Παρακολούθηση ποιότητας νερού χρησιμοποιώντας MKR1000 και ARTIK Cloud: 13 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-13 06:57

Εισαγωγή

Ο πρωταρχικός στόχος αυτού του έργου είναι η χρήση MKR1000 και Samsung ARTIK Cloud για την παρακολούθηση του pH και της θερμοκρασίας των πισινών.

Θα χρησιμοποιούμε αισθητήρα θερμοκρασίας και pH ή αισθητήρα ισχύος υδρογόνου για τη μέτρηση της αλκαλικότητας και της οξύτητας του νερού.

Η μέτρηση της θερμοκρασίας είναι απαραίτητη γιατί μπορεί να επηρεάσει το επίπεδο του pH. Η αύξηση της θερμοκρασίας των διαλυμάτων θα προκαλέσει μείωση του ιξώδους του και αύξηση της κινητικότητας των ιόντων του στο διάλυμα. Καθώς το pH είναι ένα μέτρο της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου, μια αλλαγή στη θερμοκρασία ενός διαλύματος θα αντικατοπτρίζεται από μια μεταγενέστερη αλλαγή του pH (1).

Οι επιδράσεις της θερμοκρασίας στο επίπεδο ph είναι οι εξής.

• Επιδράσεις θερμοκρασίας που μειώνουν την ακρίβεια και την ταχύτητα απόκρισης του ηλεκτροδίου.
• Συντελεστής θερμοκρασίας της μεταβολής επηρεάζει το υλικό που μετράται από τον αισθητήρα, είτε πρόκειται για ρυθμιστικό βαθμονόμησης είτε για δείγμα.

Διαβάστε περισσότερα

Γιατί πρέπει να ισορροπήσουμε τις πισίνες μας;

Αυτή θα είναι μια μακρά συζήτηση. Μπορείτε να το παραλείψετε στο Βήμα 1:)

Πισίνες ή τουλάχιστον τεχνητές οπές ποτίσματος για μπάνιο και κολύμπι-επιστρέψτε μέχρι το 2600 π. Χ. στο ελάχιστο. Ωστόσο, κυρίως λόγω των πιθανών πηγών μικροβίων όπως άτομα που κολυμπούν στην πισίνα, ζώα όπως σκύλοι, νεκρά άγρια ζώα και συντρίμμια από το κτήμα, όπως φύλλα, γρασίδι και σκόνη, οι πισίνες μολύνονται συχνά και έτσι περιέχουν μια σειρά μικροβίων, συμπεριλαμβανομένων βακτηρίων και φυκιών που μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα υγείας όπως λοιμώξεις του αυτιού, της μύτης και του λαιμού. Και για να αποτραπεί ή τουλάχιστον να ελαχιστοποιηθεί αυτό, οι πισίνες διατηρούνται τακτικά μέσω φιλτραρίσματος, χλωρίωσης, ολικής αλκαλικότητας, σκληρότητας ασβεστίου και ρύθμισης του επιπέδου pH.

Το pH μπορεί να θεωρηθεί ως συντομογραφία της ισχύος του Υδρογόνου - ή πιο ολοκληρωμένα, της ισχύος της συγκέντρωσης του ιόντος Υδρογόνου. Είναι επίσης το μέτρο του πόσο όξινο/ αλκαλικό είναι το νερό της πισίνας. Τα επίπεδα pH κυμαίνονται από 0,0 έως 14,0. Το ιδανικό εύρος για το pH στο νερό της πισίνας είναι 7,2 έως 7,8. Ένα pH 7,0 είναι ουδέτερο - κάτω από 7,0 είναι όξινο, πάνω από 7,0 είναι αλκαλικό. Εάν το επίπεδο του pH διατηρείται στο ίδιο επίπεδο με αυτό στα μάτια μας, το οποίο είναι τυπικά 7,2 έως 7,4, οι παρενέργειες του καψίματος των ματιών περιορίζονται στο ελάχιστο.

Όταν η πισίνα είναι πολύ όξινη, θα αρχίσει να διαλύει την επιφάνεια, δημιουργώντας μια τραχύτητα που είναι ιδανική για την ανάπτυξη φυκιών πισίνας. Παρόμοιο αποτέλεσμα παρατηρείται και στην αρμολόγηση πισινών με πλακάκια. Τα μέταλλα διαβρώνονται επίσης, το οποίο περιλαμβάνει εξοπλισμό πισίνας, εξαρτήματα σωλήνων, συνδέσεις αντλιών και τα παρόμοια. Τα θειικά άλατα σχηματίζονται από αυτές τις επιφάνειες, αρμολόγηση και μεταλλικές διαβρώσεις. Αυτά τα θειικά άλατα απελευθερώνονται από το νερό στους τοίχους και στο πάτωμα της πισίνας προκαλώντας άσχημους καφέ και μαύρους λεκέδες. Επιπλέον, το χλώριο, το οποίο χρησιμοποιείται ως απολυμαντικό στο νερό της πισίνας, ενεργοποιείται, χάνεται στην ατμόσφαιρα πολύ γρήγορα και έτσι καθίσταται άχρηστο καθώς χάνει την ικανότητά του να απολυμαίνει το νερό. Τέλος, τα μάτια και η μύτη των κολυμβητών καίγονται, τα μαγιό τους ξεθωριάζουν και εξαφανίζονται και το δέρμα τους ξηραίνεται και φαγούρα.

Από την άλλη πλευρά, όταν το νερό είναι πολύ αλκαλικό, το ασβέστιο στο νερό της πισίνας συνδυάζεται με ανθρακικά άλατα και σχηματίζει κλίμακα που φαίνεται περισσότερο στην υδάτινη γραμμή όπου παγιδεύει τη σκόνη και τη βρωμιά, μαυρίζοντας με τον καιρό. Το νερό της πισίνας αρχίζει επίσης να γίνεται θολό ή θολό καθώς χάνει τη λάμψη του. Το ανθρακικό ασβέστιο έχει επίσης την τάση να αφαιρείται στην άμμο στο φίλτρο της πισίνας, μετατρέποντάς το ουσιαστικά σε τσιμέντο. Έτσι, εάν το φίλτρο άμμου της πισίνας γίνει φίλτρο τσιμέντου, χάνει την ικανότητά του να παγιδεύει τη βρωμιά από το νερό της πισίνας. Ένα άλλο αποτέλεσμα που πρέπει να σημειωθεί είναι ότι καθώς το pH αυξάνεται, η δύναμη του χλωρίου να δρα στα ξένα σωματίδια χάνεται. Ένα παράδειγμα είναι ότι σε ρΗ 8,0, η δεξαμενή μπορεί να χρησιμοποιήσει μόνο το 20% του διανεμηθέντος χλωρίου. Τέλος, στο αλκαλικό νερό της πισίνας, τα μάτια και η μύτη των κολυμβητών μπορεί επίσης να καούν και το δέρμα τους μπορεί επίσης να στεγνώσει και να φαγούρα.

Φωνάξτε στους συντρόφους της ομάδας μου Alysson και Aira για αυτήν την τρομερή έρευνα.

Βήμα 1: Συγκεντρώστε υλικά και λογισμικό που χρειάζεστε

1. Arduino / Genuino MKR1000
2. Arduino IDE
3. Λογαριασμός Samsung Artik Cloud
4. Jumper Wires
5. 3 κεφαλίδες αρσενικών καρφιτσών
6. 170 καρφίτσες Beardboard
7. Μετρητής pH DFRobot
8. Αδιάβροχος αισθητήρας θερμοκρασίας DS18B20
9. Αντίσταση 4,7K x1
10. Αντίσταση 200 ohms
11. Πλαστικό δοχείο 2x3 ιντσών
12. ανδρική και θηλυκή υποδοχή ήχου
13. Συγκολλητικό σίδερο και μόλυβδος
14. Μικρό PCB συγκόλλησης

Δεδομένου ότι η αντίσταση 4,7k είναι εκτός αποθέματος, χρησιμοποίησα 2,4k x 2 = 4,8k ohm

Βήμα 2: Δημιουργήστε τον τύπο της συσκευής σας ARTIK Cloud Device

Εγγραφείτε με το ARTIK Cloud. Μεταβείτε στον ιστότοπο προγραμματιστή και δημιουργήστε νέο "τύπο συσκευής".

Οι συσκευές στο ARTIK Cloud μπορεί να είναι αισθητήρες, συσκευές, εφαρμογές, υπηρεσίες κ.λπ. Συνήθως ένας χρήστης θα έχει μία ή περισσότερες συσκευές και οι συσκευές μπορούν να στέλνουν μηνύματα ή να χρησιμοποιούνται για την αποστολή μηνυμάτων στο ARTIK Cloud. Μάθε περισσότερα

Στη συνέχεια, εισαγάγετε την επιθυμητή οθόνη και το μοναδικό όνομα.

Βήμα 3: Δημιουργήστε νέο μανιφέστο για τον τύπο της συσκευής σας

Στον τύπο της συσκευής σας, δημιουργήστε νέο Μανιφέστο.

Το Manifest, το οποίο σχετίζεται με έναν τύπο συσκευής, περιγράφει τη δομή των δεδομένων. Όταν μια εφαρμογή ή συσκευή στέλνει ένα μήνυμα στο ARTIK Cloud, το Manifest λαμβάνει μια συμβολοσειρά ως είσοδο που αντιστοιχεί στα δεδομένα και εξάγει μια λίστα κανονικοποιημένων πεδίων/τιμών που μπορεί να αποθηκεύσει το ARTIK Cloud. Μάθε περισσότερα

Εισαγάγετε τη θερμοκρασία ως πεδία δεδομένων που θα οριστεί αυτόματα σε θερμοκρασία.

Προσθέστε ένα άλλο πεδίο δεδομένων και ονομάστε το ph. χρησιμοποιήστε ppm ή μέρη ανά συμβολισμό.

ph ή ισχύς του υδρογόνου χρησιμοποιείται για την εξισορρόπηση της αλκαλικότητας και της οξύτητας του νερού. Η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάσει την τιμή του ph. Η αύξηση της θερμοκρασίας σχετίζεται με αυξημένες μοριακές δονήσεις, με την αύξηση της θερμοκρασίας, τα παρατηρήσιμα ιόντα υδρογόνου αυξάνονται επίσης λόγω της μειωμένης τάσης σχηματισμού δεσμών υδρογόνου, οδηγώντας έτσι σε μείωση του pH. Μάθε περισσότερα

Παράλειψη κανόνων δράσης καθώς δεν θα χρειαζόμαστε.

Στη συνέχεια, ενεργοποιήστε το αρχείο δήλωσης.

Βήμα 4: Δημιουργήστε την εφαρμογή σας

Μεταβείτε στην εφαρμογή ARTIK Cloud Applications και κάντε κλικ στη νέα εφαρμογή.

Σε κάθε εφαρμογή εκχωρείται ένα μοναδικό αναγνωριστικό από το ARTIK Cloud. Απαιτείται ένα αναγνωριστικό εφαρμογής για να λάβετε ένα διακριτικό πρόσβασης OAuth2 και να ζητήσετε δεδομένα από μια εφαρμογή, υπό την προϋπόθεση ότι ο χρήστης έχει παραχωρήσει πρόσβαση. Μάθε περισσότερα

Εισαγάγετε το επιθυμητό όνομα εφαρμογής και τη διεύθυνση URL ανακατεύθυνσης ελέγχου ταυτότητας. Σημειώστε ότι απαιτείται η διεύθυνση URL ανακατεύθυνσης ελέγχου ταυτότητας. Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ταυτότητας των χρηστών αυτής της εφαρμογής, επομένως θα ανακατευθυνθεί σε αυτό το url εάν χρειάζεται σύνδεση. Χρησιμοποιήσαμε https:// localhost/8080/για δείγμα.

Τώρα ορίστε την άδεια της εφαρμογής σας για ανάγνωση και εγγραφή, μεταβείτε στη συσκευή σας και στη συνέχεια αποθηκεύστε.

Συγχαρητήρια τώρα έχετε την αίτησή σας!

Βήμα 5: Συνδέστε το ARTIK Cloud στη συσκευή σας

Τώρα που το backend σας είναι έτοιμο. Ας μεταβούμε στα ARTIK Cloud Charts για να δείτε τα δεδομένα σας.

Μεταβείτε στις συσκευές μου και κάντε κλικ στη σύνδεση μιας άλλης συσκευής.

Κάντε αναζήτηση και κάντε κλικ στο νέο τύπο συσκευής που δημιουργήσατε νωρίτερα και, στη συνέχεια, κάντε κλικ στη σύνδεση συσκευής.

Κάντε κλικ στις ρυθμίσεις της συνδεδεμένης συσκευής σας για να εμφανίσετε περισσότερες πληροφορίες.

Σημειώστε το αναγνωριστικό συσκευής και το διακριτικό, καθώς θα το χρειαστείτε στα επόμενα βήματα.

Στο δεξιό πλαίσιο, κάντε κλικ στην προβολή των δεδομένων σας.

Μόλις τελειώσει το υλικό σας, το γράφημα θα έχει δεδομένα.

Ολοκληρώθηκε για τη ρύθμιση του ARTIK Cloud.:)

Βήμα 6: Συνδέστε τους αισθητήρες θερμοκρασίας και PH στο MKR1000

Εδώ είναι η σύνδεση pin:

• Temp GND σε MRK1000 GND
• Temp OUT στο MKR1000 Digitalηφιακή ακίδα 1
• Temp VCC έως MKR1000 5V
• Συνδέστε μια αντίσταση 4,7K στο Temp VCC και Temp OUT
• pH GND έως MRK1000 GND
• pH OUT έως MKR1000 Αναλογική ακίδα 1
• pH VCC έως MKR1000 5V

Προαιρετικά: Χρησιμοποιήσαμε έναν ακουστικό και θηλυκό σύνδεσμο ήχου για εύκολη αποκόλληση του αισθητήρα θερμοκρασίας.

Ρίξτε μια ματιά στις εικόνες για πιο λεπτομερείς οδηγίες.

Βήμα 7: Ρυθμίστε το Arduino IDE Board Manager

Εάν έχετε ήδη εγκαταστήσει τον πίνακα MKR1000 παραλείψτε αυτό το βήμα.

Ανοίξτε το Arduino IDE.

Μεταβείτε στα Εργαλεία> Πίνακας> Διαχειριστής πίνακα.

Στη συνέχεια, αναζητήστε το mkr1000.

Εγκαταστήστε τον πίνακα Arduino SAMD, μπορεί να υποστηρίξει μηδέν και MKR1000.

Βήμα 8: Προσθέστε τις απαιτούμενες βιβλιοθήκες

Για να λειτουργήσουν οι αισθητήρες και το wifi μας, θα χρειαστούμε τις ακόλουθες βιβλιοθήκες.

1. FlashStorage - χρησιμοποιείται για να αποθηκεύσετε την αντιστάθμιση της βαθμονόμησης του pH
2. ArduinoThread - το χρησιμοποίησε για την ανάγνωση αισθητήρων σε ξεχωριστό νήμα.
3. ArduinoJson - θα το χρησιμοποιήσουμε για να στείλουμε δεδομένα JSON στο ARTIK Cloud
4. WiFi101 - χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση της σύνδεσης wifi με το mkr1000
5. ArduinoHttpClient - κεντρικός υπολογιστής για σύνδεση με API
6. OneWire - απαιτείται για την ανάγνωση της ψηφιακής εισόδου από τον αισθητήρα θερμοκρασίας
7. DallasTemperature - Απαιτείται βιβλιοθήκη αισθητήρα θερμοκρασίας Dallas

Μεταβείτε στο Sketch> Include Library> Manage Libraries

Αναζητήστε αυτές τις βιβλιοθήκες και κατεβάστε τις.

Βήμα 9: Ανεβάστε τον κώδικα Arduino

Τώρα συνδέστε το MKR1000 στον υπολογιστή/φορητό υπολογιστή σας.

Το Arduino θα πρέπει να εντοπίζει αυτόματα το MKR1000 σας. Διαφορετικά, το σετ είναι χειροκίνητο.

Κατεβάστε το λογισμικό στο GitHub μου εδώ

Αλλάξτε το δικό σας αναγνωριστικό και διακριτικό συσκευής ARTIK Cloud.

String deviceID = "άρθρο συσκευής cloud id"; // βάλτε το αναγνωριστικό της συσκευής σας εδώ που δημιουργήθηκε από το σεμινάριο String deviceToken = "διακριτικό συσκευής artik cloud"; // βάλτε το διακριτικό της συσκευής σας εδώ που δημιουργήθηκε από το σεμινάριο

Αλλάξτε το δικό σας wifi ssid/όνομα και κωδικό πρόσβασης.

/** Ρύθμιση Wifi **/ #define WIFI_AP "το wifi σας ssid" #define WIFI_PWD "wifi password"

Στη συνέχεια, ανεβάστε τον Κώδικα λογισμικού στο MKR1000 και ξεκινήστε την παρακολούθηση.

Προσθέτω περισσότερα φροντιστήρια του κώδικα σύντομα.

Το WiFi σας πρέπει να έχει σύνδεση στο Διαδίκτυο

Επιστρέψτε στο ARTIK Cloud και ελέγξτε για τρέξιμο δεδομένων.

Έχω ενσωματώσει τη μέθοδο βαθμονόμησης από το DFRobot στον κωδικό μου.

Εάν θέλετε να βαθμονομήσετε τον αισθητήρα pH, ακολουθήστε τη μέθοδο 1 εδώ.

Συγχαρητήρια! Έχετε συνδέσει επιτυχώς τους αισθητήρες σας μέσω του cloud !.

Βήμα 10: Κάντε το φορητό! - Αποσπώμενος αισθητήρας θερμοκρασίας

Θα χρειαστεί να αναδιατάξουμε τη σύνδεση του αισθητήρα θερμοκρασίας για να γίνει αποσπώμενος.

Αυτό περιλαμβάνει την καλωδίωση των αντιστάσεων και τον αποσπώμενο σύνδεσμο.

Πρώτα θα βάλουμε την αντίσταση 4.7k και τους συνδετήρες της.

Χρησιμοποίησα 2,4kohms x 2 = 2,8k omhs αφού είναι εκτός αποθέματος. Αλλά και πάλι είμαστε καλοί.

1. Τοποθετήστε το Breadboard MKR1000 έως 170 Pin, ο πείρος 5V θα πρέπει να βρίσκεται στον πρώτο πείρο του πίνακα
2. Τοποθετήστε την αντίσταση 4,7k στις τελευταίες καρφίτσες ή τις άδειες καρφίτσες του breadboard.
3. Συνδέστε το πρώτο άκρο της αντίστασης σε 5V χρησιμοποιώντας καλώδιο βραχυκυκλωτήρα.
4. Συνδέστε το δεύτερο άκρο σε έναν άδειο πείρο στην άλλη πλευρά.
5. Συνδέστε αυτόν τον πείρο στην ψηφιακή καρφίτσα 1.

Αν αντιμετωπίζετε δυσκολίες, ακολουθήστε τις παραπάνω εικόνες.

Επόμενο Συγκολλήστε τον ανδρικό σύνδεσμο ήχου στον αισθητήρα θερμοκρασίας

1. Κόκκινο σύρμα / VCC έως επάνω χαλκός
2. Πράσινο / GND έως μεσαίο χαλκό
3. Κίτρινο / Δεδομένα έως κάτω χαλκός

Δείτε το 4ο στιγμιότυπο οθόνης παραπάνω.

Στη συνέχεια κολλήστε τη θηλυκή υποδοχή ήχου στο PCB

1. Τοποθετήστε τη θηλυκή υποδοχή στο PCB με οπή συγκόλλησης 4x5.
2. Τοποθετήστε την κεφαλίδα των 3 ακίδων στην τελευταία σειρά της οπής.
3. Εισαγάγετε 200 omhs και κολλήστε το άκρο του ακροδέκτη του συνδέσμου ήχου και το δεύτερο άκρο στον πλησιέστερο πείρο κεφαλίδας.
4. Συγκολλήστε τον υπόλοιπο ακροδέκτη κεφαλίδας του συνδέσμου ήχου στην καρφίτσα κεφαλίδας.

Δείτε 5, 6, 7, 8ο στιγμιότυπο οθόνης παραπάνω. Χρησιμοποίησα 200 ohms σε σειρά από θετικά καλώδια αισθητήρα θερμοκρασίας για να αποφύγω βραχυκύκλωμα.

Βήμα 11: Κάντε το φορητό! - Τοποθέτηση αισθητήρων

Πάρτε το πλαστικό δοχείο 2x3.

Κάντε τρύπα διαδρομής για εύκολη αποκόλληση αισθητήρων pH και αισθητήρα Temp.

1. Σχεδιάστε έναν κύκλο με την ίδια περιφέρεια θηλυκού συνδετήρα και συνδέσμου BNC.
2. Βεβαιωθείτε ότι δεν είναι τόσο κοντά ή μακριά.
3. Κόψτε προσεκτικά τον κύκλο χρησιμοποιώντας ένα ζεστό μαχαίρι ή οποιοδήποτε εργαλείο διάτρησης θέλετε.
4. Τοποθετήστε τη φίσα BNC του ph Meter και τη θύρα θηλυκού ήχου.
5. Προσθέστε καλώδια Jumper στις επικεφαλίδες των θηλυκών συνδετήρων ήχου
6. Κολλήστε τα μαζί ώστε να μην αφαιρεθούν εύκολα.

Βήμα 12: Κάντε το φορητό - Προσθέστε συνδέσεις MKR1000

Συνδέστε τον αισθητήρα pH:

1. Συνδέστε 3 καλώδια βραχυκυκλωτήρων από τη θηλυκή κεφαλίδα των αισθητήρων ph μετρητή στο MKR1000
2. Τοποθετήστε το ph μετρητή VCC σε 5V, GND σε GND και το pin pin στο A1

Συνδέστε αισθητήρα θερμοκρασίας:

Τοποθετήστε τον αισθητήρα θερμοκρασίας VCC σε 5V, GND σε GND και Δεδομένα στην επιπλέον καρφίτσα του Breadboard, όπου η αντίσταση 4,7k έχει σύνδεση με την ψηφιακή ακίδα 1

Συνδέστε την μπαταρία για MKR1000 και καλύψτε το δοχείο.

Τέλος, προσαρτήθηκε ο αισθητήρας θερμοκρασίας και pH.

Βιόλα! Συγχαρητήρια έχετε τώρα τη συσκευή παρακολούθησης της πισίνας σας!

Βήμα 13: Τέλος! Δοκιμή στο γήπεδο

Μόλις το MKR1000 ενεργοποιηθεί και συνδεθεί στο wifi, θα αρχίσει να στέλνει αναγνώσεις από τους αισθητήρες, Το ψηφιακό pin 13 LED θα αναβοσβήνει μία φορά με επιτυχημένη αποστολή.

Έχουμε δοκιμάσει τον αισθητήρα υλικού σε Ιδιωτικό, Δημόσιο και Σχολικό Κολυμβητήριο.

Η συλλογή δεδομένων από την ομάδα των ερωτηθέντων μας επέτρεψε να αναλύσουμε την ικανότητα του υλικού.

Η τοποθέτηση του MKR1000 και του αισθητήρα σε ένα κουτί του επιτρέπει να αποφύγει τη μόλυνση του νερού.

Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να παρακολουθείτε την ποιότητα του νερού σας και να τα ομαλοποιείτε τοποθετώντας τις επιθυμητές χημικές ουσίες.

Ελπίζουμε ότι αυτό το εκπαιδευτικό σεμινάριο βοηθά τους ανθρώπους να φτιάξουν τη δική τους συσκευή παρακολούθησης της ποιότητας της πισίνας του νερού της πισίνας τους. Μακάρι να υπάρχει αυξημένη ευαισθητοποίηση σχετικά με τη συνεχή υποβάθμιση της ποιότητας του νερού στην πισίνα, καθώς οι άνθρωποι τείνουν να επικεντρώνονται περισσότερο στις παροχές που προσφέρονται αντί να ελέγχουν πόσο ασφαλείς είναι. Σκοπεύουν επίσης να συνεισφέρουν στην κοινότητα, παρέχοντας τη δυνατότητα να κάνουν τον έλεγχο της ποιότητας του νερού πιο αποτελεσματικό και αποτελεσματικό χωρίς την περιττή θυσία πόρων.

Μη διστάσετε να το αναπαράγετε και χαίρεστε να φτιάχνετε υπέροχα πράγματα!:)