【點擊上方「藍字」關注DF，一起成為技術顏控！】
Hello，大家好。通過之前項目的學習，相信大家已經大致了解了阿里雲平臺的使用方法以及TinkerNode的基本功能。這次將製作一個遠程採集水質參數的裝置，它可以用來採集湖水的溫度、pH、TDS值以及設備電量，並使用TinkerNode開發板的NB-IoT功能，將數據上傳至阿里雲平臺。
項目的主要目的：
①熟悉阿里雲IoT平臺的使用方法;
②通過戶外水質監測項目，進一步了解TinkerNode，了解板載NB-IoT模組功能;
③了解NB-IoT的使用場景，調試並搭建一個戶外水質監測的原型。
項目視頻
為了方便大家進行學習，我們為大家提供了視頻版本的項目教程，會在近期更新。
元器件清單
本次項目用到的元器件清單如下：
TinkerNode NB-IoT開發板 x1
TinkerNode Gravity IO擴展板 x1
Gravity：I2C ADS1116 16位ADC模塊 x1
DC - DC 直流升壓模塊 x1
Gravity：模擬量隔離模塊x1
Gravity：模擬PH計 x1
Gravity：模擬TDS傳感器 x1
Gravity：DS18B20數字防水溫度傳感器套件 x1
3.7V鋰電池 x1
3.7V鋰電池電量計 x1
太陽能板5V 1A x1
USB轉接模塊 x1
Ps：所使用到的USB轉接模塊是X寶上購買的，如下圖所示，由於DF沒有這款產品，大家可以自行購買。
1、項目相關功能介紹
低功耗
由於本次項目所製作的設備是在戶外使用，且設備工作環境不易拉電，為了使設備在戶外的工作時間更久，就需要設備儘可能的減少電量的消耗。而TinkerNode物聯網開發板板載的NB-IoT模組可以藉助 PSM（Power Saving Mode，節電模式）和 eDRX（Extended Discontinuous Reception，超長非連續接收）實現更長待機。接下來讓我們來了解一下NB-IoT的低功耗功能。
如上圖所示，可以看到NB-IoT設備在進入PSM低功耗狀態時會涉及三種狀態，分別是Connected State連接狀態、Idle State空閒待機狀態和PSM State 低功耗狀態。當設備嘗試從Connected State進入PSM State時，會激活兩個定時器，T3324和T3412。其中，定時器T3324決定了Idle State的時間，T3412決定了兩次Connected State之間的時間。也就是說，當定時器T3324超時後，設備將進入PSM State；當定時器T3412超時後，設備將退出PSM State，進入下一個Connected State，如此循環。
太陽能
為了使設備可以在戶外工作的時間更久，除了需要藉助PSM來降低設備的功耗外，還需要使用TinkerNode集成的太陽能電源管理模塊，外接5V的太陽能板，在陽光充足時，給外接的3.7V鋰電池充電。
TinkerNode將多餘的Falsh空間轉化為一個8MB大小的U盤，可以進行數據的離線存儲。在本次項目中，為了避免網絡連接不穩定導致數據丟失的情況，我們就可以在數據上傳到雲端時，將數據同時備份在TinkerNode的板載U盤中。
2、阿里雲平臺配置和之前的教程相同，我們首先需要在阿里雲平臺中新建一個項目，然後為項目創建產品和設備，配置產品自定義功能（物模型）。
在物聯網平臺的頁面左側，選擇IoT Studio -> 項目管理，點擊新建項目，新建一個空白項目，項目名稱為「水質監測」，如下圖所示。
創建完成後，我們會進入「水質監測」項目的管理頁面，如下圖所示。
在項目管理頁面左側的功能欄點擊產品，在彈出的產品頁面中選擇新建產品，如下圖所示。
產品的名稱填寫「KnowFlow」，所屬品類選擇「自定義品類」，其他選項默認，如下圖所示。
完成後點擊保存，此時已經在項目下創建了一個名為「KnowFlow」的新產品。
接下來，我們需要為產品添加功能，也叫作定義產品的「物模型」，物模型創建的過程就是通過協議描述產品的功能，定義產品有幾組傳感器數據，有什麼控制功能，數據的類型是什麼。
點擊「KnowFlow」產品後的查看，進入產品的管理頁面，如下圖所示。
選擇功能定義 -> 自定義功能 -> 添加自定義功能 ，如下圖所示。
本次項目中，需要採集溫度、pH以及TDS三種水質參數，另外還需要採集電池電量的百分比，所以我們需要創建四個自定義功能（物模型），相關設定參數按照下表填寫：
序號
功能名稱
標識
數據類型
取值範圍
步長
單位
1
溫度
Temp
float
-40~55
0.1
攝氏度
2
pH值
PH
float
0~14
0.1
無
3
TDS值
Tds
int32
0~1000
1
百萬分率/ppm
4
電池電量
Precentage
int32
0~100
1
百分比/%
創建完成後，產品的功能定義界面效果如下圖所示。
完成了產品的功能定義之後，接下來我們為產品建立一個設備，這樣我們就可以將由TinkerNode搭建的水質監測設備連接到阿里雲平臺了。
在項目管理頁面左側的功能欄點擊設備，在彈出的設備頁面中選擇新增設備，如下圖所示。
在彈出的窗口中，產品選擇「KnowFlow」，添加方式選擇自動生成，設備數量填寫1，點擊提交，創建完成後如下圖所示。
按照上圖進行硬體連接。Ps：如果該圖看不清楚，可以到文章最下方「閱讀原文」查看。
pH計校準
本次項目中使用到了Gravity：模擬pH計，按照產品wiki，我們需要進行校準操作。
pH使用注意事項：
請使用外接開關電源，使電壓儘量接近+5.00V，電壓越準，精度越高！
電極在每次連續使用前均需要使用標準緩衝溶液進行校正，為取得更正確的結果，環境溫度最好在25℃左右，已知PH值要可靠，而且其PH值愈接近被測值愈好。如您測量的樣品為酸性，請使用pH4.00的緩衝溶液對電極進行校正，如果您測量的樣品為鹼性，請使用pH9.18緩衝溶液對電極進行校正。分段進行校準，只是為了獲得更好的精度。
pH電極每測一種pH不同的溶液，都需要使用清水清洗，建議使用去離子水清洗。
為保證測量精度，建議使用校準液對pH計定期校準，以防止出現較大誤差。一般半年校準一次，如果測量的溶液中含有較多雜質，建議增加校準次數！
pH計的校準步驟：
(1)將各個設備按照圖示方式連接，即：pH電極連接到pH meter電路板的BNC接口，然後用模擬連接線，將pH meter電路板連接到Arduino主控器的模擬口2。對Arduino主控器供電後，可以看到pH meter電路板的藍色指示燈變亮。
(2)對Arduino主控器燒寫校準樣例代碼。
代碼詳情參考點擊」閱讀原文「
(3)將pH電極插入到pH值為7.00的標準溶液中，或者直接短接BNC接口的兩個輸入，打開Arduino IDE的串口監視器，可以看到當前列印出的pH值，誤差不會超過0.3。記錄下此時列印的值，然後與7.00相比，記錄此時的差值，在後續的步驟中，需要把差值修改到程序中的Offset處（差值 = 標準值(7.0) - 列印值）。比如，列印出的pH值為6.88，則差值為0.12，則在樣例程序中把#define Offset 0.00改成#define Offset 0.12。
(4)將pH電極插入pH值為4.00的校準液中，等待一分鐘後，調整增益電位器，使列印出的pH值儘量穩定在4.00左右。此時，酸性段校準已經完成，您可以測試酸性溶液的pH值。
注意:測量其他溶液時，必須清洗電極。
(5)依靠pH電極自身的線性特性，經過以上的校準，可以直接測量鹼性溶液的pH值，但如果您想獲得更好的精度，建議重新校準。鹼性段校準採用pH值為9.18的標準液，同樣是調節增益電位器，使之穩定在9.18左右。經過校準，此時您可以測量鹼性溶液的pH值了。
下載附件中的庫文件，安裝至Aruidno IDE中。點擊查看如何安裝庫文件？
下載附件NB_Project2.ino，打開項目代碼，根據阿里雲的配置和pH計的校準參數，修改代碼中對應的參數。
①阿里雲相關配置
需要將阿里雲中的配置信息，在代碼中做對應的修改。
在設備頁面查看設備證書信息，填寫在代碼中對應位置。
//配置證書信息
String ProductKey = "Your_Product_Key";
String ClientId = "12345";
String DeviceName = "Your_Device_Name";
String DeviceSecret = "Your_Device_Secret";
在產品頁面查看功能標識符，填寫在代碼中對應位置。
//配置產品標識符
String TempIdentifier = "Your_Temp_Identifier";
String PHIdentifier = "Your_ph_Identifier";
String TDSIdentifier = "Your_TDS_Identifier";
String GaugeIdentifier = "Your_batGauge_Identifier";
在設備管理頁面，查看物模型topic信息，填寫在代碼中對應位置。
//需要發布和訂閱的TOPIC
const char * subTopic = "Your_sub_Topic";//****set
const char * pubTopic = "Your_pub_Topic";//******post
②ph計校準數據配置
將剛剛校準時記錄的offset參數，填寫至下列代碼中。比如，列印出的pH值為6.88，則差值為0.12，則在樣例程序中把#define Offset 0.00改成#define Offset 0.12。
#define Offset 0.00 //deviation compensate
該行代碼位置如下圖所示。
③低功耗喚醒時間配置
項目使用了低功耗的功能，可以通過調整代碼中的參數，修改設備的喚醒時間。
//#define TIME_TO_SLEEP_SECOND 10 /* Time ESP32 will go to sleep (in seconds) */
#define TIME_TO_SLEEP_MINUTE 5 /* Time ESP32 will go to sleep (in mimutes) */
低功耗喚醒間隔設置有兩種模式，分別是分鐘設置和秒設置。樣例中使用的是分鐘模式，默認設定時間為5分鐘。為了方便測試，大家可以任意修改。
該代碼位置如下圖所示。
全部配置完成後，將代碼上傳至TinkerNode物聯網開發板中，就可以在阿里雲平臺上查看相應的數據信息了。
硬體購買請戳👆
大家有什麼想法，歡迎下方留言！
歡迎大家點擊閱讀原文，到社區論壇查看更多有趣內容！