WisBlock 土壤电导率监测应用指南

此解决方案展示了如何创建农业土壤电导率传感器节点。传感器节点通过带有 RS485 接口的传感器测量土壤电导率、土壤温度和土壤湿度。然后将此数据传输到 LoRaWan® 服务器。

Figure 1: WisBlock土壤电导率监测应用图例

 

#前期准备

#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(土壤电导率传感器)
• LoRa天线（本示例使用CN470频段）
• USB连接线
• 直流供电电源
• 网关（网关频段需与传感器模块频段一致，本示例使用RAK7268C网关，频段CN470）

#软件

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

 

#硬件安装

本章节为 WisBlock 传感器节点组装过程。

#LoRa天线安装

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。

Figure 2: 安装LoRa天线

 

2、轻轻按压LoRa天线接口，将LoRa天线安装到RAK4631上。

 

#WisBlock Core安装

1、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 3: 安装RAK4631

 

2、平行按压均匀施力，听到扣合声音后，扣压完成。

3、完成后，使用螺钉将模块固定在RAK5005-O上。

 

#WisBlock IO安装

1、将RAK5802传感器模块上的连接器插头对准RAK5005-O IO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 4: 传感器节点组装示意图

 

2、平行按压均匀施力，听到扣合声音后，扣压完成。

3、完成后，使用螺钉将模块固定在RAK5005-O上。

 

#JXBS-3001-EC-RS-4 土壤电导率传感器安装

RAK5802采用快速压接端子连接器以简化和确保现场接线过程。快速压接端子可支持20 AWG~24 AWG线宽的电缆。通常剥线长度约为6~7 mm。

传感器线缆连接到压接端子示意图：

Figure 5: 传感器线缆连接到压接端子示意图

 

具体操作步骤如下：

1、将RAK5802上压接端子的弹簧头按下并稳稳地保持住。

2、将JXBS-3001-EC-RS-4 土壤电导率传感器的485 A（黄色线）和485 B（蓝色线）剥线线缆头分别插入到RAK5802对应的连接器孔中。插入后，松开弹簧头，完成压接过程。

Figure 6: 对应连接孔图示

 

3、将JXBS-3001-EC-RS-4 土壤电导率传感器的正12-24 V（棕色线）和负12-24 V（黑色线）剥线线缆头分别连接至直流供电电源正负极。

所有硬件安装后，如下图所示：

Figure 7: 土壤电导率传感器组装

 

注意：

请将传感器钢针端避开石块，按照所需测量深度抛开表层土，保持下面土壤原有松紧程度，紧握传感器垂直插入土壤。插入时不要左右晃动，一个测点的小范围内建议多次测量求平均值。

 

#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。

 

 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 8: 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 9: Arduino安装许可协议

 

2、单击“Next”。

Figure 10: Arduino安装选项

 

3、单击“Install”。

Figure 11: Arduino IDE安装路径

 

Figure 12: 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 13: 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 14: 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 15: 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 16: 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 17: 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 18: 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 19: 选择WisBlock Core RAK4631板

 

3、根据下图所示，选择示例项目。

Figure 20: 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 21: 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 22: 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 23: 选择端口号

 

连接到RAK网关内置服务器

#前提条件

• 传感器模块在LoRaWAN®网关覆盖范围之内。
• 已登录商业网关。
• 已在网关Web页面“LoRa Network > Network Settings”中设置网关"Mode"为“Network Server”，即表示使用网关内置服务器。

Figure 24: 网关设置为内置服务器模式

 

• 已在网关Web页面“Channel Plan”上配置需要的"Region"。本示例中频段为CN470，通道为80-87。

Figure 25: 选择频段和通道

 

#创建应用并添加节点

1、在左侧导航树选择“LoRa Network > Application”。

2、输入应用名称，选择“Type 1 : Unified Application Key”，单击“Add”。

Figure 26: 添加节点

 

3、设置应用参数。

Figure 27: 设置应用参数

 

其中“Application EUI”和“Application Key”参数，从土壤电导率传感器示例代码中获取：

Figure 28: 获取“Application EUI”和“Application Key”参数

 

注意：

• 示例中使用的是OTAA加网方式，所以选用的是"OTAA keys"相关参数，根据实际选择“OTAA”或“ABP”参数。
• Application EUI：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“，”。
• Application Key：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“，”。

 

4、单击“Save & Apply”。

5、单击新建应用后面的"Edit"，进入应用编辑页面。添加节点并设置如下参数，然后单击"Save & Apply"保存配置。

Figure 29: 添加节点

 

其中“Device EUI”参数，从土壤电导率传感器示例代码中获取：

Figure 30: 获取设备EUI值

 

注意：

• 示例中使用的是OTAA加网方式，所以选用的是"OTAA keys"相关参数，根据实际选择“OTAA”或“ABP”参数。
• Device EUI：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“，”。

 

6、查看传感器模块日志以及RAK网关接收的上行数据。

传感器模块日志：

• 网关内置服务器侧设置完成后，传感器模块将自动加入网络。
• 打开“工具>串口监视器”，可以到如下信息，表示该WisBlock 传感器模块已入网成功，并开始上传数据。

Figure 31: 传感器模块日志

 

网关中上行实时数据：

• 进入“LoRa Network > Application”。
• 单击应用的“Edit”操作，进入应用设备界面。
• 单击所选设备的设备名称或设备EUI链接，进入设备详情页面。
• 单击进入“Live Device Data”页面，可查看实时上行数据。

 

#数据格式

在 LoRaWan® 服务器上，数据以下列格式到达

字节1	字节2	字节3	字节4	字节5	字节6	字节7
03	CON1	CON2	T1	T2	H1	H2

• 字节 1 是数据类型的标记，这里总是 03。
• 电导率作为CON1CON2，在数据包中将是 00 4a。
• 温度发送为T1.T2，在数据包中将是 00 cb。
• 湿度作为H1.H2，在数据包中将是 03 e8。

 

如本实例中网关收到的数据为：03 00 4a 00 cb 03 e8。其中03为数据类型标识；0x00 0x4a为土壤电导率，将该十六进制数据换算成十进制数据为 74，即监测到土壤导电导率为74 us/cm；0x00 0xcb为土壤温度，将该十六进制数据换算成十进制数据为 207，即监测到土壤温度为20.7；0x03 0xe8为土壤湿度，将该十六进制数据换算成十进制数据为 1000，即监测到土壤温度为10.00% RH。