描述

平溪（密蘇里州卡斯維爾）

根據維基百科...

Flat Creek 是密蘇里州南部巴里和斯通縣的一條溪流。它是詹姆斯河的一條支流。... Flat Creek 之所以如此命名，是因為它在卡斯維爾附近的路線附近是平坦的地形。

對我來說，它代表了更多。小時候，我在 Flat Creek 游泳和釣魚長大，它在我心中占有非常特殊的位置。隨著我的孩子長大，我想分享我對小溪的熱愛，并與他們一起創造新的回憶。

可悲的是，我注意到一般污染的增加（例如泡沫塑料杯、塑料瓶、鋁罐），我開始想知道水中還有什么看不見的東西。通常，這種“看不見的”危險對野生動物和公共健康構成最大威脅。

Flat Creek 有幾個潛在的水污染源：

• 卡斯維爾廢物處理設施
• 卡斯維爾市的雨水徑流
• 農業化肥中的硝酸鹽

我的目標

我決定在這個地球日專門創建一個遠程水質監測站。具體來說，一種使用廣泛可用、價格合理且相對準確的傳感設備的設備。我的目標是創建一個可以由全國各地的 STEM 課堂和愛好者輕松重現的藍圖，并促進更好地理解、認識和尊重我們對環境的影響。

數據就是力量，有了足夠的數據，我們就可以聯系我們各自的市政當局，并為他們提供他們需要的所有信息，以尋求或分配資金來保護和保護我們的天然水道。

設備

不久前，檢測水質需要化學品、試紙和實驗室設備。幸運的是，最近傳感器和無線網絡的商品化和普遍可用性帶來了前所未有的無限可能性。

該項目是Blues Wireless和Atlas Scientific之間自然合作的結果。這些公司共同擁有創建完美解決方案所需的所有組件。Atlas Scientific 是環境機器人（包括水質傳感設備）的行業領導者，他們慷慨地提供了來自其商標Gravity系列傳感器的全系列傳感器。Blues Wireless 是該項目的贊助商，并提供Notecard和Notecarrier-AL ，它為任何產品提供了最快、最便宜的物聯網路徑。

傳感器陣列

監測站由六個傳感器組成，它們提供關鍵數據點和洞察力，使我們能夠確定河流的整體健康狀況。

• 水溫探頭
• 總溶解固體探針
• 濁度傳感器
• 溶解氧探頭
• 氧化還原電位探針
• pH 探頭

蜂窩連接

Notecard 有一個內置的蜂窩調制解調器，由 JSON API 控制。Notecarrier-AL 提供與 Notecard 的 M.2 連接器的引腳連接，并且板載蜂窩天線和 GPS 天線。

藍調無線記事卡

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能源管理

也許令人驚訝的是，Notecard 和 Notecarrier-AL 還提供了高效的電源管理解決方案。Notecarrier-AL 具有預焊接的 JST 連接器，可以接受 ~4-7V 太陽能電池板和可充電電池。同時，Notecard 可以配置為切換到主機 MCU 的電源，并在指定的時間段內以低功耗模式空閑。

總而言之，Notecard 和 Notecarrier-AL 的結合可以使任何項目都具有無線和電源性能！

構建

為了在溪流中取得成功，外殼必須能夠漂浮，帶有太陽能電池板，易于發現（用于恢復），并且在一定程度上“防水”。

為了滿足這個標準，我選擇使用字段框。它們專為彈藥而設計，因此具有防潮蓋、大容量和鮮艷的色彩。墻壁是 2.5 毫米厚的注塑成型塑料，因此重量輕、堅固且易于修改。

密蘇里州西南部位于龍卷風巷的中心地帶，4 月份我們遇到了極端天氣。Flat Creek 平靜的溪流可以在短短幾個小時內變成洶涌的洪流。出于這個原因，我認為水是我最大的危險。

水害

• 集裝箱進水和傾覆
• 暴雨滲入圍墻
• 流水從探頭周圍的索環滲出
• 濕度收集在外殼的墻壁上

我最大的恐懼是盒子會從它的泡沫塑料帶上撕下來，傾覆，并在它找到旱地之前吸收水。如果發生這種情況，那么盒子最終會在它的一側自然放置。

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1 / 2 ?蓋裝電子設備

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在決定將電子設備安裝在哪里時，我來回走動，最終我決定將電子設備安裝在容器的蓋子上 - 與從底部突出的探針相對。這樣，無論方向如何，電子設備都將垂直于地面/水，并且 PCB 將被懸掛晾干。所有這一切，讓我有最好的機會讓記事卡用它的 GPS 坐標報告回家，這樣我就可以在河下游找到盒子了。

節能設計

監測站將無限期地坐在溪流中對水質進行采樣，并將由太陽能供電。為確保它具有適當的電源，我們將其接線僅在使用時啟用；這包括傳感器。

如前所述，Notecard 和 Notecarrier 組合為我們的節能設計奠定了基礎。ESP32 應按以下方式連接到 Notecard。

________________________________________
|  ____________________________________  |               ____________________
| |                                    | |              /
| |        _________________           | |             |  O
| |       |O|             |O|          | |             |     (Notecarrier-AL)
| --> SDA-|*  ___________  *|-21       | |       VUSB>-|[]
----> SCL-|* | ESPRESSIF | *|-TX       | |  ----> BAT>-|[]
       14-|* |ESP32-WROOM| *|-RX       | |  |    MAIN>-|[]
       32-|* |CE         | *|-MI       | |  |     VIO>-|[]
       15-|* |           | *|-MO       | |  |          |[]
       33-|* |       ___ | *|-SCK      | |  |       V+-|[]
       27-|* |      |   || *|-A5    ---^-^--^----> GND-|[]
       12-|* |______|___|| *|-A4    |  | |  |       EN-|[]
       13-|*               *|-A3    |  | |  |      RST-|[]
      USB-|*               *|-A2    |  | |  |          |[]
-----> EN-|*         ----- *|-A1    |  | ---^----> SCL-|[]
| --> BAT-|*___      |   | *|-A0    |  -----^----> SDA-|[]
| |       |    |     ----- *|-GND <--       | --> ATTN-|[]
| |       |    |        _  *|-NC            | |  AUXEN-|[]
| |       |-----       |O| *|-3V            | |  AUXRX-|[]
| |       |      -----     *|-RST           | |  AUXTX-|[]
| |       |O___0_|___|_0___O|               | |   AUX1-|[]
| |                                         | |   AUX2-|[]
| |_________________________________________| |   AUX3-|[]
|_____________________________________________|   AUX4-|[]
                                                    RX-|[]
                                                    TX-|[]
                                                       |
                                                       |  O
                                                        \____________________

通過將 ESP32 的使EN能引腳連接到 Notecard 的注意ATTN引腳，Notecard 能夠關閉整個 MCU 并在主機指定的時間段內自行進入低功耗休眠狀態。這種簡單的技術非常有效，可以節省寶貴的電池電量。

同樣，每個傳感器的電源引腳都連接到 ESP32 上的數字 GPIO，因此它可以在采樣之前打開電源，然后在完成后再次關閉電源。

Fritzing 圖中共享了單個傳感器接線的示例。

測試

在將我的監測站送到小溪之前，我進行了一系列測試以確保它的適航性。

計劃

對河流最大和最明顯的威脅是城市廢物處理設施。確實，通過適當的處理，水可以在返回環境之前得到合理的調節，但預算往往很緊張，培訓不足，我們的自然資源被優先用于其他項目。

我已經建立了兩個水監測站，我將從廢物處理設施的上游和下游取樣開始。這將使我能夠直接比較經過處理過的水排放門的水。

如果我發現污染或生物危害狀況的證據（例如缺氧水平），我將向卡斯維爾市議會報告我的發現，并要求優先解決我們當地河流和寶貴資源的狀況。

數據

原始傳感器數據

我選擇從設備捕獲原始傳感器讀數，而不執行任何計算或轉換。通過推遲轉換數據直到它可以被使用，我們將源信息保存為最初捕獲的信息。如果/當發現更準確或穩健的計算時，可以以原始形式豐富和重新處理數據。

基于云的轉型

隨著原始數據進入 Notehub 項目，JSONata 可以在將有意義的數據表示轉發到最終端點之前執行大多數必要的轉換或計算。這樣，如果我選擇完全切換端點，則無需重新創建任何轉換邏輯。它還有一個額外的好處，即允許我修改/更改/調整計算，而無需向設備編寫和部署新固件。

示例：JSONata 濁度 NTU 計算

$square := function($n) {
  $n * $n
};
$mV_3V3_12_bit := function($adc_sample) {(
  $max_adc := 4095;
  $max_mV := 3300;
  ($adc_sample * $max_mV / $max_adc)
)};
$tbt_NTU := function($tbt_raw){(
  $tbt_V := ($mV_3V3_12_bit($tbt_raw) / 1000);
  ((-2572.2 * $square($tbt_V)) + (8700.5 * $tbt_V) - 4352.9)
)};

進入 Notehub.io 路由，查看整個JSONata 轉換。

儀表板

為了能夠分享這個項目的結果，我需要一種可視化數據的好方法。如果無法以相關且有意義的方式表示數據，就很難進行艱難的對話。儀表板在共享多個相關數據點方面非常有效，所以這是我選擇遵循的路徑。

我最近開始了解Ubidots，它完全符合要求。

Ubidots 儀表板

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單擊此處查看帶有實時數據的儀表板！

通過簡單地聲明一個 Ubidots“設備”（端點），我能夠從我的 Notehub.io 項目的路線中定位 Ubidots，并引導傳感器讀數流入 Ubidots。一旦傳感器讀數在我的 Ubidots 設備中，將它們排列到儀表板中是微不足道的。

有關從 Notehub.io 路由連接到 Ubidots 的完整步驟，您可以按照Blues Wireless 提供的 Ubidots 指南進行操作。

總之

該項目能夠以有意義的方式捕獲和呈現數據，然后可用于將數據呈現給那些可以幫助資助或優先考慮環境的健康、安全和長壽的人。

我希望你和我一起通過重建這個項目并測試和保護你當地的水道來慶祝這個地球日！如果你對我如何改進項目或獲得更準確的讀數有任何意見或建議，請在下面發表評論 - 我檢查他們。此外，如果您在重新創建此項目時需要幫助，請隨時直接與我聯系并向我發送 DM。