مراقبة جودة المياه باستخدام MKR1000 و ARTIK Cloud: 13 خطوة (بالصور)

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56

مقدمة

الهدف الأساسي من هذا المشروع هو استخدام MKR1000 و Samsung ARTIK Cloud لمراقبة مستويات الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة في حمامات السباحة.

سنستخدم مستشعر درجة الحرارة ودرجة الحموضة أو قوة مستشعر الهيدروجين لقياس قلوية وحموضة الماء.

يعد قياس درجة الحرارة أمرًا ضروريًا لأنه يمكن أن يؤثر على مستوى الأس الهيدروجيني. ستؤدي زيادة درجة حرارة أي محلول إلى انخفاض لزوجته وزيادة في حركة أيوناته في المحلول. نظرًا لأن الرقم الهيدروجيني هو مقياس لتركيز أيون الهيدروجين ، فإن التغير في درجة حرارة المحلول سينعكس من خلال التغيير اللاحق في الرقم الهيدروجيني (1).

تأثيرات درجة الحرارة على مستوى الحموضة هي كما يلي.

• تأثيرات درجة الحرارة التي تقلل من دقة وسرعة استجابة القطب الكهربي.
• معامل درجة الحرارة لتأثيرات التباين على المادة التي يتم قياسها بواسطة المستشعر ، سواء كانت عازلة للمعايرة أو عينة.

اقرأ أكثر

لماذا نحتاج إلى موازنة حمامات السباحة لدينا؟

سيكون هذا نقاش طويل. يمكنك تخطي هذا إلى الخطوة 1:)

حمامات السباحة ، أو على الأقل ثقوب سقي من صنع الإنسان للاستحمام والسباحة - تعود إلى 2600 قبل الميلاد. على الأقل. ومع ذلك ، ويرجع ذلك أساسًا إلى المصادر المحتملة للميكروبات مثل الأشخاص الذين يسبحون في المسبح ، والحيوانات مثل الكلاب ، والحياة البرية الميتة ، والحطام من حول الممتلكات مثل الأوراق والعشب والغبار ، وأحواض السباحة ملوثة في كثير من الأحيان وبالتالي تحتوي على مجموعة الجراثيم ، بما في ذلك البكتيريا والطحالب التي يمكن أن تسبب مشاكل صحية مثل التهابات الأذن والأنف والحنجرة. ومن أجل منع ذلك ، أو على الأقل تقليله ، تتم صيانة حمامات السباحة بانتظام من خلال الترشيح ، والكلور ، والقلوية الكلية ، وصلابة الكالسيوم ، وتنظيم مستوى الأس الهيدروجيني.

يمكن اعتبار الأس الهيدروجيني اختصارًا لقوة الهيدروجين - أو بشكل أكثر قوة تركيز أيون الهيدروجين. وهو أيضًا مقياس لمدى حمضية / قلوية مياه حمام السباحة. تتراوح مستويات الأس الهيدروجيني من 0.0 إلى 14.0. النطاق المثالي لدرجة الحموضة في مياه حمامات السباحة هو 7.2 إلى 7.8. الرقم الهيدروجيني 7.0 متعادل - أقل من 7.0 حمضي ، فوق 7.0 قلوي. إذا تم الحفاظ على مستوى الأس الهيدروجيني عند نفس المستوى الموجود في أعيننا ، والذي يتراوح عادةً من 7.2 إلى 7.4 ، فإن الآثار الجانبية لحرق العين تبقى عند الحد الأدنى.

عندما يكون حوض السباحة شديد الحمضية ، سيبدأ في إذابة السطح ، مما يخلق خشونة مثالية لنمو طحالب البركة. نتيجة مماثلة تحدث في حشو حمامات السباحة المكسوة بالبلاط. تتآكل المعادن أيضًا ، والتي تشمل معدات حمامات السباحة ، وتجهيزات الأنابيب ، ووصلات المضخات ، وما شابه ذلك. تتكون الكبريتات من تآكل الأسطح والحشو والمعادن. يتم إطلاق هذه الكبريتات من الماء على جدران وأرضية حمام السباحة مما يتسبب في ظهور بقع بنية وسوداء قبيحة. علاوة على ذلك ، يتم تنشيط الكلور الذي يستخدم كمطهر في مياه حمامات السباحة ، ويفقد في الغلاف الجوي بسرعة كبيرة ، وبالتالي يصبح عديم الفائدة لأنه يفقد قدرته على تطهير المياه. أخيرًا ، تحترق عيون السباحين وأنفهم ، وتتلاشى ملابس السباحة الخاصة بهم وتهلك ، وتصاب بشرتهم بالجفاف والحكة.

من ناحية أخرى ، عندما يكون الماء قلويًا جدًا ، يتحد الكالسيوم الموجود في مياه حمام السباحة مع الكربونات ويشكل مقياسًا يمكن رؤيته أكثر في خط الماء حيث يحبس الغبار والأوساخ ، ويتحول إلى اللون الأسود مع مرور الوقت. تبدأ مياه حمام السباحة أيضًا في أن تصبح عكرة أو ضبابية حيث تفقد بريقها. تميل كربونات الكالسيوم أيضًا إلى الخروج على الرمال في مرشح حمام السباحة ، مما يحولها بشكل فعال إلى أسمنت. لذلك إذا أصبح مرشح الرمل لحمام السباحة مرشحًا أسمنتيًا ، فإنه يفقد قدرته على حبس الأوساخ من مياه البركة. تأثير آخر يجب ملاحظته هو أنه مع ارتفاع الأس الهيدروجيني ، تُفقد قدرة الكلور على العمل على الجزيئات الأجنبية. مثال على ذلك أنه عند درجة حموضة 8.0 ، لا يمكن للمسبح استخدام سوى 20٪ من الكلور الذي يتم صرفه. أخيرًا ، في مياه حمامات السباحة القلوية ، قد تحترق عيون وأنف السباحين أيضًا وقد تجف بشرتهم أيضًا.

أصرخ على زملائي في مجموعتي أليسون وآيرا من أجل هذا البحث الرائع.

الخطوة 1: اجمع المواد والبرامج المطلوبة

1. اردوينو / جينوينو MKR1000
2. اردوينو IDE
3. حساب Samsung Artik Cloud
4. أسلاك العبور
5. 3 رؤوس دبوس ذكر
6. 170 دبوس اللحية
7. DFRobot مقياس درجة الحموضة
8. DS18B20 مستشعر درجة حرارة مقاوم للماء
9. 4.7 كيلو المقاوم x1
10. 200 أوم المقاوم
11. حاوية بلاستيكية 2 × 3 بوصة
12. موصل صوت من الذكور والإناث
13. لحام الحديد والرصاص
14. PCB لحام صغير

نظرًا لأن المقاوم 4.7 كيلو غير متوفر ، فقد استخدمت 2.4 كيلو × 2 = 4.8 كيلو أوم

الخطوة 2: قم بإنشاء نوع جهاز ARTIK Cloud الخاص بك

قم بالتسجيل في ARTIK Cloud. انتقل إلى موقع المطور وقم بإنشاء "نوع جهاز" جديد.

يمكن أن تكون الأجهزة في ARTIK Cloud أجهزة استشعار وأجهزة وتطبيقات وخدمات وما إلى ذلك. عادةً ما يمتلك مستخدم واحد جهازًا واحدًا أو أكثر ، ويمكن للأجهزة إرسال الرسائل أو استخدامها لإرسال الرسائل إلى ARTIK Cloud. يتعلم أكثر

بعد ذلك ، أدخل العرض المطلوب والاسم الفريد.

الخطوة 3: إنشاء بيان جديد لنوع جهازك

على نوع جهازك ، قم بإنشاء مانيفست جديد.

يصف البيان ، المرتبط بنوع الجهاز ، بنية البيانات. عندما يرسل تطبيق أو جهاز رسالة إلى ARTIK Cloud ، يأخذ البيان سلسلة كمدخلات تتوافق مع البيانات ، ويخرج قائمة من الحقول / القيم التي تم تسويتها والتي يمكن لـ ARTIK Cloud تخزينها. يتعلم أكثر

أدخل temp كحقول بيانات سيتم تعيينها تلقائيًا على celcius.

أضف حقل بيانات آخر وقم بتسميته ph. استخدم جزء في المليون أو أجزاء لكل منهج.

يتم استخدام درجة الحموضة أو قوة الهيدروجين لموازنة القلوية وحموضة الماء. يمكن أن تؤثر درجة الحرارة على قيمة الأس الهيدروجيني. يرتبط ارتفاع درجة الحرارة بزيادة الاهتزازات الجزيئية ، وعند زيادة درجة الحرارة ، تزداد أيونات الهيدروجين الملحوظة أيضًا بسبب انخفاض الميل لتشكيل روابط هيدروجينية ، مما يؤدي إلى انخفاض في درجة الحموضة. يتعلم أكثر

تخطي قواعد العمل لأننا لن نحتاج إليها.

ثم قم بتنشيط ملف البيان الخاص بك.

الخطوة 4: قم بإنشاء طلبك

انتقل إلى ARTIK Cloud Applications وانقر فوق تطبيق جديد.

يتم تعيين معرف فريد لكل تطبيق بواسطة ARTIK Cloud. مطلوب معرف التطبيق للحصول على رمز وصول OAuth2 ولطلب البيانات من أحد التطبيقات ، بشرط أن يكون المستخدم قد منح حق الوصول. يتعلم أكثر

أدخل اسم التطبيق المطلوب وعنوان url لإعادة توجيه المصادقة. لاحظ أن عنوان url الخاص بإعادة توجيه المصادقة مطلوب. يتم استخدامه لمصادقة مستخدمي هذا التطبيق ، وبالتالي سيتم إعادة التوجيه إلى عنوان url هذا إذا كنت بحاجة إلى تسجيل الدخول. استخدمنا https:// localhost / 8080 / للعينة.

الآن قم بتعيين إذن التطبيق الخاص بك للقراءة والكتابة ، وانتقل إلى جهازك ثم احفظ.

مبروك لديك التطبيق الآن!

الخطوة 5: قم بتوصيل ARTIK Cloud بجهازك

الآن بعد أن أصبحت الواجهة الخلفية جاهزة. لننتقل إلى مخططات ARTIK Cloud Charts لعرض بياناتك.

انتقل إلى أجهزتي وانقر فوق توصيل جهاز آخر.

ابحث وانقر فوق نوع الجهاز الجديد الذي تم إنشاؤه مسبقًا ثم انقر فوق توصيل الجهاز.

انقر فوق إعدادات الجهاز المتصل لإظهار المزيد من المعلومات.

قم بتدوين معرف الجهاز والرمز المميز حيث ستحتاج إليه في الخطوات التالية.

على اللوحة اليمنى ، انقر فوق عرض بياناتك.

بمجرد تشغيل أجهزتك ، سيحتوي الرسم البياني على بيانات.

تم من أجل إعداد ARTIK Cloud.:)

الخطوة 6: قم بتوصيل مستشعرات درجة الحرارة و PH بـ MKR1000

إليك اتصال الدبوس:

• درجة الحرارة GND إلى MRK1000 GND
• خرج درجة الحرارة إلى MKR1000 Digital pin 1
• درجة الحرارة VCC إلى MKR1000 5V
• قم بتوصيل المقاوم 4.7K بـ Temp VCC و Temp OUT
• pH GND إلى MRK1000 GND
• خرج الرقم الهيدروجيني إلى MKR1000 الدبوس التناظري 1
• الرقم الهيدروجيني VCC إلى MKR1000 5V

اختياري: استخدمنا موصل صوتي ذكر وأنثى لسهولة فصل مسبار درجة الحرارة.

ألق نظرة على الصور للحصول على تعليمات أكثر تفصيلاً.

الخطوة 7: قم بإعداد مدير مجلس إدارة Arduino IDE الخاص بك

إذا كنت قد قمت بالفعل بتثبيت لوحة MKR1000 ، يرجى تخطي هذه الخطوة.

افتح Arduino IDE الخاص بك.

انتقل إلى Tools> Board> Board Manager.

ثم ابحث عن mkr1000.

قم بتثبيت Arduino SAMD Board ، يمكنه دعم كل من Zero و MKR1000.

الخطوة 8: إضافة المكتبات المطلوبة

لكي تعمل مستشعراتنا وواي فاي ، سنحتاج إلى المكتبات التالية.

1. FlashStorage - يستخدم لحفظ تعويض معايرة الأس الهيدروجيني
2. ArduinoThread - استخدمه لقراءة المستشعرات في سلسلة منفصلة.
3. ArduinoJson - سنستخدم هذا لإرسال بيانات JSON إلى ARTIK Cloud
4. WiFi101 - يستخدم لتمكين اتصال wifi مع mkr1000
5. ArduinoHttpClient - مضيف للاتصال بواجهة برمجة التطبيقات
6. OneWire - مطلوب لقراءة المدخلات الرقمية من مستشعر درجة الحرارة
7. DallasTemperature - مكتبة مستشعر درجة حرارة دالاس المطلوبة

انتقل إلى Sketch> Include Library> Manage Libraries

ابحث عن هذه المكتبات وقم بتنزيلها.

الخطوة 9: قم بتحميل كود Arduino

الآن قم بتوصيل MKR1000 بجهاز الكمبيوتر / الكمبيوتر المحمول.

يجب أن يكتشف Arduino الخاص بك MKR1000 تلقائيًا ، وإلا فسيتم ضبطه يدويًا.

قم بتنزيل البرنامج على جيثب الخاص بي هنا

قم بتغيير معرف جهاز ARTIK Cloud الخاص بك والرمز المميز.

String deviceID = "معرف جهاز السحابة artik" ؛ // ضع معرف جهازك هنا الذي تم إنشاؤه من البرنامج التعليمي String deviceToken = "artik cloud device token" ؛ // ضع رمز جهازك هنا الذي تم إنشاؤه من البرنامج التعليمي

تغيير الخاص بك واي فاي ssid / الاسم وكلمة المرور.

/ ** إعداد Wifi ** / # حدد WIFI_AP "your wifi ssid" #define WIFI_PWD "wifi password"

ثم قم بتحميل كود البرنامج إلى MKR1000 وابدأ المراقبة.

أقوم بإضافة المزيد من البرامج التعليمية للكود في أقرب وقت.

يجب أن يكون لديك اتصال WiFi متصل بالإنترنت

ارجع إلى ARTIK Cloud وتحقق من تشغيل البيانات.

لقد قمت بدمج طريقة المعايرة من DFRobot في الكود الخاص بي.

إذا كنت تريد معايرة مستشعر الأس الهيدروجيني ، فاتبع الطريقة الأولى هنا.

تهانينا! لقد نجحت في توصيل مستشعراتك عبر السحابة !.

الخطوة 10: اجعلها محمولة! - مستشعر درجة حرارة قابل للفصل

سنحتاج إلى إعادة ترتيب اتصال مستشعر درجة الحرارة لجعله قابلاً للفصل.

يتضمن ذلك أسلاك المقاومات والموصل القابل للفصل.

أولاً سنضع المقاوم 4.7 كيلو وموصلاته.

لقد استخدمت 2.4 كيلو أوم × 2 = 2.8 كيلو أوم منذ نفاد المخزون. لكن ما زلنا جيدين.

1. ضع MKR1000 إلى 170 Pin Breadboard ، يجب أن يكون دبوس 5V على السن الأول من اللوحة
2. ضع المقاوم 4.7k على المسامير الأخيرة أو المسامير الفارغة من اللوح.
3. قم بتوصيل الطرف الأول من المقاوم بجهد 5 فولت باستخدام سلك توصيل.
4. قم بتوصيل الطرف الثاني بدبوس فارغ على الجانب الآخر.
5. قم بتوصيل هذا الدبوس بـ Digital Pin 1.

إذا كنت تواجه صعوبات ، فاتبع الصور أعلاه.

التالي لحام موصل الصوت الذكور لدينا إلى مستشعر درجة الحرارة

1. سلك أحمر / VCC إلى أعلى النحاس
2. أخضر / GND إلى نحاس متوسط
3. أصفر / بيانات إلى أسفل النحاس

انظر لقطة الشاشة الرابعة أعلاه.

بعد ذلك ، قم بلحام موصل الصوت الأنثوي بـ PCB

1. ضع الموصل الأنثوي في ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع فتحة لحام 4 × 5.
2. أدخل رأس 3 دبابيس في الصف الأخير من الفتحة.
3. أدخل 200 omhs وطرف اللحام لطرف طرف موصل الصوت والطرف الثاني في أقرب دبوس رأس.
4. قم بلحام دبوس الرأس المتبقي لموصل الصوت بدبوس الرأس.

انظر لقطة الشاشة 5 ، 6 ، 7 ، 8 أعلاه ، لقد استخدمت 200 أوم في سلسلة من السلك الموجب لمستشعر درجة الحرارة لتجنب ماس كهربائى.

الخطوة 11: اجعلها محمولة! - تركيب المستشعرات

احصل على حاوية بلاستيكية 2 × 3.

قم بعمل ثقب للمسار لفصل مستشعرات درجة الحموضة ودرجة الحرارة بسهولة.

1. ارسم دائرة بنفس محيط الموصل الأنثوي وموصل BNC.
2. تأكد من أنها ليست قريبة جدًا أو بعيدة.
3. اقطع الدائرة بحذر باستخدام سكين ساخن أو أي أداة حفر تريدها.
4. أدخل موصل BNC لمقياس درجة الحموضة وموصل الصوت الأنثوي.
5. أضف أسلاك توصيل على رؤوس دبوس موصلات الصوت الأنثوية
6. قم بلصقها معًا بحيث لا يمكن إزالتها بسهولة.

الخطوة 12: اجعلها محمولة - أضف اتصالات MKR1000

توصيل مستشعر الأس الهيدروجيني:

1. قم بتوصيل 3 أسلاك توصيل من الرأس الأنثوي لأجهزة استشعار مقياس الأس الهيدروجيني إلى MKR1000
2. ضع مقياس الأس الهيدروجيني VCC إلى 5V ، GND إلى GND ودبوس البيانات إلى A1

ربط مستشعر درجة الحرارة:

ضع مستشعر درجة الحرارة VCC على 5 فولت ، ومن GND إلى GND والبيانات على الدبوس الإضافي للوحة البريد حيث يكون المقاوم 4.7 كيلو متصلاً بالدبوس الرقمي 1

قم بتوصيل البطارية لـ MKR1000 وقم بتغطية الحاوية.

أخيرًا ، قم بإرفاق مستشعر درجة الحرارة ودرجة الحموضة.

فيولا! تهانينا ، لديك الآن جهاز مراقبة حمام السباحة الخاص بك!

الخطوة 13: أخيرًا! اختبار في الميدان

بمجرد تشغيل MKR1000 وتوصيله بشبكة wifi ، سيبدأ في إرسال قراءات من أجهزة الاستشعار ،

سيومض دبوس LED الرقمي 13 مرة واحدة لكل عملية إرسال ناجحة.

لقد اختبرنا مستشعر الأجهزة لحمام السباحة الخاص والعامة والمدرسة.

مكننا جمع البيانات من مجموعة المستجيبين هؤلاء من تحليل قدرة الأجهزة.

يسمح وضع MKR1000 والمستشعر على صندوق بتجنب تلوث المياه.

من خلال القيام بذلك ، يمكنك مراقبة جودة المياه الخاصة بك وتطبيعها عن طريق وضع المواد الكيميائية المرغوبة.

آمل أن يساعد هذا البرنامج التعليمي الموجه الأشخاص على بناء جهاز مراقبة جودة مياه حوض السباحة الخاص بهم. قد يكون هناك وعي متزايد بشأن التدهور المستمر لجودة مياه حمام السباحة حيث يميل الناس إلى التركيز أكثر على وسائل الراحة التي يتم تقديمها بدلاً من التحقق من مدى سلامتها. كما أنهم يعتزمون المساهمة في المجتمع من خلال القدرة على توفير وسيلة لجعل اختبار جودة المياه أكثر كفاءة وفعالية دون التضحية غير الضرورية بالموارد.

لا تتردد في تكراره وسعد بصنع أشياء رائعة!:)