensor RAK1906

 

???? 注意：

平行按压均匀施力，将听到扣合完成的声音，扣压完成后请使用螺钉将WisBlock Core和WisBlock Sensor模块固定在RAK5005-O Base板上。

 

组装完成后示意图如下：

Figure 4: 模块组装

 

#软件配置

本章节介绍WisBlock 传感器模块的软件配置。

 

#Arduino IDE的下载

使用Arduino IDE对WisBlock进行编码和编程。如果您还未安装Arduino IDE，可在Arduino官网中下载。

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⚠️ 警告

如果您所使用的操作系统为Windows 10：
请勿从Microsoft应用商店中安装Arduino IDE。请从Arduino官网中安装原始的Arduino IDE。Microsoft应用商店中的Arduino应用在使用第三方板支持包时存在问题。

 

如下图所示，可以看到Arduino IDE当前版本为V1.8.16。Windows、Linux和Mac OS X都有多个可用版本，选择正确的Arduino IDE版本并下载。

Figure 5: Arduino IDE 版本示意图

 

#Arduino IDE的安装

本示例为在Windows PC中安装已下载的Arduino IDE。

1、单击“I Agree”。

Figure 6: Arduino安装许可协议

 

2、单击“Next”。

Figure 7: Arduino安装选项

 

3、单击“Install”。

Figure 8: Arduino IDE安装路径

 

Figure 9: Arduino IDE安装中

 

进度为100%后，Arduino IDE已成功安装，单击“Close”，退出安装过程。

Figure 10: 成功安装

 

???? 注意：

在Linux与Mac OS X中，没有安装过程。只是一个解压过程，然后就能够成功打开Arduino IDE 。

 

#Arduino IDE上的配置

Arduino IDE安装成功后。需要对Arduino IDE进行一些配置以便后续对WisBlock组装模块进行相关配置。

1. 打开Arduino IDE。
2. 进入“文件 > 首选项”。

Figure 11: 首选项

 

3、单击图中图标，编辑“附加开发板管理器网址”，将WisBlock Core添加到Arduino板列表中。

Figure 12: 修改附加开发板管理器网址

 

4、复制此URLhttps://raw.githubusercontent.com/RAKwireless/RAKwireless-Arduino-BSP-Index/main/package_rakwireless_index.json并粘贴至下图所示区域。如果已存在其他链接，将上述链接粘贴至新的一行。完成后，单击“好”。

Figure 13: 添加RAKwireless WisBlock Core BSP

 

???? 注意

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

sudo pip3 install adafruit-nrfutil 或 pip3 install --user adafruit-nrfutil

 

5、重启Arduino IDE。

6、在“工具”菜单中打开“开发板管理”。

Figure 14: 打开开发板管理

 

7、如下图所示，在搜索栏中键入“RAK”。将会显示出可添加到Arduino板列表中的可用RAKwireless WisBlock Core。选择以下板支持包以及相应的版本，并单击“安装”板支持包。

Figure 15: 安装WisBlock Core

 

#烧录程序

1、将组装的WisBlock传感器模块使用USB连接线连接到PC上。

2、在Arduino IDE中，根据下图所示，选择WisBlock Core RAK4631板。

Figure 16: 选择WisBlock Core RAK4631板

 

3、根据下图所示，选择示例项目。

Figure 17: 选择示例代码

 

4、打开示例代码后，双击图中链接，安装示例代码中所需的代码库。

Figure 18: 安装所需代码库

 

5、修改示例代码中的频段区域，本示例使用的为CN470。

Figure 19: 修改频段

 

6、完成后，如下图所示，选择正确的串口并单击图中上传图标上传代码。

Figure 20: 选择端口号

 

#连接网关到TTN

本节为连接网关至TTN（The Things Network）平台。

 

#前提条件

• 网关已连接到网络，具体请参见连接网关到网络。
• 注册TTN账号并激活账号。

 

#操作步骤

1、登录TTN网站，您将看到以下页面：

Figure 21: TTN主页

 

2、单击“Register a gateway”，进入以下页面注册网关信息。

Figure 22: 注册网关

 

• Gateway EUI：网关唯一 ID。该名称必须与网关的真实网关ID相同。可登录网关在Web页面“LoRa Network > Network Settings”页面找到Gateway EUI。
• Frequency Plan：这是您要使用的频率，本示例为CN470。
• Gateway Server address：eu1.cloud.thethings.network为网关服务器地址。
• 单击“Create gateway”，网关新建成功后，即可在网关列表页查看新增加的网关。

 

4、访问网关，选择“LoRa Network > Network Settings”进入LoRaWAN Network Setting设置界面。

Figure 23: 网络设置

 

• 将“Mode”设置为“Packet Forwarder”后，单击“Switch mode”。
• 修改Server Address。修改完成后单击“Save & Apply”。

 

5、刷新TTN网关界面，如果您的网关状态为“Connected”，则网关现在已连接到TTN。

Figure 24: 网关成功连接TTN

 

#连接传感器节点至TTN

本节为连接传感器节点至TTN（The Things Network）平台。

 

#登录到TTN平台

登录TTN网站，您将看到以下页面：

Figure 25: TTN控制台页面

 

#创建新的应用程序

1、进入添加 Application 界面，注册相关信息后，单击页面底部的“Create application”。

Figure 26: 添加应用

 

2、进入应用程序概述页面，单击右下角“Add end devices”，在TTN平台注册新设备。

Figure 27: 应用程序概述页面

 

#注册新设备

1、在“Register end device”页面中，单击“Manually”页签。

2、配置Frequency plan、LoRaWAN version、Regional Parameters version，并添加设备DevEUI、AppEUI、AppKey。

Figure 28: 注册设备

 

???? 注意：

设备频段应与网关频段相同。

 

3、DevEUI、AppEUI、AppKey请在传感器示例代码中获取，切记需要删除各个数字前的“0x”以及“，”。

Figure 29: 获取DevEUI、AppEUI、AppKey

 

4、单击"Register and device"，完成设备注册，注册结果将汇总如下图所示。

Figure 30: 设备信息

 

5、重启设备后，设备自动入网并定时向服务器传输实时监测数据。单击See all activity→，查看传输数据。

Figure 31: 环境监测数据

 

6、成功上传示例项目后，可在 Arduino IDE 的工具栏单击串口监视器，查看传感器的读取日志。如果日志如下所示，表示RAK1906正在与WisBlock Core正确通信。

Figure 32: 串口监视器日志

 

#数据格式

通信传输的实时监测数据格式如下表所示：

字节1	字节2	字节3	字节4	字节5
1	温度1	温度2	湿度1	湿度2

字节6	字节7	字节8	字节9	字节10	字节11	字节12	字节13
气压1	气压2	气压3	气压4	气体1	气体2	气体3	气体4

• 字节1是数据类型的标识，这里始终是 1。
  • 每个字节的值都是 MSB 在前。
  • 温度以两个字节的形式发送，为了准确起见放大 100 倍。例如，2510 意味着 25.01摄氏度，以 0x09 0xCE 发送。
  • 湿度是以两个字节的形式发送的，为了准确起见放大了 100 倍。例如，4173 意味着 41.73%，以 0x10 0x4D 发送。
  • 气压是以四个字节的形式发送的，为了准确起见放大了 100 倍。例如，100945 意味着 1009.45 hPa，以 0x00 0x01 0x8A 0x51 发送。
  • 气体电阻以四个字节发送，例如63560 Ω，以 0x00 0x00 0xF8 0x48 发送。

 

???? 注意：

此传输示例中：0x09 0x5E代表温度值；0x14 0xDD代表湿度值；0x00 0x01 0x7A 0x85代表气压值；0x00 0x00 0x09 0x8B代表气体电阻值。