Azure IoT智能游泳池监控系统：温度感知与远程控制
核心硬件清单
| 组件 | 数量 | 关键参数/备注 |
|---|---|---|
| DS18B20防水温度传感器 | 2 | 红线接3-5V，蓝/黑接地，黄/白为数据线 |
| IoT智能电源继电器 | 1 | 控制水泵与盐水系统(110V)，3.3V逻辑触发 |
| 4.75kΩ电阻 | 2 | 1/4W，5%，DS18B20上拉 |
| Raspberry Pi 2 Model B | 1 | 运行Windows 10 IoT Core，边缘网关 |
| Arduino UNO R3 | 1 | 采集双路温度，通过I2C传给Pi |
软件与云服务
- Microsoft Azure：IoT Hub、Stream Analytics、SQL Database、API App、Web App
- Windows 10 IoT Core：Pi端操作系统
- Arduino IDE / Visual Studio 2015：开发环境
- Azure IoT Hub Device Explorer：设备注册与调试
- Fritzing：电路原理图绘制
- Power BI：实时仪表盘可视化
项目概述
目标：远程监控并控制一座Intex 15'×48"圆形游泳池（约19,000升水量），配套砂缸过滤泵、11kW加热器、盐水氯化系统。核心需求：实时掌握池水温度与环境温度，智能控制水泵/加热器/盐水系统运行时长，确保水温适宜且避免设备过度运行。
温度采集子系统
两只DS18B20分别测量池水温度（传感器浸入池中，用门铃线延长）与环境温度（贴于箱体外壁）。Arduino使用DallasTemperature与OneWire库读取，每秒通过I2C向Pi发送格式化字符串：
temperatureData = padRight(String(poolSensor.getTempCByIndex(0)) + "|" + String(outsideSensor.getTempCByIndex(0)), I2C_BUFFER_LEN);
执行器控制
未来计划：接入电量监测模块，分别统计110V与220V回路功耗。
Raspberry Pi边缘网关
运行IoTPoolRaspiBackgroundApp（C#无头后台应用，VS2015模板），功能：
- 通过USB为Arduino供电(5V)
- I2C接收双路温度(℃)
- GPIO控制IoT Power Relay
- 每分钟向Azure IoT Hub发送JSON（AMQP，可改HTTPS/MQTT）
{
"PoolName": "iotpool",
"PoolWaterTempC": 30,
"OutsideAirTempC": 27,
"IsPoolPowerOn": false,
"SampleDateTime": "2016-07-05T23:35:58.0882185Z"
}
设备在IoT Hub注册，连接字符串写入StartupTask.cs：
static string iotPoolConnString = "HostName=.azure-devices.net;DeviceId=iotpool;SharedAccessKey=";
static string deviceName = "iotpool";
Azure云端数据流
IoT Hub（免费版）
每日8000条/500B额度，本项目仅1440条/天，余量充足。用Device Explorer注册设备、获取连接串、监控D2C/C2D消息。
Stream Analytics作业
SELECT PoolName, PoolWaterTempC, OutsideAirTempC, IsPoolPowerOn, SampleDateTime
INTO sql FROM iothub
将每分钟一条的D2C消息写入Azure SQL Database表Pools。未来可加聚合告警（如平均水温>35℃报警）。
Azure SQL Database (S0 Standard, 10 DTU)
CREATE TABLE [dbo].[Pools] (
[Id] INT IDENTITY(1,1) NOT NULL,
[PoolName] NVARCHAR(MAX) NULL,
[PoolWaterTempC] FLOAT(53) NOT NULL,
[OutsideAirTempC] FLOAT(53) NOT NULL,
[IsPoolPowerOn] INT NOT NULL,
[SampleDateTime] DATETIME NOT NULL,
CONSTRAINT [PK_dbo.Pools] PRIMARY KEY CLUSTERED ([Id] ASC)
);
REST API (ASP.NET Web API)
- API Key认证（Header:
api-key: {key}），定义于PoolControllers.cs - 支持：获取最新数据、开/关电源、历史查询
- 未来可接入Azure API Management、Azure AD认证
Web App与移动端
- Azure Web App：ASP.NET Web Forms，集成Azure AD强制登录，修改
web.config中的ida:ClientId - Mobile App：Xamarin Forms（已编译WinPhone/Win10，可跨编译iOS/Android），修改
Core.cs与DataService.cs中的API地址与Key
Power BI实时大屏
代码与资源
D2C消息JSON格式
{ "PoolName": "IoTPool", "PoolWaterTempC": 30, "OutsideAirTempC": 27, "IsPoolPowerOn": false, "SampleDateTime": "2016-07-05T23:35:58.0882185Z" }
SQL建表脚本
CREATE TABLE [dbo].[Pools] ( ... ); -- 见上文完整定义
GitHub完整源码
https://github.com/khilscher/iotpool
原理图
制造工艺
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