MyRiver：基于 Arduino MKR FOX 1200 的河流水质远程监测系统

项目背景

河流污染与洪水威胁着居民生活与畜牧安全。传统监测手段成本高、覆盖面窄。MyRiver 利用 Sigfox 低功耗广域网（LPWAN）实现偏远地区无需 Wi-Fi/蜂窝网即可远程监测，配合 Wia 物联网平台实现数据可视化与即时报警。

监测指标与原理

硬件清单

• Arduino MKR FOX 1200（内置 Sigfox 模块，SAMD21 低功耗）
• pH 传感器模块（模拟输出，接 A1）
• 水位传感器（模拟输出，接 A2）
• 光敏电阻 + 白光 LED + 2×220Ω 电阻（接 A3）
• 2×AA 电池盒（利用低功耗模式可运行数月）
• 杜邦线、焊接工具、水瓶外壳（生态友好外壳）

数据传输流程

1. 每 30 分钟唤醒 → 读取 3 路 ADC（10-bit，0-1023）
2. 将 3 个整数各补零至 4 字节，拼成 12 字节字符串（如 02406200123）
3. 通过 Sigfox 发送（单次最多 12 字节）
4. Sigfox 回调 → Wia Webhook（HEX → UTF-8 字符串）
5. Wia Flow 解析：切分还原 3 个数值 → 换算物理量 → 阈值判断 → 邮件/APP 推送报警

关键代码片段

传感器读取

struct GetValue {
  int riverLevel() { return analogRead(A2); }
  int riverPh()    { return (analogRead(A1) / 5 * 3.3); } // 电压换算
  int riverPol()   { return analogRead(A3); }             // 光敏值
};

数据打包

String data(int level, int ph, int pol) {
  int values[3] = {level, ph, pol};
  String buf;
  for (int v : values) {
    if (v < 10) buf += "000";
    else if (v < 100) buf += "00";
    else if (v < 1000) buf += "0";
    buf += String(v);
  }
  return buf; // 12 字节
}

Sigfox 发送

void parseData(String d) {
  SigFox.beginPacket();
  SigFox.print(d);
  SigFox.endPacket();
}

Wia 平台配置要点

• Webhook URL: https://api.wia.io/v1/events，POST，Header Authorization: Bearer <token>
• Flow 中使用 JavaScript 函数：processPayload（HEX→字符串）、riverPollution/riverPh/riverLevel（解析与阈值判断）、processPollution/processPh/processLevel（触发报警）
• 报警邮件模板包含设备 ID 与原始数据

光敏阈值标定方法

上传标定固件，串口监视器观察清水/污水下的 ADC 值，将 minVal 设为污水值上限（如 200）。

void loop() {
  Serial.println(analogRead(A3));
  delay(5000);
}

外壳与部署

废弃水瓶改造：切割开口安装传感器，热熔胶密封，瓶口贴胶带防渗漏。部署时选高潮期固定于岸边，确保水位传感器底部接水、光敏电阻完全浸没。

优势总结

• 全球 Sigfox 覆盖国均可部署，无需本地网络
• 超低功耗，2 节 AA 电池运行数月
• 创新光学法检测不溶性污染物，弥补 pH 监测盲区
• Wia 平台零代码可视化、报警、历史趋势图
• 成本极低，适合个人/社区/农场自主部署