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[项目] 校园气象站：用LoRa+太阳能打造4公里级数据链路

本帖最后由云天于 2025-7-22 21:52 编辑

——基于 FireBeetle ESP32 × 云雀气象仪 × LoRaWAN × 10 W 太阳能套件

【缘起：两个真实痛点】

痛点	现状	我们的目标
远距离传输	教学楼屋顶→实验楼机房 Wi-Fi 只有 80 m，4G 月租高	4 km 级、免流量费
长期供电	220 V 拉线危险，普通充电宝 3 天就没电	连续阴雨天 ≥7 天续航

【系统总览】
气象仪端（Sensor Node）
├─ FireBeetle ESP32
├─ 云雀气象仪（I²C）
├─ LoRaWAN 模块（I²C）
└─ 10 W 太阳能套件（12 V→5 V）

接收端（Receiver Node）
├─ FireBeetle 2 ESP32-E
├─ LoRaWAN 模块（I²C）
└─ Wi-Fi → MQTT → Siot → Mind+ 实时面板

【关键硬件清单】

模块	链接	数量	备注
FireBeetle ESP32	DFR0478	1	低功耗版
FireBeetle 2 ESP32-E	DFR0654-F	1	WIFI和蓝牙双模通信
云雀气象仪	EDU0157	1	五合一传感器
LoRaWAN 模块（EU868）	DFR1115-868	2	4 km 级
10 W 太阳能套件	KIT0210	1	含 18650×3
3D 打印外壳	附件 STL	1	IP54 级防水

【硬件接线表】
1.气象仪端（Sensor Node）

云雀气象仪	LoRaWAN	FireBeetle ESP32	太阳能套件
红 VCC	—	5 V	5 V
黑 GND	GND	GND	GND
蓝 SDA	SDA	D21	—
绿 SCL	SCL	D22	—
—	VCC	5 V	5 V

注意：LoRaWAN 模块同时支持 3.3 V/5 V，直接接到 FireBeetle 的 5 V 即可。

2.接收端（Receiver Node）接线同上，只需把 LoRaWAN 模块接到 FireBeetle 2 ESP32-E 的 I²C 引脚即可。

【代码编写】
1.气象仪端（Sensor Node）

#include <DFRobot_LWNode.h>
#include "DFRobot_Atmospherlum.h"
// 创建对象
DFRobot_Atmospherlum_I2C  atm(0x42,&Wire);
#define FREQ  914900000
DFRobot_LWNode_IIC node(1);//设置节点地址为1

void setup( void ) {
    Serial.begin(115200);
    delay(5000);
    node.begin(/*communication IIC*/&Wire,/*debug UART*/&Serial);
    
   
    const uint32_t loraConfig[] = {FREQ, DBM16, 125000, 12}; //配置LoRa通信参数
    while(!node.setFreq(loraConfig[0])  || 
          !node.setEIRP(loraConfig[1])  || 
          !node.setBW(loraConfig[2])    || 
          !node.setSF(loraConfig[3])    || 
          !node.start()) {
        Serial.println("LoRa init failed");
        delay(2000);
    }
while(atm.begin()!=0){delay(1000);}  
Serial.println("yunque ok");
}

void loop( void ){

    String data=atm.getValue("Speed")+","+atm.getValue("Dir")+","+atm.getValue("Temp")+","+atm.getValue("Humi")+","+atm.getValue("Pressure");
    delay(2000);
    node.sendPacket(2, data);  //发送温湿度数据给地址为2的节点
    node.sleep(5000);
}
复制代码

2.接收端（Receiver Node）

#include <DFRobot_LWNode.h>
#include <DFRobot_Iot.h>
// 静态常量
const String topics[5] = {"siot/pres","siot/speed","siot/dir","siot/humi","siot/tem"};
// 创建对象
DFRobot_Iot myIot;
#define FREQ  914900000   
DFRobot_LWNode_IIC node(2);//设置节点地址为2

void rxCBFunc(uint8_t from, void *buffer, uint16_t size, int8_t rssi, int8_t snr){
    char *p = (char *)buffer;
    Serial.print("recv from: ");
    Serial.println(from, HEX);
    Serial.print("recv data: ");
    for(uint8_t i = 0; i < size; i++){
        Serial.print(p[i]);
    }
    Serial.println();
    Serial.println("Text:");
    Serial.println((char *)buffer);
    Serial.print("rssi=");Serial.println(rssi);
    Serial.print("snr=");Serial.println(snr);
    String input = (char *)buffer;
String values[5];  // 存放结果
int index = 0;

// 先补一个逗号，方便统一处理
input += ",";

while (input.length() > 0) {
  int commaIndex = input.indexOf(',');
  if (commaIndex == -1) break;
  values[index] = input.substring(0, commaIndex);
  input = input.substring(commaIndex + 1);
  index++;
}


  myIot.publish(topic_1, values[0], 1);//风速
  myIot.publish(topic_2, values[1], 1);//风向
  myIot.publish(topic_4, values[2], 1);//温度
  myIot.publish(topic_3, values[3], 1);//湿度
  myIot.publish(topic_0, values[4], 1);//气压

}

void setup( void ){
    Serial.begin(115200);
            pinMode(D9, OUTPUT);
        myIot.wifiConnect("***", "********");
        while (!myIot.wifiStatus()) {}
        digitalWrite(D9, HIGH);
        myIot.init("192.168.31.11","siot","5490164669696611","dfrobot", topics, 1883);
        myIot.connect();
        while (!myIot.connected()) {}
        
    delay(5000);
    node.begin(/*communication IIC*/&Wire,/*debug UART*/&Serial);
    const uint32_t config[] = {FREQ, DBM16, 125000, 12};   //配置LoRa通信参数
    while(!node.setFreq(config[0])    || 
          !node.setEIRP(config[1])   || 
          !node.setBW(config[2])     || 
          !node.setSF(config[3])     || 
          !node.start()) {
        Serial.println("LoRa init failed, retrying...");
        delay(2000);
    }
    node.setRxCB(rxCBFunc);
}

void loop( void ){
    node.sleep(5000);
}

复制代码

【太阳能供电计算】

日均功耗
ESP32 40 mA + 传感器 40 mA + LoRa 发射 120 mA（占空比 1%）≈ 45 mA
45 mA × 5 V × 24 h = 5.4 Wh
电池容量
18650×3（3.7 V 2600 mAh）= 28.9 Wh
可用 80 % → 23.1 Wh
23.1 Wh ÷ 5.4 Wh ≈ 4.3 天（无日照）
太阳能板补充
10 W × 4 h（冬季）= 40 Wh/日，远超需求 → 阴雨天 7 天无压力。