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基于 Particle Photon 的泳池溫度監測器(示意圖+代碼)

來源: 電路城
2021-11-19
類別:工業控制
eye 23
文章創建人 拍明

原標題:基于 Particle Photon 的泳池溫度監測器(示意圖+代碼)

一、系統設計總體概述

本泳池溫度監測器系統基于 Particle Photon 控制器,通過連接數字溫度傳感器 DS18B20 實現精準的水溫采集,同時利用 Wi-Fi 網絡將數據實時上傳至云端,可在網頁或手機上遠程查看泳池當前溫度。系統供電使用 USB 電源,也可擴展為太陽能板+鋰電池供電,具備穩定性強、體積小巧、遠程可視化等優點。該方案主要適用于家庭泳池、水療中心、學校游泳館等對水溫監控有較高要求的場景,并具有良好的擴展性,可繼續集成PH監測、濁度傳感器等模塊以提升功能。

image.png

二、主要優選元器件及功能解析

為了確保系統具有良好的穩定性和高精度采集能力,我們選用了以下關鍵元器件:

1. Particle Photon(控制主芯片)

作用:作為主控單元,負責與溫度傳感器通信、數據處理、Wi-Fi 連接和云端上傳。

型號選擇理由:Photon 是一款基于 STM32F205 微控制器的 Wi-Fi 模塊,集成度高,擁有 1MB Flash 和 128KB RAM,支持 Particle 云平臺和本地 API,編程簡單,適合 IoT 應用。

功能優勢:具備高速 USB 接口、ADC 模數轉換、GPIO 控制、低功耗待機等功能。其內建 Wi-Fi 芯片方便系統遠程監控,無需額外 Wi-Fi 模塊,降低整體成本。

2. DS18B20(數字溫度傳感器)

作用:用于精準采集泳池當前水溫并將數據傳送給 Particle Photon。

型號選擇理由:DS18B20 為常見的單總線數字溫度傳感器,精度高(±0.5°C),測溫范圍寬(-55℃ 到 +125℃),抗干擾能力強,便于防水封裝,適合水下環境使用。

功能優勢:支持多個傳感器掛接到一根線;可通過編程方式設置報警溫度;具有唯一序列號,便于多點管理;無需外接 ADC,數字輸出對接 MCU 簡單。

3. 4.7kΩ 上拉電阻

作用:用于將 DS18B20 數據線連接到上拉電位,以確保總線數據通信穩定。

型號選擇理由:4.7kΩ 是官方推薦的上拉電阻值,適合 3.3V 或 5V 系統,在 OneWire 通信中可保持數據高電平。

功能優勢:成本極低,通用性強,易于布線焊接,是 OneWire 總線通信中不可或缺的元器件。

4. 防水探頭封裝套件(含不銹鋼管+三芯引線)

作用:將 DS18B20 封裝成防水溫度探頭,用于長時間水下監測而不損壞。

型號選擇理由:工業級防水套件,常用于水族箱、工業冷卻系統、戶外溫度檢測等領域,耐壓耐腐蝕。

功能優勢:封裝后可直接插入泳池,不需額外防護;引線長度可定制,便于靈活布置;提升傳感器使用壽命。

5. Micro-USB 電源適配器(5V 1A)

作用:為 Particle Photon 提供穩定電源,確保系統連續運行。

型號選擇理由:5V 是 Photon 推薦工作電壓,1A 電流足夠保障其高峰負載運行,常見的手機充電器即可使用。

功能優勢:價格低廉,通用性強,便于更換,保障系統供電穩定性,是可靠的低成本供電方案。

三、系統連接原理圖示意

以下是系統硬件的簡單連接示意圖:

+----------------------------+
|         Particle Photon    |
|                            |
|  D2 (GPIO) --------------+ |      
|                          | |<-- 上拉電阻 4.7kΩ --> VCC (3.3V)
|                          | |
|                          | |
|      GND --------------- DS18B20 ---- 不銹鋼防水探頭
|      3.3V --------------+ |
+----------------------------+
  • DS18B20 的三個引腳:VCC 接 3.3V,GND 接地,Data 接 D2。

  • 在 D2 和 VCC 之間串聯一個 4.7kΩ 上拉電阻。

  • 所有元件均可焊接在小型 PCB 或面包板上。

四、Particle Photon 軟件代碼實現

以下是使用 Particle 的 Web IDE(或 VS Code + Particle Workbench)編寫的主要代碼:

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

// 設置數據引腳連接到 D2
#define ONE_WIRE_BUS D2

// 實例化 OneWire 和 DallasTemperature
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

// 溫度變量
float waterTempC = 0.0;

void setup() {
 // 啟動串口和溫度傳感器庫
 Serial.begin(9600);
 sensors.begin();

 // 注冊 Particle 云變量
 Particle.variable("WaterTempC", waterTempC);
}

void loop() {
 // 請求溫度采樣
 sensors.requestTemperatures();
 waterTempC = sensors.getTempCByIndex(0);

 // 輸出到串口
 Serial.print("Current Water Temperature: ");
 Serial.print(waterTempC);
 Serial.println(" °C");

 // 每隔30秒采樣一次
 delay(30000);
}

說明:

  • 使用 Particle.variable() 將當前水溫數據同步到云端,手機或電腦端可實時查看。

  • sensors.getTempCByIndex(0) 讀取第一個溫度傳感器的溫度。

  • 該代碼可直接通過 Particle Web IDE 燒錄至 Photon,并通過 Particle Console 查看數據。

五、系統云端數據查看與拓展說明

借助 Particle 的云平臺功能,我們可以遠程查看水溫數據。使用 Particle Console 或 REST API,用戶可開發網頁儀表盤或手機應用,實時刷新溫度信息。例如:

  • https://api.particle.io/v1/devices/<DeviceID>/WaterTempC?access_token=<Token>
    可以直接獲取最新溫度值。

未來用戶還可以通過 IFTTT 或 Home Assistant 接入智能家居系統,實現如下功能:

  • 溫度過高時發送郵件或短信提醒

  • 溫度過低時自動啟動泳池加熱系統

  • 長時間溫度無更新自動觸發維護告警

六、系統穩定性與防水注意事項

由于泳池是高濕水環境,因此系統設計中對電氣絕緣、防水措施必須嚴格重視。建議:

  • DS18B20 使用防水探頭版本,探頭使用熱縮管與水電分離

  • Photon 本體可放置于防水電氣盒中,并安裝在泳池邊緣

  • 電源線走線應使用防水線槽并防止人為拉扯

對于極端環境下應用,如海邊泳池或高溫池,可增加二次保護電路(如 TVS 二極管、穩壓模塊)確保安全運行。

七、總結與展望

本系統采用 Particle Photon 和 DS18B20 構建了一個小型而精準的泳池溫度監測裝置,具備 Wi-Fi 聯網、遠程監控、防水探測、代碼簡潔等優勢,特別適用于個人家庭與中小型泳池的智能改造。系統構建成本低、維護簡便,后續可擴展為包括濕度檢測、液位報警、濾水狀態提醒在內的完整泳池智能管理平臺。同時,也為開發者提供了一個將 IoT 技術落地應用于實際生活場景的完整案例模板。

責任編輯:David

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