Funpack2-3 FireBeetle ESP32-E 水质监控系统

内容介绍

项目简介

本项目基于FireBeetle ESP32-E开发板，通过模拟TDS传感器和浊度传感器采集被测溶液的对应数据，并通过WIFI将采集到的数据上传至阿里云的物联网平台，从而实现对水质的实时动态监测。

硬件介绍

FireBeetle ESP32-E是一款基于ESP-WROOM-32E双核芯片的主控板，它专为IoT设计。它支持WIFI和蓝牙双模通信并具有体积小巧、超低功耗、板载充电电路、接口易用等特性。可灵活的用于家庭物联网改装、工业物联网改装、可穿戴设备等等。通过和阿里云等物联网平台的连接，你可轻松制作出你独有的特色物联网智能家居系统。FireBeetle ESP32-E深度支ArduinoIDE编程，并且即将支持Scratch图形化编程及MicroPython编程。 DFROBOT提供了详细的在线教程和应用案例，以及上千种免焊接的Gravity接口传感器与执行器，可轻松上手制作，大幅度降低你的学习时间。

浊度传感器

浊度传感器是利用光学原理，通过液体溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度情况。传感器内部是一个红外线对管，当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度，水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小，透过的光多，电流大，反之透过的光少，电流小，再通过电阻将流过的电流转换为电压信号。

模拟TDS传感器

TDS(Total Dissolved Solids)，中文名总溶解固体，又称溶解性固体总量，表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体。一般来说，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多，水就越不洁净。因此，TDS值的大小，可作为反映水的洁净程度的依据之一。3.3~5.5V的宽电压供电，0~2.3V的模拟信号输出，使得这款产品兼容5V、3.3V控制系统，能非常方便的接到现成的控制系统中使用。测量用的激励源采用交流信号，可有效防止探头极化，延长探头寿命的同时，也增加了输出信号的稳定性。TDS探头为防水探头，可长期浸入水中测量。

软件简介

由于FireBeetle ESP32-E深度支持ArduinoIDE编程，并且DFROBOT提供了完善的参考例程，本次活动我选择的软件平台为Arduino+阿里云物联网平台。由于提供了完整的参考例程，仅需要对参考例程进行简单的修改便可以完成任务1中的要求。

阿里云物联网平台

阿里云->产品->物联网->物联网平台->进入控制台 FjTCuRgsgIsqn6P3csECK7HeVL7D

选择公共实例->创建产品

FscPG4QEtNd76XkZTc7GBUWFTQtj

输入产品名称->自定义品类->确认（其余默认即可）

Fkya00pZOE2jiSc6Y_Nnve55SR5P

设备->添加设备->选择刚创建的产品->命名设备->确认

FiE6ihF0SpIW5yzWscVnP2Qigfhe

设备->选择刚创建的设备->DeviceSecret查看->一键复制->妥善保存（代码中需填入）

FovZDUFmzLuRn9tpHWsCuUNq7Jgk

产品->选择刚创建的产品->功能定义->编辑草稿

Fn3nFoKZnEdXpfaVRwnNRLfuP-P8

添加自定义功能->属性->功能名称->标识符（代码中需填入）->数据类型等按照自己需求填写->确认

FoWBUYksgyoZ5X6l5NVNbfI2w3Ln

发布上线->确认->再选择右上角的发布

FlMb9wCEERiXigp7NEt-lWBffcm1

产品->Topic类列表->物理型通信Topic->保存属性上报-发布和属性设置-订阅（代码中需填入）

FlXihAxLY0sg5cre4egUhm0qM-uj

至此阿里云平台操作基本完成，将上述步骤中需要填入代码中的信息填写到代码中的对应位置即可。

Arduino工程

参考DFRobot的官方例程SmartDHT11，对其进行了简单修改。

阿里云相关

将在阿里云操作步骤中记录下的信息填入对应的位置

/*配置WIFI名和密码*/
const char * WIFI_SSID     = "WIFI_SSID";
const char * WIFI_PASSWORD = "WIFI_PASSWORD";

/*配置设备证书信息*/
String ProductKey = "you Product Key";
String ClientId = "12345";/*自定义ID*/
String DeviceName = "you Device Name";
String DeviceSecret = "you Device Secret";

/*配置域名和端口号*/
String ALIYUN_SERVER = "iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com";
uint16_t PORT = 1883;

/*需要操作的产品标识符*/
String Identifier = "you Identifier";

/*需要上报和订阅的两个TOPIC*/
const char * subTopic = "you sub Topic";//****set
const char * pubTopic = "you pub Topic";//******post

连接云平台

void connectWiFi(){
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(WIFI_SSID);
  WiFi.begin(WIFI_SSID,WIFI_PASSWORD);
  while(WiFi.status() != WL_CONNECTED){
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.print("IP Adderss: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void callback(char * topic, byte * payload, unsigned int len){
  Serial.print("Recevice [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] ");
  for (int i = 0; i < len; i++){
    Serial.print((char)payload[i]);
  }
  Serial.println();
}

void ConnectAliyun(){
  while(!client.connected()){
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    /*根据自动计算的用户名和密码连接到Alinyun的设备，不需要更改*/
    if(client.connect(myAliyun.client_id,myAliyun.username,myAliyun.password)){
      Serial.println("connected");
      client.subscribe(subTopic);
    }else{
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      delay(5000);
    }
  }
}

浊度传感器

void turbidity()
{
  static unsigned long turbiditySampleTimepoint = millis();
  if (millis() - turbiditySampleTimepoint > 1000U)
  {
    turbiditySampleTimepoint = millis();
    sensorValue = analogRead(TurbiditySensorPin);// read the input on analog TurbiditySensorPin:
    Serial.println(sensorValue); // print out the value you read:
  }
}

模拟TDS

void analogTDS()
{
  static unsigned long analogSampleTimepoint = millis();
  if (millis() - analogSampleTimepoint > 40U)  //every 40 milliseconds,read the analog value from the ADC
  {
    analogSampleTimepoint = millis();
    analogBuffer[analogBufferIndex] = analogRead(TdsSensorPin);    //read the analog value and store into the buffer
    analogBufferIndex++;
    if (analogBufferIndex == SCOUNT)
      analogBufferIndex = 0;
  }
  static unsigned long printTimepoint = millis();
  if (millis() - printTimepoint > 800U)
  {
    printTimepoint = millis();
    for (copyIndex = 0; copyIndex < SCOUNT; copyIndex++)
      analogBufferTemp[copyIndex] = analogBuffer[copyIndex];
    averageVoltage = getMedianNum(analogBufferTemp, SCOUNT) * (float)VREF / 4096.0; // read the analog value more stable by the median filtering algorithm, and convert to voltage value
    float compensationCoefficient = 1.0 + 0.02 * (temperature - 25.0); //temperature compensation formula: fFinalResult(25^C) = fFinalResult(current)/(1.0+0.02*(fTP-25.0));
    float compensationVolatge = averageVoltage / compensationCoefficient; //temperature compensation
    tdsValue = (133.42 * compensationVolatge * compensationVolatge * compensationVolatge - 255.86 * compensationVolatge * compensationVolatge + 857.39 * compensationVolatge) * 0.5; //convert voltage value to tds value
    //Serial.print("voltage:");
    //Serial.print(averageVoltage,2);
    //Serial.print("V   ");
    Serial.print("TDS Value:");
    Serial.print(tdsValue, 0);
    Serial.println("ppm");
  }
}

初始化函数

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(TdsSensorPin, INPUT);
  pinMode(TurbiditySensorPin, INPUT);

  /*连接WIFI*/
  connectWiFi();
  /*初始化Alinyun的配置，可自动计算用户名和密码*/
  myAliyun.init(ALIYUN_SERVER,ProductKey,ClientId,DeviceName,DeviceSecret);
  client.setServer(myAliyun.mqtt_server,PORT);
  /*设置回调函数，当收到订阅信息时会执行回调函数*/
  client.setCallback(callback);
  /*连接到Aliyun*/
  ConnectAliyun();
}

void loop()
{
  if(!client.connected()){
    ConnectAliyun();
  }
  static unsigned long Timepoint = millis();
  if (millis() - Timepoint > 1000U)
  {
    Timepoint = millis();
    client.publish(pubTopic,("{\"id\":"+ClientId+",\"params\":{\""+TDSIdentifier+"\":"+tdsValue+",\""+TurbidityIdentifier+"\":"+sensorValue+"},\"method\":\"thing.event.property.post\"}").c_str());
  }
  
  analogTDS();
  turbidity();
  
  client.loop();
}

功能展示

实物展示

FqWHXH2IXT7Avk8HV36DDzfz01rJ

云平台数据

FpFbLUIaMxNp7R0e7AeyZp_KDdev

通过参加本次活动，我学会了通过ArduinoIDE对ESP32进行简单开发，并且学会了物联网云平台的基本使用，感谢硬禾学堂和得捷电子提供这么好的活动，也感谢所有交流群中的朋友们。