Arduino 物联网水质监测系统 — 实时 TDS/电导率检测与蓝牙上传
元器件清单
| 元件 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|
| Arduino UNO | 1 | 主控 |
| HC-05 蓝牙模块 | 1 | 透传串口，连手机 App |
| RGB LED 共阴 | 1 | 指示水质等级 |
| 1602 LCD（带 I2C/并口均可） | 1 | 显示电导率与 TDS |
| 电位器 10 kΩ | 1 | LCD 对比度调节 |
| 电阻 1 kΩ | 1 | 分压基准 |
| 电阻 330 Ω | 3 | RGB LED 限流 |
| 公母杜邦线、面包板 | 若干 | 搭建电路 |
所需工具
- 剥线钳
软件与 App
- Arduino IDE
- Ardutooth（安卓蓝牙串口调试 App）
原理与算法
什么是 TDS？
TDS（总溶解固体，ppm）反映水中溶解物质总量，通过电导率换算。WHO 建议饮用水 TDS < 300 ppm，< 100 则矿物质不足。常见水体参考：
- 纯净水：80-150 ppm
- 自来水：250-350 ppm
- 地下水：500-1000 ppm
- 海水：~30000 ppm
电路原理：分压法测水阻
已知基准电阻 R₁=1 kΩ 与水体电阻 R₂ 串联接 5 V，Arduino A0 读取中点电压 V₁。
由分压公式：V₁ = 5 × R₁/(R₁+R₂) → R₂ = R₁ × (5-V₁)/V₁。
从电阻到 TDS 的换算
ρ = R₂ × A / L // 电阻率 Ω·m
σ = 1 / ρ // 电导率 S/m
TDS = σ × 7000 // 经验系数换算为 ppm
其中 L=6 cm 为两测量导线间距，A=1.54 mm² 为导线截面积（需按实测容器修正）。
硬件连接要点
- Arduino 5V/GND 给面包板供电轨
- A0 接分压中点，1 kΩ 接地，另一端接测量导线
- LCD：VSS→GND, VDD→5V, V0→电位器中间脚, RS→D7, RW→GND, E→D8, D4-D7→D10-D13
- HC-05：VCC→5V, GND→GND, TX→D3(Arduino RX), RX→D2(Arduino TX)
- RGB LED：公共阴极→GND, R→D9, G→D6, B→D5（均经 330 Ω）
软件流程
- 读取 A0 电压 → 计算 R₂ → 电导率 → TDS
- LCD 显示电导率（S/m）
- RGB LED 按阈值变色：
<200 粉/紫（纯净） → 200-600 蓝 → 600-900 青 → >900 红（高矿化） - 蓝牙发送 CSV：
电导率,TDS;供手机 App 记录绘图
代码关键片段
reads = analogRead(A0);
vOut = reads * 5.0 / 1023;
buffer = (5.0 / vOut) - 1;
R2 = 1000 * buffer;
r = R2 * A / L;
C = 1 / r; Cm = C * 10; // mS/cm
TDS = Cm * 700;
机箱制作
作者利用废弃试管打孔穿导线，两端用胶泥固定密封，作为测量池。
原理图与完整代码
完整代码见文末 Code 章节，含 SoftwareSerial 与 LiquidCrystal 库调用。
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