Шлюз и узел LoRa на ESP32 для передачи показаний датчика на Thingspeak

В этом проекте мы создадим шлюз и узел LoRa на основе платы ESP32. Проект по сути представляет собой систему мониторинга датчиков на сервере Thingspeak с использованием платы ESP32 и модуля LoRa SX1278 или SX1276.

За последние пару лет появилось несколько коммуникационных технологий для взаимодействия между устройствами Интернета вещей (IoT). Наиболее популярными из них являются технологии Wi-Fi и Bluetooth. Но у них есть несколько ограничений, таких как ограниченный радиус действия, ограниченное количество точек доступа и высокое энергопотребление. Поэтому компания Semtech представила технологию LoRa, чтобы решить все эти проблемы. Используя одну батарею, устройство на основе данной технологии работает более года.

Итак, в этом проекте IoT мы разработаем шлюз ESP32 LoRa, а также узел датчика ESP32 LoRa для беспроводного мониторинга показаний датчика на расстоянии нескольких километров. Отправитель будет считывать данные о влажности и температуре с помощью датчика DHT11. Затем он передает данные по радиоканалу с использованием технологии LoRa. Данные принимаются модулем приемника. Затем приемник будет отправлять данные на сервер Thingspeak через определенный интервал.

Если вы не работали с технологией LoRa с помощью модуля ESP32, то советуем прочитать статью на нашем сайте про подключение модуля LoRa SX1278 к ESP32.

Необходимые компоненты

Модуль ESP32 (купить на AliExpress).
Датчик температуры и влажности DHT11/DHT22 (купить на AliExpress).
Модуль LoRa SX1278 (433MHz) – 2 шт. (купить на AliExpress).
Макетная плата.
Соединительные провода.

Реклама: ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН: 7703380158

Установка необходимых библиотек

Для программирования платы ESP32 с помощью Arduino IDE проекту требуется несколько библиотек.

1. Библиотека DHT11

Для считывания температуры и влажности нам понадобится любой датчик температуры и влажности. Для этого DHT11 — лучший и дешевый датчик. Для работы с ним нужно установить библиотеку DHT11. Загрузите библиотеку по ссылке ниже и добавьте в ее Arduino IDE.

Загрузить библиотеку DHT11

2. Библиотека LoRa

Нам нужна библиотека Arduino для отправки и получения данных с использованием радио LoRa. Библиотека поддерживает такие модули, как Semtech SX1276, SX1277, SX1278, SX1279, а также HopeRF RFM95W, RFM96W и RFM98W.

Загрузить библиотеку радио LoRa

Схемы проекта

Теперь давайте рассмотрим схему отправителя и приемника для построения шлюза и узла LoRa на основе платы ESP32. Я собрал обе схемы на макетной плате. Вы можете сделать это на печатной плате, если хотите.

Узел LoRa на ESP32

Схема узла LoRa на основе платы ESP32 с датчиком DHT11 приведена на следующем рисунке. Эта часть работает как передатчик. Данные о влажности и температуре считываются датчиком влажности и температуры DHT11 и передаются с помощью радио LoRa .

Подключение довольно простое. Схема соединений между модулем LoRa SX1278 и платой ESP32 приведена в следующей таблице.

Контакты ESP32	Контакты SX1278
GND	GND
3.3V	VCC
D5	NSS
D23	MOSI
D19	MISO
D18	SCK
D14	RST
D2	DIO0

Аналогично подключите цифровой выходной контакт датчика DHT11 к GPIO4 ESP32. Подключите VCC DHT11 к 3,3 В ESP32, а GND датчика - к GND ESP32.

Шлюз LoRa на ESP32 с подключением к Thingspeak

Схема шлюза LoRa на основе платы ESP32 и модуля SX1278 представлена на следующем рисунке. Эта часть работает как приемник. Данные о влажности и температуре принимаются с помощью радио LoRa и загружаются на сервер Thingspeak.

Подключение ESP32 и модуля LoRa SX1278 такое же, как указано выше.

Настройка Thingspeak

Чтобы отслеживать данные датчиков на сервере Thingspeak, вам сначала нужно настроить Thingspeak. Чтобы настроить сервер Thingspeak, посетите https://thingspeak.com/. Создайте учетную запись или просто войдите в нее, если вы создали учетную запись ранее. Затем создайте новый канал со следующими данными.

Стоит отметить что Thingspeak является очень удобным и популярным сервисом для различных проектов Интернета вещей и все проекты на нашем сайте с его использованием вы можете посмотреть по следующей ссылке.

Код узла LoRa

После сборки схемы узла LoRa на макетной плате скопируйте следующий код и загрузите его на плату ESP32. Перед загрузкой обязательно внесите изменения в частоту LoRa в соответствии с регионом.

#define BAND 433E6    //433E6 for Asia, 866E6 for Europe, 915E6 for North America
//Libraries for LoRa
#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>
 
//Libraries for LoRa
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 4          //pin where the dht11 is connected
DHT dht(DHTPIN, DHT11);
 
//define the pins used by the LoRa transceiver module
#define ss 5
#define rst 14
#define dio0 2
 
#define BAND 433E6    //433E6 for Asia, 866E6 for Europe, 915E6 for North America
 
//packet counter
int readingID = 0;
 
int counter = 0;
String LoRaMessage = "";
 
float temperature = 0;
float humidity = 0;
 
//Initialize LoRa module
void startLoRA()
{
  LoRa.setPins(ss, rst, dio0); //setup LoRa transceiver module
 
  while (!LoRa.begin(BAND) && counter < 10) {
    Serial.print(".");
    counter++;
    delay(500);
  }
  if (counter == 10) 
  {
    // Increment readingID on every new reading
    readingID++;
    Serial.println("Starting LoRa failed!"); 
  }
  Serial.println("LoRa Initialization OK!");
  delay(2000);
}
 
void startDHT()
{
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) 
  {
  Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
  return;
  }
}
 
void getReadings(){
  humidity = dht.readHumidity();
  temperature = dht.readTemperature();
  Serial.print(F("Humidity: "));
  Serial.print(humidity);
  Serial.print(F("%  Temperature: "));
  Serial.print(temperature);
  Serial.println(F("°C "));
}
 
void sendReadings() {
  LoRaMessage = String(readingID) + "/" + String(temperature) + "&" + String(humidity) ;
  //Send LoRa packet to receiver
  LoRa.beginPacket();
  LoRa.print(LoRaMessage);
  LoRa.endPacket();
  
  Serial.print("Sending packet: ");
  Serial.println(readingID);
  readingID++;
  Serial.println(LoRaMessage);
}
 
void setup() {
  //initialize Serial Monitor
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
  startDHT();
  startLoRA();
}
void loop() {
  getReadings();
  sendReadings();
  delay(500);
}

#define BAND 433E6 //433E6 for Asia, 866E6 for Europe, 915E6 for North America

//Libraries for LoRa

#include <SPI.h>

#include <LoRa.h>

//Libraries for LoRa

#include "DHT.h"

#define DHTPIN 4 //pin where the dht11 is connected

DHT dht(DHTPIN, DHT11);

//define the pins used by the LoRa transceiver module

#define ss 5

#define rst 14

#define dio0 2

#define BAND 433E6 //433E6 for Asia, 866E6 for Europe, 915E6 for North America

//packet counter

int readingID = 0;

int counter = 0;

String LoRaMessage = "";

float temperature = 0;

float humidity = 0;

//Initialize LoRa module

void startLoRA()

{

LoRa.setPins(ss, rst, dio0); //setup LoRa transceiver module

while (!LoRa.begin(BAND) && counter < 10) {

Serial.print(".");

counter++;

delay(500);

}

if (counter == 10)

{

// Increment readingID on every new reading

readingID++;

Serial.println("Starting LoRa failed!");

}

Serial.println("LoRa Initialization OK!");

delay(2000);

}

void startDHT()

{

if (isnan(humidity) || isnan(temperature))

{

Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");

return;

}

void getReadings(){

humidity = dht.readHumidity();

temperature = dht.readTemperature();

Serial.print(F("Humidity: "));

Serial.print(humidity);

Serial.print(F("% Temperature: "));

Serial.print(temperature);

Serial.println(F("°C "));

}

void sendReadings() {

LoRaMessage = String(readingID) + "/" + String(temperature) + "&" + String(humidity) ;

//Send LoRa packet to receiver

LoRa.beginPacket();

LoRa.print(LoRaMessage);

LoRa.endPacket();

Serial.print("Sending packet: ");

Serial.println(readingID);

readingID++;

Serial.println(LoRaMessage);

}

void setup() {

//initialize Serial Monitor

Serial.begin(115200);

dht.begin();

startDHT();

startLoRA();

}

void loop() {

getReadings();

sendReadings();

delay(500);

}

Код шлюза LoRa

Теперь вы можете скопировать код ниже и загрузить код шлюза на плату ESP32. В коде ниже внесите изменения в WiFi SSID, пароль и ключ API Thingspeak.

String apiKey = "14K8UL2QEK8BTHN6"; // Enter your Write API key from ThingSpeak
const char *ssid = "Alexahome"; // replace with your wifi ssid and wpa2 key
const char *password = "12345678";

// Import Wi-Fi library
#include <WiFi.h>
 
//Libraries for LoRa
#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>
 
//define the pins used by the LoRa transceiver module
#define ss 5
#define rst 14
#define dio0 2
 
#define BAND 433E6    //433E6 for Asia, 866E6 for Europe, 915E6 for North America
 
// Replace with your network credentials
String apiKey = "14K8UL2QEK8BTHN6"; // Enter your Write API key from ThingSpeak
const char *ssid = "Alexahome"; // replace with your wifi ssid and wpa2 key
const char *password = "12345678";
const char* server = "api.thingspeak.com";
 
WiFiClient client;
 
// Initialize variables to get and save LoRa data
int rssi;
String loRaMessage;
String temperature;
String humidity;
String readingID;
 
// Replaces placeholder with DHT values
String processor(const String& var){
  //Serial.println(var);
  if(var == "TEMPERATURE")
  {
    return temperature;
  }
  else if(var == "HUMIDITY")
  {
    return humidity;
  }
  else if (var == "RRSI")
  {
    return String(rssi);
  }
  return String();
}
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  int counter;
 
  //setup LoRa transceiver module
  LoRa.setPins(ss, rst, dio0); //setup LoRa transceiver module
 
  while (!LoRa.begin(BAND) && counter < 10) {
    Serial.print(".");
    counter++;
    delay(2000);
  }
  if (counter == 10) {
    // Increment readingID on every new reading
    Serial.println("Starting LoRa failed!"); 
  }
  Serial.println("LoRa Initialization OK!");
  delay(2000);
 
  // Connect to Wi-Fi network with SSID and password
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(2000);
    Serial.print(".");
  }
  // Print local IP address and start web server
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected.");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}
 
// Read LoRa packet and get the sensor readings
void loop() 
{
  int packetSize = LoRa.parsePacket();
  if (packetSize)
  {
    Serial.print("Lora packet received: ");
    while (LoRa.available())    // Read packet
  {
    String LoRaData = LoRa.readString();
    Serial.print(LoRaData); 
    
    int pos1 = LoRaData.indexOf('/');   
    int pos2 = LoRaData.indexOf('&');   
    readingID = LoRaData.substring(0, pos1);                   // Get readingID
    temperature = LoRaData.substring(pos1 +1, pos2);           // Get temperature
    humidity = LoRaData.substring(pos2+1, LoRaData.length());  // Get humidity
  }
  
  rssi = LoRa.packetRssi();       // Get RSSI
  Serial.print(" with RSSI ");    
  Serial.println(rssi);
}
  
  if (client.connect(server, 80)) // "184.106.153.149" or api.thingspeak.com
   {
      String postStr = apiKey;
      postStr += "&field1=";
      postStr += String(readingID);
      postStr += "&field2=";
      postStr += String(temperature);
      postStr += "&field3=";
      postStr += String(humidity);
      postStr += "&field4=";
      postStr += String(rssi);
      postStr += "\r\n\r\n\r\n\r\n";
    
      client.print("POST /update HTTP/1.1\n");
      client.print("Host: api.thingspeak.com\n");
      client.print("Connection: close\n");
      client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: " + apiKey + "\n");
      client.print("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n");
      client.print("Content-Length: ");
      client.print(postStr.length());
      client.print("\n\n");
      client.print(postStr);
    }    
    //delay(30000);
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

String apiKey = "14K8UL2QEK8BTHN6"; // Enter your Write API key from ThingSpeak

const char *ssid = "Alexahome"; // replace with your wifi ssid and wpa2 key

const char *password = "12345678";

// Import Wi-Fi library

#include <WiFi.h>

//Libraries for LoRa

#include <SPI.h>

#include <LoRa.h>

//define the pins used by the LoRa transceiver module

#define ss 5

#define rst 14

#define dio0 2

#define BAND 433E6 //433E6 for Asia, 866E6 for Europe, 915E6 for North America

// Replace with your network credentials

String apiKey = "14K8UL2QEK8BTHN6"; // Enter your Write API key from ThingSpeak

const char *ssid = "Alexahome"; // replace with your wifi ssid and wpa2 key

const char *password = "12345678";

const char* server = "api.thingspeak.com";

WiFiClient client;

// Initialize variables to get and save LoRa data

int rssi;

String loRaMessage;

String temperature;

String humidity;

String readingID;

// Replaces placeholder with DHT values

String processor(const String& var){

//Serial.println(var);

if(var == "TEMPERATURE")

{

return temperature;

}

else if(var == "HUMIDITY")

{

return humidity;

}

else if (var == "RRSI")

{

return String(rssi);

}

return String();

}

void setup() {

Serial.begin(115200);

int counter;

//setup LoRa transceiver module

LoRa.setPins(ss, rst, dio0); //setup LoRa transceiver module

while (!LoRa.begin(BAND) && counter < 10) {

Serial.print(".");

counter++;

delay(2000);

}

if (counter == 10) {

// Increment readingID on every new reading

Serial.println("Starting LoRa failed!");

}

Serial.println("LoRa Initialization OK!");

delay(2000);

// Connect to Wi-Fi network with SSID and password

Serial.print("Connecting to ");

Serial.println(ssid);

WiFi.begin(ssid, password);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(2000);

Serial.print(".");

}

// Print local IP address and start web server

Serial.println("");

Serial.println("WiFi connected.");

Serial.println("IP address: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

}

// Read LoRa packet and get the sensor readings

void loop()

{

int packetSize = LoRa.parsePacket();

if (packetSize)

{

Serial.print("Lora packet received: ");

while (LoRa.available()) // Read packet

{

String LoRaData = LoRa.readString();

Serial.print(LoRaData);

int pos1 = LoRaData.indexOf('/');

int pos2 = LoRaData.indexOf('&');

readingID = LoRaData.substring(0, pos1); // Get readingID

temperature = LoRaData.substring(pos1 +1, pos2); // Get temperature

humidity = LoRaData.substring(pos2+1, LoRaData.length()); // Get humidity

}

rssi = LoRa.packetRssi(); // Get RSSI

Serial.print(" with RSSI ");

Serial.println(rssi);

}

if (client.connect(server, 80)) // "184.106.153.149" or api.thingspeak.com

{

String postStr = apiKey;

postStr += "&field1=";

postStr += String(readingID);

postStr += "&field2=";

postStr += String(temperature);

postStr += "&field3=";

postStr += String(humidity);

postStr += "&field4=";

postStr += String(rssi);

postStr += "\r\n\r\n\r\n\r\n";

client.print("POST /update HTTP/1.1\n");

client.print("Host: api.thingspeak.com\n");

client.print("Connection: close\n");

client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: " + apiKey + "\n");

client.print("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n");

client.print("Content-Length: ");

client.print(postStr.length());

client.print("\n\n");

client.print(postStr);

}

//delay(30000);

}

Мониторинг данных датчиков на сервере Thingspeak

После загрузки кода вы можете открыть Serial Monitor (последовательный монитор) на обоих частях нашего проекта. Вы увидите следующий вывод, если код и соединения верны.

Теперь вы можете посетить окно приватного просмотра Thingspeak (Private View). Там вы можете увидеть, что данные по номеру пакета, температуре, влажности и шлюзу загружаются с интервалом в 15 секунд. Вы можете изменить функцию задержки в коде, чтобы изменить время получения данных.

(1 голосов, оценка: 5,00 из 5)

Загрузка...

42 просмотров

Необходимые компоненты

Установка необходимых библиотек

1. Библиотека DHT11

2. Библиотека LoRa

Схемы проекта

Узел LoRa на ESP32

Шлюз LoRa на ESP32 с подключением к Thingspeak

Настройка Thingspeak

Код узла LoRa

Код шлюза LoRa

Мониторинг данных датчиков на сервере Thingspeak

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ