基于物聯(lián)網(wǎng)的洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

洪水是一種已知的重大自然災(zāi)害，給環(huán)境和生物造成了巨大的損失。在這種情況下，對(duì)不同條件下的河床水位狀況進(jìn)行應(yīng)急預(yù)警就顯得尤為重要。在這個(gè)項(xiàng)目中，目標(biāo)是感知河床的水位，檢查它們是否處于正常狀態(tài)。如果它們超過(guò)了限制，那么它就會(huì)通過(guò)LED指示和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序提醒人們。在這里，我們使用超聲波傳感器來(lái)感知河流水位，并使用NodeMCU ESP8266來(lái)處理這些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將被上傳到ThingSpeak物聯(lián)網(wǎng)云，使用該云，可以從世界任何地方以圖形方式監(jiān)測(cè)河流水位。

組件的要求

?ESP8266 NodeMCU

?超聲波傳感器

?電力供應(yīng)

?led(紅色和綠色)

?電路試驗(yàn)板

?跳投

洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)作

我們以前使用ESP8266 NodeMCU來(lái)構(gòu)建許多物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。上面的框圖展示了這個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理。在這里，超聲波傳感器被用來(lái)感應(yīng)河水的水位。從超聲波傳感器輸出的數(shù)據(jù)被饋送到NodeMCU，在那里它被處理并發(fā)送到ThingSpeak進(jìn)行圖形監(jiān)控和緊急警報(bào)。在這里，紅色LED用于在關(guān)鍵洪水條件下發(fā)出警報(bào)，綠色LED用于指示正常情況。

HC-SR04超聲波傳感器

超聲波傳感器利用超聲波的原理來(lái)確定與物體的距離。超聲波傳感器產(chǎn)生高頻聲波。當(dāng)超聲波擊中物體時(shí)，它以回聲的形式反射出來(lái)，被接收器感知。通過(guò)使用回聲到達(dá)接收器所需的時(shí)間，我們可以計(jì)算到目標(biāo)物體的距離。

超聲波測(cè)距儀由兩個(gè)超聲波換能器組成。其中，單片機(jī)作為發(fā)射器，將單片機(jī)的電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波脈沖，接收器接收發(fā)射的脈沖。如果它接收到這些信號(hào)，那么它就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖，其時(shí)間周期可以用來(lái)確定與目標(biāo)的距離。

特性

?工作電壓：5V

?工作電流：15mA

?工作頻率：40HZ

?測(cè)量距離：2cm-4m

?測(cè)量角度：15度。

?觸發(fā)輸入脈沖：10uS

通過(guò)之前的項(xiàng)目，如物聯(lián)網(wǎng)庫(kù)存管理和Wi-Fi控制機(jī)器人，了解更多關(guān)于超聲波傳感器的信息。

洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路圖

洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電路圖如下

真正的設(shè)置是這樣的：

為洪水監(jiān)測(cè)和警報(bào)系統(tǒng)設(shè)置ThingSpeak帳戶

根據(jù)上述電路圖成功完成硬件后，現(xiàn)在是時(shí)候設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)了，數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在該平臺(tái)上進(jìn)行在線監(jiān)控。這里我們使用ThingSpeak來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這是一個(gè)非常流行的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，用于在線構(gòu)建存儲(chǔ)、監(jiān)控和處理數(shù)據(jù)。我們還使用ThingSpeak構(gòu)建了許多基于物聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目。

第一步：注冊(cè)ThingSpeak

首先，如果你以前沒(méi)有Mathworks帳戶，請(qǐng)登錄https://thingspeak.com/并創(chuàng)建一個(gè)新的免費(fèi)Mathworks帳戶。

第二步：登錄ThingSpeak

用你的憑證登錄ThingSpeak，然后點(diǎn)擊“新頻道”?，F(xiàn)在填寫(xiě)項(xiàng)目的詳細(xì)信息，如名稱(chēng)、字段名稱(chēng)等。這里我們必須創(chuàng)建四個(gè)字段名，如濕度，溫度，壓力和雨。然后點(diǎn)擊“保存頻道”。

步驟3：記錄憑據(jù)

選擇已創(chuàng)建的通道并記錄以下憑據(jù)。

通道ID，它在通道視圖的頂部。

編寫(xiě)一個(gè)API密鑰，可以在通道視圖的API Keys選項(xiàng)卡上找到。

步驟4：向GUI添加小部件

單擊“Add Widgets”并添加四個(gè)適當(dāng)?shù)膚idget，如儀表、數(shù)字顯示和指示器。在我的例子中，我?guī)Я艘粋€(gè)洪水指示器。為每個(gè)小部件選擇適當(dāng)?shù)淖侄蚊?

代碼的解釋

在成功完成硬件設(shè)置之后，現(xiàn)在是對(duì)ESP8266 NodeMCU進(jìn)行編程的時(shí)候了。

要使用Arduino IDE將代碼上傳到NodeMCU，請(qǐng)遵循以下步驟：

1. 打開(kāi)Arduino IDE，然后進(jìn)入File - >Preferences - >Settings。

2. 在“附加板管理器URL”字段中鍵入https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json，然后單擊“確定”。

3. 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到Tools > Board > Boards Manager。在“單板管理器”窗口中，在搜索框中輸入ESP8266，選擇最新版本的單板，單擊“安裝”。

4. 安裝完成后，進(jìn)入“Tools ->Board ->”，選擇“NodeMCU 1.0(ESP-12E Module)”?，F(xiàn)在您可以使用Arduino IDE對(duì)NodeMCU進(jìn)行編程。

完成上述設(shè)置后，使用Arduino IDE對(duì)NodeMCU進(jìn)行編程，將完整的代碼上傳到ESP8266 NodeMCU。下面給出了完整代碼的逐步解釋。

通過(guò)在代碼中包含所有必需的庫(kù)文件來(lái)啟動(dòng)代碼，例如ESP8266WiFi.h用于ESP8266板等。這里，ThingSpeak.h庫(kù)用于ThingSpeak平臺(tái)，可以通過(guò)以下步驟將其添加到Arduino IDE中：

?在Arduino IDE中，選擇Sketch/Include Library/Manage Libraries。

?從列表中單擊ThingSpeak庫(kù)，然后單擊Install按鈕。

接下來(lái)，定義用于超聲波傳感器和led的引腳。

現(xiàn)在，定義了網(wǎng)絡(luò)憑據(jù)——即SSID和密碼，它們是將NodeMCU連接到互聯(lián)網(wǎng)所必需的。然后定義ThingSpeak帳戶憑據(jù)，如通道號(hào)和寫(xiě)入API，這些都是前面記錄的。確保您已經(jīng)編輯了您的憑據(jù)來(lái)代替這些變量。

然后，定義用于計(jì)時(shí)的變量。

然后，將NodeMCU連接到互聯(lián)網(wǎng)，調(diào)用WiFi。開(kāi)始并傳遞網(wǎng)絡(luò)SSID和密碼作為參數(shù)。使用WiFi.status()檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否成功，連接成功后，在Serial Monitor上打印一條帶有本地IP地址的消息。

然后使用保存的憑證連接到ThingSpeak平臺(tái)。為此，ThingSpeak。使用Begin。

為了計(jì)算距離，通過(guò)超聲波傳感器的三角引腳向傳感器輸入脈沖。這里根據(jù)HC-SR04數(shù)據(jù)表，給出2微秒脈沖，然后從回波引腳讀取傳感器的輸出脈沖，并以厘米為單位計(jì)算距離。

然后，為正常狀態(tài)和泛洪狀態(tài)下的LED指示編寫(xiě)if-else條件。這里根據(jù)我的設(shè)置，我已經(jīng)采取了4厘米作為參考。您可以根據(jù)您的設(shè)置更改它。

最后，每隔10秒將河流水位的值上傳到ThingSpeak頻道。

在洪水的情況下，ThingSpeak會(huì)顯示一個(gè)大紅圈，如下圖所示：

這只是基于物聯(lián)網(wǎng)的洪水監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的一個(gè)基本模型，還有很大的改進(jìn)空間。

本文編譯自iotdesignpro