Waterkwaliteitsmonitoringsysteem

Over dit project

Inleiding

In september 2016 moet een waterzuiveringsinstallatie worden stilgelegd omdat vervuild water de installatie binnenstroomde. Het waterleidingbedrijf kon de verontreinigingsbron niet lokaliseren en dit veroorzaakte een ernstige verstoring van de watervoorziening.

Mijn universitaire opleiding vereist dat de studenten een systeem bouwen om gemeenschapsproblemen op te lossen. Een geautomatiseerd controlesysteem voor de waterkwaliteit zou het zoeken naar de bron van verontreiniging vergemakkelijken!

Systeemoverzicht

4 sensoren zijn gekoppeld aan Arduino Genuino 101. Ze hebben allemaal een interface nodig omdat het stroomuitgangssensoren zijn. Arduino Genuino 101 verzamelt periodiek de meetgegevens, haalt de GPS-coördinaten op en uploadt de databundel naar een database met behulp van GPRS-datalink. Gebruikers kunnen naar de website gaan om het resultaat te bekijken zoals hieronder weergegeven.

Sensor sondes

De drie stroomuitgangssensoren zijn van Global Water, geleverd door de begeleidende docent. Ik gebruik temperatuur-, pH- en opgeloste zuurstofniveausensoren in dit project. Helaas is de sensor voor het opgeloste zuurstofniveau defect.

De andere sensor is een troebelheidssensor, die een spanningsniveau afgeeft dat evenredig is aan de hoeveelheid zwevende vaste deeltjes in het water.

Interfacesensoren en Arduino

Een weerstand zet de stroomuitgang om in een meetbaar spanningsniveau.

A7 GPRS- en GPS-module

Ik heb voor deze A7-module gekozen omdat hij relatief goedkoper is dan de SIM900-variant, en hij combineert zowel GPRS als GPS in één pakket!

De goedkopere prijs komt echter met een prijs. Ten eerste is de GPS-antenne die bij de module wordt geleverd niet echt een GPS-antenne, je zult er zelf een moeten kopen. Ten tweede ondersteunt het standaard alleen 115200 bps UART-communicatie, en zelfs als je het met software wijzigt, keert het terug naar de standaard baudrate na een power cycle, en Software Serial bij 115200 bps is heel erg onbetrouwbaar. Ik heb 2 dagen aan mijn haren getrokken voor dit probleem. Daarna heb ik een functie voor het wijzigen van de baudrate in de Arduino-code geïmplementeerd.

En aangezien dit een nieuwe module is, moet ik mijn eigen bibliotheek voor deze module maken. De broncodes worden verzameld op verschillende plaatsen, zoals SIM900 en Adafruit GPS-module. Het is rommelig, maar het werkt, veroordeel me alsjeblieft niet.

Er moet een circuit worden ontworpen om de module in te schakelen. Het heeft twee pinnen, RESET-pin en PWR_KEY-pin die moet worden bestuurd. Er wordt gedurende minimaal 2 seconden spanning op de PWR_KEY gezet om de module op te starten. Om te resetten, trekt u de RESET-pin naar GND. Anders moet de RESET-pin tot 5V worden uitgetrokken. Ik reset eerst de module en ga dan verder met het opstarten van de module om er zeker van te zijn dat hij goed opstart.

Stroombron

Krachtbron verdient hier een speciale vermelding (denk ik?) vanwege de huidige uitgangssensoren. Ze hebben minimaal 10V nodig om te werken, hoger dan onze geliefde 5V. Omdat ik wilde demonstreren dat dit systeem op afstand kan werken, heb ik gekozen voor een Li-Ion-batterij.

2 Li-Ion-batterijen in serie geven 7,4-8,4V, één buck-converter om het terug te brengen naar 5V voor onze Arduino- en A7-module, nog een boost-converter om een ​​11V-stroomrail voor die watersensoren te leveren. Met deze opstelling zal het systeem lange tijd niet draaien, maar dat is voor dit prototype niet de grootste zorg.

Het bord

Het systeem is gebouwd op een prototype bord. Het bord en Arduino Genuino 101 passen mooi in de behuizing.

Behuizing

De docent gaf ook een oude behuizing, met gaten die door eerdere studenten waren geboord voor projecten met betrekking tot de watersensoren. Prachtig!

Let op de connectoren naar de sensoren. Ik vond ze bevestigd aan de sensoren, dus ik zocht naar connectoren die ermee zouden passen. Ik vond ze met de code GX16. Ze zijn zeer veelzijdig en zouden zeker van pas komen bij toekomstige projecten!

Webpagina

Eindelijk het onderdeel dat me weken kostte om helemaal opnieuw te bouwen. Ik heb geen kennis van server, website en tijdens dit project heb ik PHP, SQL-query's, JavaScript, CSS en HTML geleerd.

Ik heb de website gehost op Microsoft Azure omdat ze een gratis service bieden voor studenten. Het komt met beperkingen, maar is voldoende voor deze toepassing.

De database wordt geleverd door ClearDB, ook in samenwerking met Azure. Nogmaals, geheugenbeperkingen, maar genoeg voor dit project.

De codes worden geleverd in de repo, maar vergeet niet om uw inloggegevens toe te voegen aan het bestand username_password.php.

De log.php dumpt alle gegevens die van Arduino zijn ontvangen in een database.

Vervolgens presenteert de webpagina een Google Map, met markeringen die worden weergegeven op locaties met meetgegevens. De andere php-bestanden zijn allemaal "tools" om toegang te krijgen tot de database om de gegevens in de database op te halen.

De reactie van de website is vrij traag, en aangezien ik deze allemaal samen heb gehackt, wil ik deze verbeteren. Suggesties zijn zeer welkom. :)