IoT Water Quality Monitoring Station

Tổng Quan Dự Án

Sự biến đổi chất lượng nước trong các bồn chứa sinh hoạt, hệ thống thủy canh aquaponics và nguồn nước thải công nghiệp luôn tiềm ẩn nhiều rủi ro về môi trường và sức khỏe. Hệ Thống Quan Trắc Nước Đa Chỉ Số IoT là giải pháp phần cứng nhỏ gọn, tối ưu chi phí, đo đạc liên tục các thông số lý - hóa của môi trường nước mà không cần đến phương pháp lấy mẫu xét nghiệm thủ công.

Cấu Trúc Phần Cứng & Tổ Hợp Đầu Dò

Hệ thống kết hợp giữa vi điều khiển Arduino Nano (chịu trách nhiệm đo lường tín hiệu analog đa kênh) và vi xử lý WiFi ESP-01 (ESP8266):

Đầu dò pH Analog (SEN0161): Được hiệu chuẩn với dung dịch đệm chuẩn (pH 4.01 và 6.86) bằng thuật toán hồi quy tuyến tính bù sai số điện áp.
Cảm biến tổng chất rắn hòa tan (TDS): Đo độ dẫn điện của dung dịch nước theo đơn vị ppm ($0 - 1000\text$) để đánh giá độ tinh khiết và nồng độ khoáng hòa tan.
Cảm biến quang học đo độ đục (Turbidity): Đo mức độ suy giảm quang thông của chùm tia sáng truyền qua mẫu nước để định lượng các hạt cặn lơ lửng theo thang đo NTU.
Cảm biến nhiệt độ chống nước DS18B20: Chuẩn giao tiếp 1-Wire, tự động bù nhiệt cho công thức tính toán giá trị pH chính xác.
Cầu truyền thông Serial: Arduino Nano thực hiện lấy mẫu ADC tần số cao, áp dụng bộ lọc trung vị (Median Filter) loại bỏ nhiễu gai điện, sau đó đóng gói định dạng JSON truyền sang ESP-01 qua cổng UART tốc độ 9600 baud.

Máy Chủ Web & Bảng Điều Khiển Trực Quan

Web Server nhúng siêu nhẹ: ESP-01 lưu trữ toàn bộ mã nguồn giao diện HTML/CSS/JavaScript trực tiếp trong bộ nhớ flash bằng từ khóa PROGMEM.
Đồ thị thời gian thực HTML5 Canvas: Đường đặc tuyến biến thiên của các chỉ số được cập nhật bất đồng bộ qua AJAX mỗi 2 giây một lần.
Ngưỡng cảnh báo tự động: Hiển thị màu sắc cảnh báo trực quan khi độ pH vượt ngưỡng an toàn tiêu chuẩn nước uống (6.5 - 8.5) hoặc khi độ đục và TDS tăng vọt bất thường.

Sơ Đồ Mạch Điện & Mã Nguồn

Toàn bộ bản vẽ nguyên lý Fritzing và mã nguồn firmware song song cho Arduino/ESP-01 được công khai tại GitHub - Water-Quality-Monitoring-System.

Overview

Water contamination in residential storage tanks, aquaponics, and wastewater drainage systems poses immediate environmental and health hazards. The IoT Water Quality Monitoring System is a compact, cost-effective telemetry station that measures aquatic chemical and physical parameters continuously without requiring manual lab sampling.

Hardware & Multi-Probe Subsystems

The design pairs an Arduino Nano as the dedicated multi-channel analog acquisition frontend with an ESP-01 (ESP8266) WiFi co-processor:

Analog pH Probe (SEN0161): Calibrated with standard buffer solutions (pH 4.01 and 6.86) using linear regression offset compensation.
TDS Sensor (Total Dissolved Solids): Measures electrical conductivity in ppm ($0 - 1000\text$) to detect dissolved mineral and salt concentrations.
Turbidity Optical Sensor: Measures light attenuation across a liquid gap to detect suspended colloidal particles in NTU units.
DS18B20 Waterproof Temperature Probe: 1-Wire digital thermometer delivering automatic temperature compensation for temperature-dependent pH calculations.
Serial Bridge Architecture: Arduino Nano handles high-speed ADC sampling, median filtering, and outlier rejection, forwarding normalized JSON telemetry frames to the ESP-01 via UART at 9600 baud.

Firmware & Web Dashboard

Embedded Web Server: The ESP-01 hosts a responsive HTML/CSS/JavaScript dashboard directly from internal flash memory using PROGMEM.
Real-Time Canvas Graphs: Telemetry curves update asynchronously via AJAX polling every 2 seconds without requiring full page reloads.
Alert Thresholds: Dynamic color-coded indicators turn amber/red when pH deviates outside safe drinking standards (6.5 - 8.5) or TDS exceeds critical limits.

Source Code & Hardware Schematics

Full Fritzing schematics and dual Arduino/ESP firmware are open-sourced on GitHub - Water-Quality-Monitoring-System.