如何利用Helium構(gòu)建土壤濕度探頭

你是否需要一種快速的方法來監(jiān)測您最喜歡的蕨類植物的土壤水分含量？正巧，這篇文章里就有答案。

本文涵蓋的內(nèi)容

以下是我們將要討論的內(nèi)容：

使用DF Robot重力電容式土壤濕度傳感器、氦原子原型模塊、氦 Arduino 適配器和 Arduino 板構(gòu)建完整的土壤濕度探頭；

在氦儀表板中注冊您的氦元素和氦原子原型模塊；建立自己的低功耗廣域無線網(wǎng)絡(luò)；

通過 Arduino IDE 對土壤濕度探頭進(jìn)行編程；

近乎實時地測量土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)并將其發(fā)送到氦儀表板；并將其通過管道傳輸?shù)?Helium HTTP 通道。

讓我們開始吧。

構(gòu)建土壤濕度探頭

首先，我們需要構(gòu)建傳感單元。這是快速和容易的。完成后，您的完整探測應(yīng)如下所示：

要構(gòu)建這個，首先，將您的 Helium Atom 原型模塊固定到 Helium Arduino 適配器中，然后將此組合單元連接到您選擇的 Arduino 板。確保根據(jù)您使用的板相應(yīng)地配置和跳線。

接下來，我們需要使用 DF Robot Soil Moisture Probe 隨附的三線跨接電纜將實際的土壤濕度探頭連接到 Helium Arduino 適配器。三種電線顏色是黑色、紅色和藍(lán)色。在 Helium Arduino 適配器上，黑線連接到GND; 紅線連接到5V；藍(lán)線連接到接頭。正確接線后，我們的電路板如下所示：

最后將跨接電纜上的白色接頭連接到 DF 機器人土壤濕度探頭。

部署 Helium 網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)在是時候建立您自己的 Helium 網(wǎng)絡(luò)了。這大約需要 30 秒。

要部署Element并為基于 Atom 的傳感器創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，只需使用提供的電源線將其插入電源和帶電以太網(wǎng)端口即可。

注意：如果您有支持蜂窩網(wǎng)絡(luò)的元素，則使用以太網(wǎng)連接是可選的，但建議作為備份。

一旦插入，您將看到一些 LED 活動。當(dāng)前置 LED 變?yōu)榫G色（表示以太網(wǎng)連接）或藍(lán)綠色（表示蜂窩連接）時，您的 Element 將被連接。

在 Helium Dashboard 中注冊

現(xiàn)在我們的傳感單元已經(jīng)構(gòu)建并且您的 Helium 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)部署，是時候在Helium Dashboard 中注冊您的硬件了。Dashboard 是 Helium 的托管用戶界面，用于監(jiān)控和管理連接的硬件部署。Helium 發(fā)布的所有硬件都已在我們的系統(tǒng)中注冊，但我們需要知道是誰在部署它。

首先，創(chuàng)建一個 Helium Dashboard 帳戶。

要注冊您的 Atom，首先選擇New Atom 。在 UI 中，添加一個名稱（例如Fern Saver ），然后輸入其最后四個MAC Address及其四個 digit HVV Code。點擊保存，你就完成了。

元素注冊的完成方式完全相同。選擇新元素，然后提供名稱、其最后四個MAC Address及其四位數(shù)字HVV Code。還要確保為您的元素輸入一個位置，以便儀表板可以在地圖上顯示它。

您可以通過查看儀表板中的狀態(tài)和信號來驗證您的元素是否在線：

部署 Helium HTTP 通道

Helium 平臺的一個主要特點是通道。這些是 Web 服務(wù)（如 AWS IoT、Google Cloud IoT 和 Azure IoT）和協(xié)議（如MQTT和HTTP）的預(yù)構(gòu)建連接器。借助 Channels，Helium 為您完成了與這些 Web 服務(wù)或協(xié)議之一集成的所有繁重工作。對于 Fern Saver，我們的土壤水分探測器，讓我們啟動一個HTTP 通道。這將使我們能夠通過管道將數(shù)據(jù)傳送到任何通過 HTTP 接受數(shù)據(jù)的 Web 服務(wù)。例如，您可以使用 HTTP 通道將此數(shù)據(jù)發(fā)送到IFTTT ，然后在每次 Fern Saver 報告濕度低于特定水平時接收文本。

在此示例中，我們將設(shè)置一個 HTTP 通道，將數(shù)據(jù)發(fā)送到requestb.in，這是一個方便、免費的 Web 服務(wù)，用于測試 HTTP 服務(wù)。請注意，在下面，當(dāng)我們將 Sketch 上傳到 Arduino 時，我們將HTTP在代碼中引用此通道名稱 ， 以便我們知道將數(shù)據(jù)發(fā)送到哪里。

配置您的 Arduino IDE 并上傳 Sketch

我們現(xiàn)在可以繼續(xù)配置您的 Arduino IDE 并導(dǎo)入所需的庫。開始：

確保您已下載最新的 Arduino IDE。

然后我們需要添加兩個庫：Helium和ArduinoJson. 您可以通過轉(zhuǎn)到Sketch Include Library Manage Libraries 從 IDE 中添加庫。搜索“helium”，選擇它，然后點擊Install 。為“ArduinoJson”庫遵循相同的安裝過程。（我們需要這個庫，因為我們將記錄的土壤水分日期格式為 JSON。）-》-》

一旦完成，就該進(jìn)行一些實際的 Arduino 編程了。以下是完整的Soil_Humidity.ino 草圖。

/*

* Copyright 2017, Helium Systems, Inc.
* All Rights Reserved. See LICENCE.txt for license information
*
* Taking humidity readings using the SEN0192 capacitive humidity
* sensor. Wiring instructions:
* https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Capacitive_Soil_Moisture_Sensor_SKU:SEN0193
*
* Install the following libraries through Sketch->Manage Libraries:
* - ArduinoJson
* - Helium
*/
#include "Board.h"
#include
#include
#include
#include
// This Channel Name should correspond the Channel you've deployed in Helium
// Dashboard to ingest this data.
#define CHANNEL_NAME "HTTP"
// Delay for one second #define CHANNEL_DELAY 5000
// Send very 60 cycles (seconds)
#define CHANNEL_SEND_CYCLE 12
Helium helium(&atom_serial);
Channel channel(&helium);
int channel_counter;
void report_status(int status, int result = 0)
{
if (helium_status_OK == status)
{
if (result == 0)
{
Serial.println(F("Succeeded"));
}
else
{
Serial.print(F("Failed - "));
Serial.println(result);
}
}
else
{
Serial.println(F("Failed"));
}
}
void
connect()
{
while (!helium.connected())
{
Serial.print(F("Connecting - "));
int status = helium.connect();
report_status(status);
if (helium_status_OK != status)
{
delay(1000);
}
}
}
void
channel_create(const char * channel_name)
{
int8_t result;
int status;
do
{
// Ensure we're connected
connect();
Serial.print(F("Creating Channel - "));
status = channel.begin(channel_name, &result);
// Print status and result
report_status(status, result);
if (helium_status_OK != status)
{
delay(1000);
}
} while (helium_status_OK != status || result != 0);
}
void
channel_send(const char * channel_name, void const * data, size_t len)
{
int status;
int8_t result;
do
{
// Try to send
Serial.print(F("Sending - "));
status = channel.send(data, len, &result);
report_status(status, result);
// Create the channel if any service errors are returned
if (status == helium_status_OK && result != 0)
{
channel_create(channel_name);
}
else if (status != helium_status_OK)
{
delay(1000);
}
} while (helium_status_OK != status || result != 0);
}
void
setup()
{
Serial.begin(9600);
Serial.println(F("Starting"));

helium.begin(HELIUM_BAUD_RATE);
channel_create(CHANNEL_NAME);
channel_counter = 0; }
#define DRY_VALUE 536 // Taken in air
#define WET_VALUE 303 // Taken in water
#define HUM_RANGE (DRY_VALUE - WET_VALUE)
void
loop()
{
Serial.print(F("Reading - "));
float reading = analogRead(A0);
float percent = 100 * (1 - (reading - WET_VALUE) / HUM_RANGE);
Serial.print(reading);
Serial.print(" - ");
Serial.println(percent);
if (--channel_counter <= 0) ? ??
{
StaticJsonBuffer jsonBuffer;
JsonObject & root = jsonBuffer.createObject();

root[F("value")] = reading;
root[F("percent")] = percent;
char buffer[HELIUM_MAX_DATA_SIZE];
size_t used = root.printTo(buffer, HELIUM_MAX_DATA_SIZE);
channel_send(CHANNEL_NAME, buffer, used);
channel_counter = CHANNEL_SEND_CYCLE;
}
delay(CHANNEL_DELAY);
}

安裝Helium 和ArduinoJson 庫后，創(chuàng)建一個新草圖（從 Arduino IDE 中的File -》 New ），然后粘貼上面的代碼。然后，將完整的土壤濕度探頭硬件包通過 USB 電纜連接到您的工作站，點擊上傳按鈕。

Atom Prototyping Module 上的 LED 應(yīng)在片刻后開始閃爍。這是連接到 Helium 網(wǎng)絡(luò)的 Atom（通過我們之前部署的 Element）。如果 Arduino IDE 在上傳代碼時沒有拋出任何錯誤，則說明這是成功的，土壤濕度探頭現(xiàn)在正在生成讀數(shù)。

關(guān)于土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)的注釋

如上所述，此 Sketch 將捕獲土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)并對其進(jìn)行編碼，就像在發(fā)送到 Helium 平臺之前一樣。使用上面的 Sketch，一個數(shù)據(jù)點看起來像這樣（as ）：JSON JSON

{

“value”： 433，

“percent”： 55.5

}

值得注意的是，DFRobot 重力電容式土壤濕度傳感器實際上將這些讀數(shù)捕獲為校準(zhǔn)的干濕讀數(shù)之間的模擬讀數(shù)。

在 Helium Dashboard 中驗證傳感器連接性和數(shù)據(jù)

現(xiàn)在您的傳感器已部署，我們可以驗證它是否在線并正在傳輸數(shù)據(jù)。在 Dashboard 中，我們可以通過幾種方式執(zhí)行此操作，都可以通過您剛剛部署的傳感器的Atom UI視圖。

如果您的 Atom 在線，儀表板將顯示其狀態(tài)和信號，以及有關(guān)其狀態(tài)的各種其他元數(shù)據(jù)。它看起來像這樣：

在同一個 Atom 界面的下方，我們還顯示了一個事件日志，顯示來自傳感器的每個數(shù)據(jù)點以及它是否成功傳輸?shù)胶ねǖ?。如上所述，這些是 Web 服務(wù)或原始協(xié)議的預(yù)構(gòu)建連接器。之前我們?yōu)槟?Helium 組織部署了一個HTTP 通道。而上面的 Sketch 告訴 Soil Moisture probe 將數(shù)據(jù)發(fā)送到這個通道 - 稱為HTTP。然而，在下圖的示例中，我們將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Helium HTTP 通道：

我們還為每個 Atom 提供了一個Debug界面，它將在您的讀數(shù)進(jìn)入時顯示您的讀數(shù)（一旦您啟用了此選項）。這是儀表板的調(diào)試查看器中的一些土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)：

恭喜！本文到此結(jié)束。您現(xiàn)在已經(jīng)使用無線土壤濕度探頭為您的蕨類植物提供了面向未來的保障。

土壤濕度相關(guān)代碼：

/*

* Copyright 2017, Helium Systems, Inc.
* All Rights Reserved. See LICENCE.txt for license information
*
* Taking humidity readings using the SEN0192 capacitive humidity
* sensor. Wiring instructions:
* https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Capacitive_Soil_Moisture_Sensor_SKU:SEN0193
*
* Install the following libraries through Sketch->Manage Libraries:
* - ArduinoJson
* - Helium
*/

#include "Board.h"
#include
#include
#include
#include

#define CHANNEL_NAME "Helium MQTT"
// Delay for one second
#define CHANNEL_DELAY 5000
// Send very 60 cycles (seconds)
#define CHANNEL_SEND_CYCLE 12

Helium helium(&atom_serial);
Channel channel(&helium);
int channel_counter;

void
report_status(int status, int result = 0)
{
if (helium_status_OK == status)
{
if (result == 0)
{
Serial.println(F("Succeeded"));
}
else
{
Serial.print(F("Failed - "));
Serial.println(result);
}
}
else
{
Serial.println(F("Failed"));
}
}

void
connect()
{
while (!helium.connected())
{
Serial.print(F("Connecting - "));
int status = helium.connect();
report_status(status);
if (helium_status_OK != status)
{
delay(1000);
}
}
}

void
channel_create(const char * channel_name)
{
int8_t result;
int status;
do
{
// Ensure we're connected
connect();
Serial.print(F("Creating Channel - "));
status = channel.begin(channel_name, &result);
// Print status and result
report_status(status, result);
if (helium_status_OK != status)
{
delay(1000);
}
} while (helium_status_OK != status || result != 0);
}

void
channel_send(const char * channel_name, void const * data, size_t len)
{
int status;
int8_t result;

do
{
// Try to send
Serial.print(F("Sending - "));
status = channel.send(data, len, &result);
report_status(status, result);
// Create the channel if any service errors are returned
if (status == helium_status_OK && result != 0)
{
channel_create(channel_name);
}
else if (status != helium_status_OK)
{
delay(1000);
}
} while (helium_status_OK != status || result != 0);
}

void
setup()
{
Serial.begin(9600);
Serial.println(F("Starting"));

helium.begin(HELIUM_BAUD_RATE);
channel_create(CHANNEL_NAME);
channel_counter = 0;
}

#define DRY_VALUE 536 // Taken in air
#define WET_VALUE 303 // Taken in water

#define HUM_RANGE (DRY_VALUE - WET_VALUE)

void
loop()
{
Serial.print(F("Reading - "));

float reading = analogRead(A0);
float percent = 100 * (1 - (reading - WET_VALUE) / HUM_RANGE);
Serial.print(reading);
Serial.print(" - ");
Serial.println(percent);

if (--channel_counter <= 0)
{
StaticJsonBuffer jsonBuffer;
JsonObject & root = jsonBuffer.createObject();

root[F("value")] = reading;
root[F("percent")] = percent;

char buffer[HELIUM_MAX_DATA_SIZE];
size_t used = root.printTo(buffer, HELIUM_MAX_DATA_SIZE);

channel_send(CHANNEL_NAME, buffer, used);

channel_counter = CHANNEL_SEND_CYCLE;
}

delay(CHANNEL_DELAY);
}