基于 Arduino MKR1000 与 Samsung ARTIK Cloud 的游泳池实时监测系统

组件与物料清单

所需软件与在线服务

• Samsung ARTIK Cloud for IoT
• Arduino IDE

项目简介

I. 目标

本项目旨在利用 Samsung ARTIK Cloud 监测游泳池的 pH 值和温度水平。

II. ARTIK Cloud 设置

步骤 1：创建设备类型

1. 注册并登录 ARTIK Cloud 开发者站点。
2. 创建新的 "Device Type"，填写显示名称和唯一名称。
3. 创建 Manifest（清单），定义字段名（如 ph、temp）及描述。
4. 保存后进入 "Activate Manifest" 标签页，点击激活完成设备类型创建。

步骤 2：创建应用

1. 进入 ARTIK Cloud Applications，新建应用。
2. 填写应用名称和认证重定向 URL（如 https://localhost/index/）。
3. 设置应用权限为读写，关联之前创建的设备类型并保存。

步骤 3：连接设备

1. 进入 "My Devices"，点击 "Connect Another Device"。
2. 选择刚创建的设备类型，完成连接。
3. 记下 Device ID 和 Device Token，后续代码中需填入。

III. 硬件传感器搭建

步骤 1：连接温度与 pH 传感器到 MKR1000

接线如下：

• 温度探头 GND → MKR1000 GND
• 温度探头 OUT → MKR1000 数字引脚 1
• 温度探头 VCC → MKR1000 5V
• 4.7kΩ 电阻连接在温度探头 VCC 与 OUT 之间（上拉）
• pH 计 GND → MKR1000 GND
• pH 计 OUT → MKR1000 模拟引脚 A1
• pH 计 VCC → MKR1000 5V

为方便拆卸温度探头，笔者额外加装了航空插头（可选）。

步骤 2：配置所需软件库

在 Arduino IDE 中添加 MKR1000 开发板支持（板管理器搜索 "mkr1000" 安装）。

安装以下库：

• ArduinoJson — 用于构建发送给 ARTIK Cloud 的 JSON 数据
• ArduinoHttpClient — HTTPS 通信客户端
• OneWire — 读取单总线温度传感器
• DallasTemperature — DS18B20 温度传感器库

步骤 3：上传程序

将 MKR1000 连接电脑，从 GitHub 下载代码，修改以下配置后上传：

• WiFi SSID 与密码
• ARTIK Cloud Device ID 与 Device Token

注意： WiFi 必须能访问互联网。

IV. 现场测试

已在私人、公共、学校游泳池进行实测，收集数据分析硬件性能。可将 MKR1000 与传感器置于防水盒中漂浮池面，远程监测水质并指导投药调节。

V. 结果与展望

本教程帮助你构建 DIY 游泳池水质监测设备，提升对水质安全的关注，降低检测成本与资源浪费。祝制作愉快！

核心代码 (Arduino MKR1000 C/C++)

/******************** Water Quality Monitoring for ARTIK Cloud ********************/
#include <WiFi101.h>
#include <WiFiClient.h>
#include <ArduinoJson.h>
#include <ArduinoHttpClient.h>
#include <SPI.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

/** Temperature Sensor **/
#define ONE_WIRE_BUS 1
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

/** ARTIK Cloud REST **/
char server[] = "api.artik.cloud";
int port = 443;
char buf[200];
String deviceID = "your_device_id";
String deviceToken = "your_device_token";

/** pH Meter **/
#define SensorPin A1
#define Offset 0.00
#define samplingInterval 20
#define ArrayLength 40
int pHArray[ArrayLength];
int pHArrayIndex = 0;

/** WiFi **/
#define WIFI_AP "your_wifi_ssid"
#define WIFI_PWD "your_wifi_password"
WiFiSSLClient wifi;
HttpClient client = HttpClient(wifi, server, port);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  startWifi();
}

void loop() {
  // 读取温度
  float celsius = 0;
  sensors.requestTemperatures();
  celsius = sensors.getTempCByIndex(0);

  // 读取 pH 值（滑动平均滤波）
  static unsigned long samplingTime = millis();
  static float pHValue, voltage;
  if (millis() - samplingTime > samplingInterval) {
    pHArray[pHArrayIndex++] = analogRead(SensorPin);
    if (pHArrayIndex == ArrayLength) pHArrayIndex = 0;
    voltage = averageArray(pHArray, ArrayLength) * 5.0 / 1024;
    pHValue = 3.5 * voltage + Offset;
    samplingTime = millis();
  }

  // 构建 JSON 并发送
  Serial.println("Sending data to ARTIK Cloud...");
  int len = loadBuffer(celsius, pHValue);
  String auth = "Bearer " + deviceToken;
  client.beginRequest();
  client.post("/v1.1/messages");
  client.sendHeader("Authorization", auth);
  client.sendHeader("Content-Type", "application/json");
  client.sendHeader("Content-Length", len);
  client.endRequest();
  client.print(buf);

  int statusCode = client.responseStatusCode();
  String response = client.responseBody();
  Serial.print("Status: "); Serial.println(statusCode);
  Serial.print("Response: "); Serial.println(response);
  delay(1000);
}

void startWifi() {
  Serial.println("Connecting to WiFi...");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    Serial.print("Connecting to "); Serial.println(WIFI_AP);
    WiFi.begin(WIFI_AP, WIFI_PWD);
    delay(10000);
  }
}

// 滑动平均去极值
double averageArray(int* arr, int number) {
  if (number <= 0) return 0;
  if (number < 5) {
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < number; i++) sum += arr[i];
    return (double)sum / number;
  }
  long amount = 0;
  int minVal = min(arr[0], arr[1]);
  int maxVal = max(arr[0], arr[1]);
  for (int i = 2; i < number; i++) {
    if (arr[i] < minVal) { amount += minVal; minVal = arr[i]; }
    else if (arr[i] > maxVal) { amount += maxVal; maxVal = arr[i]; }
    else amount += arr[i];
  }
  return (double)amount / (number - 2);
}

// 构建 JSON 缓冲区
int loadBuffer(float temp, float ph) {
  StaticJsonBuffer<200> jsonBuffer;
  JsonObject& root = jsonBuffer.createObject();
  root["sdid"] = deviceID;
  root["type"] = "message";
  JsonObject& data = root.createNestedObject("data");
  data["temp"] = temp;
  data["ph"] = ph;
  root.printTo(buf, sizeof(buf));
  return root.measureLength();
}

原理图