使用低功耗物联网传感器实时监测环境条件和紫外线辐射，并通过LoRaWAN向Th传输数据

目的:

•实时监测关键环境参数，如温度、湿度、大气压、VOC气体、空气颗粒物(PM2.5、PM10)、紫外线强度、降雨检测等。

•使用LoRaWAN技术，通过物联网(TTN)进行管理，远距离无线传输数据。

•在OLED屏幕上显示本地数据，以便快速读取。

•将数据发送到云平台(与TTN集成)进行存储、历史分析和远程可视化。

•了解与TTN集成多个传感器和端到端LoRaWAN通信。

所需材料和软件：

硬件:

•WISBLOCK基地：RAK1907基地板轮缘Gen

•WISBLOCK核心：RAK4631北欧NRF52840(集成LoRaWAN

•WISBLOCK传感器:

•RAK12030雨水传感器

•RAK12019 LTR-390UV-01紫外光传感器。

•WISBLOCK杂项:

•RAK1921 OLED显示屏

•其他组件/配件：

•RAK7268V2 WisGate Edge Lite 2 (LoRaWAN网关)

•电池连接器电缆

•太阳能电池板连接器

•太阳能电池板

•螺丝刀

•防水外壳(可选，但强烈建议户外部署)

软件:

•Arduino IDE或PlatformIO

•用于RAK模块的Arduino库(例如RAKwireless_RAK4631_BSP)和特定传感器库(例如Adafruit_BME680， SparkFun_PMSA003I_Arduino_Library, Adafruit_SSD1306, Adafruit_GFX)。

•RAK7268V2网关固件和配置软件(web界面)。

•TTN (The Things Network)帐户。

•云物联网平台(例如，Ubidots, Grafana cloud)上的帐户，用于与TTN集成。

•预计耗时：8-12小时(包括装配、编程、搭建LoRaWAN网络、配置云平台)。

学习成果:

•能够组装和配置模块化WISBLOCK组件。

•能够编程微控制器，用于读取和处理来自多个传感器的数据。

•深入了解LoRaWAN通信，包括设备激活(OTAA/ABP)和物联网的有效载荷格式。

•具有在TTN中配置和管理LoRaWAN网关的经验。

•了解将来自TTN的物联网数据与云平台集成以实现可视化、分析和警报设置。

•开发功能完备的自主环境监测系统。

设置和实现步骤：

•硬件组装：将RAK4631 (Core)模块连接到RAK1907 (Base)模块。将传感器(BME680， UV, Rain, particle)和OLED显示器连接到RAK1907的相应I2C/模拟/数字端口。连接电池电缆和太阳能电池板供电。

•开发环境设置：安装Arduino IDE或PlatformIO，并添加对RAK4631板的支持。为每个传感器和OLED安装必要的库。

•TTN中的网关配置(RAK7268V2)：将网关连接到网络(以太网或Wi-Fi)。访问其web界面并配置为使用Semtech数据包转发器或基本站协议连接到物联网。在您的TTN帐户中注册网关。

•设备(RAK4631节点)在TTN中的配置：在您的The Things Network帐户中创建应用程序并注册新设备。选择OTAA (Over-the-Air Activation)作为激活类型。请记下TTN提供的DevEUI、AppEUI(或JoinEUI)和AppKey。这些将在节点的Arduino代码中需要。

节点编程(RAK4631)：

•编写代码初始化每个传感器并读取其数据。

•实现在OLED显示器上显示关键数据的逻辑。

•使用TTN凭证将RAK4631配置为LoRaWAN节点。

•将传感器数据封装为LoRaWAN的有效格式(建议使用Cayenne LPP，因为它易于使用，并且可以在TTN中自动解码，或者使用自定义二进制格式以进行更多控制)。

•实现周期性数据传输周期和低功耗模式(深度睡眠)，以优化电池寿命。

•TTN中的有效载荷解码器配置：如果您使用卡宴LPP， TTN将自动解码。如果使用自定义二进制格式，则需要在TTN控制台中用JavaScript编写有效负载格式化程序(解码器)，以将接收到的字节转换为可读值。

•TTN与云物联网平台集成：在TTN控制台中，配置集成(例如，webhook或MQTT)将解码的数据发送到云物联网平台(例如，Ubidots, Grafana Cloud)。

•云物联网平台配置(Ubidots/Grafana)：创建仪表板，使用图表、仪表和表格实时可视化传感器数据。设置基于阈值的警报规则(例如，高颗粒物水平，大雨，极端温度)。

•测试和校准：执行现场测试以验证数据传输，LoRaWAN范围和传感器读取精度。根据需要调整警报阈值。

挑战和故障排除提示：

•LoRaWAN连接问题：确保网关在节点的范围内，并且LoRaWAN凭据(DevEUI, AppEUI, AppKey)在节点和the Things Network控制台上都是正确和匹配的。验证频率和信道计划(例如，EU868)。确保网关在TTN中已连接并处于活动状态。

•功耗：频繁的传感器读数和OLED使用会增加功耗。优化低功耗代码(读取/传输之间的微控制器睡眠模式)，以最大限度地延长电池寿命，特别是与太阳能电池板。考虑在不需要时禁用OLED。

•TTN中的有效载荷解码：确保the Things Network中的有效载荷格式化程序正确解码节点发送的二进制数据。使用TTN控制台中“实时数据”工具查看原始有效负载，并将其与预期格式进行比较。

•传感器精度：一些传感器可能需要校准或补偿环境因素(例如，用于VOCs的BME680)。考虑传感器的位置，以避免偏差读数(例如，雨传感器在悬垂)。

•干扰：网关和节点应远离可能影响LoRaWAN通信的电磁干扰源。

本文编译自hackster.io