一、项目描述

1、简介

本项目为FUNPACK第二季第三期。进行的任务为：渔业养殖水质监控系统

用FireBeetle ESP32-E开发板作为控制单元，观察养殖水质参数（温度/浊度/tds/pH值/电位/溶解氧中两项指标以上）的变化，并能把数据上传到IoT网站上，可实时动态显示监测水质的变化情况。

2、主控介绍

本项目使用DFROBOT公司出品的FireBeetle ESP32-E开发板。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、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。

根据DFROBOT官网介绍，“FireBeetle是一个高性能且更mini的Arduino开源开发板系列，现在FireBeetle不仅完全兼容arduino的开发环境，并且拥有更丰富的软硬件资源,它将支持makecode、Mind+、pinpong、MicroPython的开发环境（即将完善），无论是图形化编程、C语言、python编程还是JS编程都可以随心所欲的操作硬件。”

实测它主要支持arduino IDE，和mind+ 开发环境。用下来，我觉得你完全可以当它是arduino开发板来使用，而不是按ESP32开发板来用。似乎vscode里是找不到这个开发板的，我估计esp32的官方开发环境也未必支持这个开发板。而且这个用来当arduino开发板用会非常好，一个是性能强，相关配套硬件非常全面。据说有上千种免焊接的Gravity接口传感器与执行器可与之配套。而且DF提供了详细的在线教程和应用案例，可轻松上手制作，大幅度降低学习时间。邮票孔的设计，让它可以方便的嵌入自己设计的PCB上，大大缩减你的原型开发成本以及原型测试时间。

而且试用配套的mind+开发软件后，我认为非常适合小孩子的兴趣班，还要业余爱好者。因为原厂硬件、原厂传感器、原厂例程和原厂教程（是的，每一个原厂硬件，厂家都提供了详细的中文使用说明）避免了任何出错的可能。

2.1 主控性能描述

工作电压：3.3V

输入电压：3.3V~5.5V

支持低功耗：10uA

支持最大放电电流：600mA@3.3V LDO

支持最大充电电流：500mA

支持USB充电

处理器：Tensilica LX6双核处理器（一核处理高速连接；一核独立应用开发）

主频：240MHz

SRAM：520KB

Flash：4MB

Wi-Fi标准：FCC/CE/TELEC/KCC

Wi-Fi协议：802.11 b/g/n/d/e/i/k/r (802.11n，速度高达150 Mbps)，A-MPDU和A-MSDU聚合，支持0.4us防护间隔

频率范围：2.4~2.5 GHz

蓝牙协议：符合蓝牙v4.2 BR/EDR和BLE标准

蓝牙音频：CVSD和SBC音频低功耗：10uA

工作电流：80mA（平均）

频率范围：2.4~2.5GHz

支持Arduino一键下载

支持micropython

片上时钟：40MHz晶振、32.768KHz晶振

数字I/O x10（arduino默认）

模拟输入 x5（arduino默认）

SPI x1（arduino默认）

I2C x1（arduino默认）

I2S x1（arduino默认）

RGB_LED：5/D8

接口方式：FireBeetle V2系列兼容

工作温度：-40℃~+85℃

模块尺寸：25.4 × 60(mm)

安装孔尺寸：M2安装孔 孔径2.0mm

2.2 外观指示图

Type-C： USB接口：4.75v-5.5v

PH2.0锂电池接口：3.5-4.2v

2/D9 LED灯：使用2/D9引脚控制的LED灯

充电指示灯：指示充电方式的红色LED，通过三种方式指示充电状态：1、充满电或未充电时熄灭2、充电时常亮3、USB供电，未连接锂电池时高频闪烁

RST复位引脚：单击复位按钮，将程序复位

5/D8 WS2812指示灯：使用5/D8引脚控制的WS2812RGB灯珠

低功耗焊盘：此焊盘专为低功耗设计，默认为连接状态，使用小刀轻轻刮断中间的细线即可断开，断开后可降低500μA静态功耗，通过程序控制主控进入睡眠模式后可将功耗降低至13μA。注意：焊盘断开后仅USB方式供电可驱动RGB灯

GDI显示接口：DFRobot专用显示屏接口，详情后文GDI显示接口

ESP32模组：乐鑫公司推出的最新ESP32-E模组

按钮：连接27/D4 的按钮

2.3 引脚布局

FireBeetle ESP32-E多达22个物理GPIO，其中34-39 仅用作输入管脚,其他的既可以作为输入又可以作为输出管脚。 所有逻辑电压均为3.3V

Control :FireBeetle的使能以及复位引脚

Touch:具有电容触摸功能的引脚

Analog :具有模拟功能的引脚

Port PIN: 芯片默认的物理引脚号，可直接使用此数字控制对应引脚

IDE :在arduino IDE中，FireBeetle将引脚号码进行了重映射，您也可以直接使用此符号控制对应引脚

RTC PIN: FireBeetle具有低功耗功能，在进入deepsleep模式下仅RTC pin可以被使用

Power :FireBeetle将供电电源以及稳压后的3.3v电源通过引脚引出，方便用户使用

GND :FireBeetle的公共地引脚

6.2 Power

GND-这是所有电源和逻辑的公共接地

VCC -这是USB/锂电池输入的正电压（5V-USB 供电时输出USB电压， 3.7V-锂电池供电时输出电池电压）

3V3-这是3.3V稳压器的输出，可以提供500mA峰值

Control

RST - 与ESP32的复位引脚相连，可将程序复位

EN - 这是3.3V稳压器的使能引脚。它已上拉，因此接地能够禁用3.3V稳压器

GPIO：

D2至D13-这些都是通用引脚，通常我们将其当作数字引脚使用，也可以使用其复用功能。

A0至A4-这些都是模拟输入引脚,其中A0-A3仅能作为输入引脚使用。

SDA -I2C（线）数据引脚。

SCL -I2C（线）时钟引脚。

SCK / MOSI / MISO-这些是硬件SPI引脚，您可以将它们用作日常的GPIO引脚（但建议使其保持空闲状态，因为它们最适合用于高速SPI硬件）。

UART端口：

ESP32共有2个UART端口, 其中UART0用于与PC通信

串口名 Arduino TX RX

UART0 Serial pin1 pin3

UART2 Serial2 pin17 pin16

3. 传感器

3.1 Turbidity sensor浊度传感器模块.

此传感器的DF产品编号为SKU:SEN0189。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。 应用范围：可以用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量。通过测量水的污浊程度来判断所洗物品洁净程度，确定最佳的洗涤时间和漂洗次数，用较少的能耗和耗水量获得满足要求的洗净比。也可以用于工业现场控制，环境污水采集等需要浊度检测控制的场合。

本传感器模块通过数模切换开关，可以选择输出的是模拟量或者数字量。如果选择输出是模拟量，利用A/D转换器进行采样处理，单片机就可以获知当前水的污浊度。如果选择输出是数字量，通过模块上的电位器调节触发阈值，当浊度达到设置好的阈值后，Dout指示灯会被点亮,传感器模块输出由高电平变成低电平，单片机通过监测该电平的变化，就可以知道水的浊度超标，从而预警或者联动其他设备。

本项目使用利用模拟量方式工作。

3.2 温度传感器

本项目使用防水DS18B20温度传感器配合DF原厂Plugable Terminal转换器。 Plugable Terminal转接器数字口增加了上拉电阻，使用跳线帽切换使用，这样可以直接将防水DS18B20温度传感器连接到Arduino上了。它能够在3.0V到5.5V的电源下工作 温度显示范围为-10°C to +85°C（误差±0.5°C） 使用温度范围：-55 to 125°C (-67°F to +257°F) 分辨率选择范围：9-12比特 使用单线接口：通信时只需要一个数字接口 芯片内嵌入一个64位的ID 并联的传感器可共用一个接口 温度限制报警系统 查询时间少于750ms 长为35mm，直径为6mm的不锈钢管 电缆直径：4mm 长度：90cm

3.3 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。DF的这款arduino兼容的TDS传感器，连接至控制板后，就可用于测量水的TDS值。 该产品专为arduino设计，即插即用，使用简单方便。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。 该产品可应用于生活用水、水培等领域的水质检测。有了这个传感器，就可轻松DIY一套TDS检测仪了，轻松检测水的洁净程度。

4，项目搭建，

本项目使用FireBeetle ESP32-E开发板，利用36，39引脚（对应A0 A1）连接TDS和浊度传感器。26引脚（对应D3）接入18bd20温度传感器。

由主控板按一定时间间隔读取传感器数据，并上传至LOT平台。对数进行实时监控和分析。

Iot平台选用DFROBOT自家Easy LoT平台（https://iot.dfrobot.com.cn）使用非常简单。

二、各功能对应的主要代码片段及说明

使用DF配套的mind+软件，变成变得特别简单。只要拖拽图形即可实现。而且好多功能只需要一个图标就完成了。前期的设置可以由mind+软件替你完成

1、18b20传感器使用代码

在mind+里使用18B20非常简单，不需要在setup部分进行初始设置。只是需要选一下使用的引脚，直接这一条命令就可以读取传感器的温度信息。本例中，把DS18B20接在D2引脚上

2、TDS传感器和浊度传感器

因为他们都是走的模拟输入，所以图形如下（使用端口分别为A0和A1）

注意此处浊度的数值这里增加了一个*5/1024的变换，而TDS则是直接读数未作处理，这里都是根据DFrobot自己wiki上的例程来的。至于数值变换的原理是什么，DF并没有给出。然后通过DF自己的例程对比，就可以发现用mind+可以比arduino IDE省事很多。真是小朋友和初学者的福音哈。

3、网络通讯代码

3.1 这里也是很简单，但是不可以直接使用了，需要先设置一下，然后就可以用了。设置部分的代码有两端，一个是关于设置WIFI连接的。只要把要连接的SSID名称和密码填进去就可以了。

MQTT也一样，只是参数多了一些。

我使用的是DF提供的免费LOT，easyLOT 。这个平台不得不说实在是太简单了。我估计5分钟就能掌握怎么用，要远远简单过阿里云的LOT平台。阿里云LOT平台的使用方法，DFrobot给了详细的使用手册和例子。结果我研究半个月，楞是没搞明白它的Topic在哪里设置……幸好又发现了这个easyLOT，终于挽救了我的作业。

3.2 LOT的调用和上传部分代码如下，同样属于小朋友就可以轻松掌握的级别。注意这里其实真正有用的只有那3条蓝紫色的代码和下面那个等待3秒。粉红色部分是为了方便在串口读出数据，用来简单的监控程序的运行状态。

4、整体代码

最后展示一下整体的代码，不得不说，真是太方便太简单了。各位初学者和带小朋友玩的，完全可以不用学怎么用arduino了，用这个mind+完全可以解决任务。

三、功能展示及说明（可右上角点“上传”插入图片进行展示并说明）

1、硬件组合效果

2、lot网站监测效果

浊度部分：其中从右到左，Y轴数值的变化对应的是空气中、一层塑料袋子、二层、三层、四层、拿开塑料袋的情况。数值起伏，是因为正经这种测试是应该在全黑的情况，否则环境光线的变化会导致传感器接收数值的变化，造成数据变化。

温度上看，基本对应了室温、手握后温度渐渐升高、沾水温度迅速回到室温、逐渐平衡的过程

3、串口监视器的数据效果

TDS部分：其中从右到左，Y轴数值的变化对应的是空气中、自来水、盐水、稀一些的盐水、盐水、糖水、纯水。最左侧的小起伏是最后收起来的时候没关闭电源，湿润的探头不知道碰到了什么

四、对本活动的心得体会（包括意见或建议）

1、首先感觉本期活动的产品选择非常好，总的来说硬件很强大，功能很丰富，而任务实际上既适合初哥，也适合发烧友和专业人士，丰俭由人。我觉得从选题角度出发，有一定难度但又不至于不能完成，同时又能解决一些实际问题的题目才是一个好的题目。无论商业上，还是带动烧友水平提高的角度出发。只有参与的人多，能够完成的人多，这样的活动才是成功的。

2、陆陆续续参加过几期活动，我觉得硬件的选择上，最好还是多选择一些本地化比较好的硬件，当然国产的就更好了，肥水不流外人田嘛。因为这种本地化做的比较好的硬件，才不太容易是一锤子买卖。比如过去有一期关于wio terminal的。用下来感觉非常好，于是又买了一些。而像那种没什么中文资料更甚至动不动还得翻墙才能开发的，对开发者的用途就很有限了。这样对digital也不见得是好事。这一期的硬件我觉得也很棒，开发板、传感器、屏幕陆陆续续又买了不少，估计以后肯定是不会再用arduino公司那些产品了。

3、我觉得DF和阿里云合作有点失败，弄的那些物联网应用例程很麻烦，然后一些东西还只能免费用1个月，过一个月就开始要收费（且费用不菲）才能用。是个坑。

4、补充，完成整个作业后，逛了知乎，据说esp32的ADC线性度较差，不准。专业用途请慎用。

5、又补充，建议视频的时间可以要求为3分钟以上，而不是3-5分钟，主要是这个时间太短了。我这个视频大概10分钟左右，依然导致很多内容只能一笔带过。