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Überwachungssystem für die Wasserqualität

Komponenten und Verbrauchsmaterialien

Arduino UNO
× 1
A7 GPRS/GPS-Modul
× 1
Wasserqualitätssensoren
× 1

Notwendige Werkzeuge und Maschinen

Lötkolben (generisch)

Apps und Onlinedienste

Microsoft Azure
Arduino-IDE

Über dieses Projekt

Einführung

Im September 2016 muss eine Wasseraufbereitungsanlage stillgelegt werden, weil verschmutztes Wasser in die Anlage eingeflossen ist. Das Wasserversorgungsunternehmen konnte die Kontaminationsquelle nicht lokalisieren, was zu einer ernsthaften Störung der Wasserversorgung führte.

In meinem Universitätskurs müssen die Studenten ein System aufbauen, um Gemeinschaftsprobleme zu lösen. Ein automatisiertes System zur Überwachung der Wasserqualität würde die Suche nach der Verschmutzungsquelle erleichtern!

Systemübersicht

4 Sensoren sind an Arduino Genuino 101 angeschlossen. Alle benötigen eine Schnittstellenschaltung, da es sich um Stromausgangssensoren handelt. Arduino Genuino 101 sammelt regelmäßig die Messdaten, ruft die GPS-Koordinaten ab und lädt das Datenpaket über eine GPRS-Datenverbindung in eine Datenbank hoch. Benutzer können auf die Website gehen, um das Ergebnis wie unten gezeigt anzuzeigen.

Sensorsonden

Die drei Stromausgangssensoren stammen von Global Water und werden vom betreuenden Dozenten bereitgestellt. Ich verwende in diesem Projekt Temperatur-, pH- und gelöste Sauerstoffsensoren. Leider ist der Sensor für das Niveau des gelösten Sauerstoffs defekt.

Der andere Sensor ist ein Trübungssensor, der einen Spannungspegel proportional zur Menge an suspendierten Feststoffpartikeln im Wasser ausgibt.

Schnittstellen von Sensoren und Arduino

Ein Widerstand wandelt den Stromausgang in einen messbaren Spannungspegel um.

A7 GPRS- und GPS-Modul

Ich habe mich für dieses A7-Modul entschieden, weil es relativ billiger als die SIM900-Variante ist und sowohl GPRS als auch GPS in einem einzigen Paket vereint!

Der günstigere Preis hat jedoch seinen Preis. Erstens ist die mit dem Modul gelieferte GPS-Antenne nicht wirklich eine GPS-Antenne, Sie müssen sie selbst kaufen. Zweitens unterstützt es standardmäßig nur 115200 bps UART-Kommunikation, und selbst wenn Sie es mit Software ändern, kehrt es nach einem Aus- und Einschalten zur Standardbaudrate zurück, und Software Serial mit 115200 bps ist sehr, sehr unzuverlässig. Ich habe mir für dieses Problem 2 Tage lang die Haare gezogen. Danach habe ich eine Baudratenänderungsfunktion in den Arduino-Code implementiert.

Und da dies ein neues Modul ist, muss ich meine eigene Bibliothek für dieses Modul erstellen. Die Quellcodes werden von verschiedenen Orten gesammelt, wie SIM900 und dem Adafruit GPS-Modul. Es ist chaotisch, aber es funktioniert, bitte verurteile mich nicht.

Zum Einschalten des Moduls muss ein Stromkreis aufgebaut werden. Es hat zwei Pins, den RESET-Pin und den PWR_KEY-Pin, die gesteuert werden sollen. An PWR_KEY wird für mindestens 2s eine Spannung angelegt, um das Modul hochzufahren. Zum Zurücksetzen ziehen Sie den RESET-Pin auf GND. Andernfalls sollte der RESET-Pin auf 5V gezogen werden. Ich setze zuerst das Modul zurück und fahre dann mit dem Einschalten des Moduls fort, um sicherzustellen, dass es ordnungsgemäß startet.

Stromquelle

Stromquelle verdient hier eine besondere Erwähnung (glaube ich?) wegen der Stromausgangssensoren. Sie benötigen zum Betrieb mindestens 10 V, höher als unsere geliebten 5 V. Da ich die Fähigkeit dieses Systems demonstrieren wollte, aus der Ferne zu arbeiten, habe ich mich für einen Li-Ion-Akku entschieden.

2 Li-Ion-Batterien in Reihe liefern 7,4-8,4 V, ein Abwärtswandler, um ihn auf 5 V für unser Arduino- und A7-Modul zu senken, ein weiterer Aufwärtswandler, der eine 11-V-Stromschiene für diese Wassersensoren bereitstellt. Mit diesem Setup wird das System nicht lange laufen, aber das ist kein Hauptanliegen für diesen Prototyp.

Der Vorstand

Das System ist auf einem Prototypenboard aufgebaut. Das Board und Arduino Genuino 101 passen gut in das Gehäuse.

Gehäuse

Der Dozent gab auch ein altes Gehäuse mit Löchern, die von früheren Studenten für Projekte im Zusammenhang mit den Wassersensoren gebohrt wurden. Wunderbar!

Beachten Sie die Anschlüsse zu den Sensoren. Ich fand sie an den Sensoren befestigt, also suchte ich nach Anschlüssen, die zu ihnen passen würden. Ich habe sie mit dem Code GX16 gefunden. Sie sind sehr vielseitig und würden sich bei zukünftigen Projekten sicherlich als nützlich erweisen!

Webseite

Endlich das Teil, für das ich Wochen gebraucht habe, um es von Grund auf neu zu bauen. Ich habe keine Kenntnisse in Server, Website und während dieses Projekts habe ich PHP, SQL-Abfragen, JavaScript, CSS und HTML gelernt.

Ich habe die Website auf Microsoft Azure gehostet, weil sie einen kostenlosen Dienst für Studenten bereitstellen. Es hat Einschränkungen, ist aber für diese Anwendung ausreichend.

Die Datenbank wird ebenfalls von ClearDB in Zusammenarbeit mit Azure bereitgestellt. Nochmals, Speicherbeschränkungen, aber genug für dieses Projekt.

Die Codes werden im Repository bereitgestellt, aber denken Sie daran, Ihre Anmeldeinformationen in die Datei username_password.php einzugeben.

Die log.php schreibt alle von Arduino empfangenen Daten in eine Datenbank.

Dann präsentiert die Webseite eine Google Map mit Markierungen an Orten mit Messdaten. Die anderen PHP-Dateien sind alle "Tools", um auf die Datenbank zuzugreifen, um die Daten in der Datenbank abzurufen.

Die Reaktion der Website ist ziemlich langsam, und da ich gerade alle zusammen gehackt habe, möchte ich sie verbessern. Anregungen sind sehr willkommen. :)

Code

System zur Überwachung der Wasserqualität
Website-Codes in /Website,Arduino-Skizzen und A7-Modulbibliothek in /Arduinohttps://github.com/JohnHJ01/Water-Quality-Monitoring-System

Schaltpläne

Schema für das gesamte System

Herstellungsprozess

  1. Raspberry Pi-kontrollierte Aquaponik
  2. Messen der Luftqualität auf OpenSensors
  3. Raumluftqualitäts- und Abfallüberwachungssystem
  4. CO2-Überwachung mit K30-Sensor
  5. Arduino-Alarmsystem:SERENA
  6. Bewegungssensor-Wasserpistole
  7. Kontaktloses Temperaturüberwachungstor
  8. Waldbrandüberwachungs- und -erkennungssystem (mit SMS-Warnungen)
  9. Keller-/Kriechraum-Lüftungssystem
  10. Vorteile eines IoT-basierten Systems zur Überwachung der Umgebungsluftqualität