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本项目详细介绍了一种基于开源比色计的开源水质检测平台，该比色计由开源电子元件和3D打印组件构成。这是利用开源硬件降低科学设备成本的更大项目的一部分。^{[ 1 ] [ 2 ]} Bas Wijnen、GC Anzalone 和 Joshua M. Pearce，《开源移动水质检测平台》，《水、卫生与健康发展杂志》，4 (3)，第532-537页（2014）。doi:10.2166/washdev.2014.137（开放获取）

摘要

发展中国家仍然饱受安全饮用水短缺的困扰。尽管已开发出许多低成本的水处理方法，但仍需开发低成本的水质检测方法，以确定这些技术是否必要、有效且可靠。本文提供了一种低成本开源（OS）水质检测平台的设计、开发和技术验证方法。文中展示了一个案例研究，该平台采用ISO 7027方法，可同时提供生化需氧量/化学需氧量的比色法和浊度法测量浊度。该方法开发的设备精度与目前市售设备相当，但成本却降低了7.5到15倍。结论认为，开源硬件开发是为发达地区和发展中地区提供水质检测所需设备的一种很有前景的解决方案。

关键词

生化需氧量（BOD）；化学需氧量（COD）；浊度法；开源硬件；浊度；水质检测

设计

• 设计文件：

• 固件：

设备固件：https://github.com/mtu-most/colorimeter

物料

源文件

如需了解最新信息，请访问 GitHub 页面：https://github.com/mtu-most/colorimeter

用于 3D 打印：

• 文件：色度计 v02.stl
• 文件：Board-clip.stl
• 文件：Adafruit-lcd.stl

供编辑使用：

• 文件：Testscadfileupload.scad
• 文件：色度计 v02.scad
• 文件：Cuvette holder.stl
• 文件：IV 示踪剂盒.scad

对于任何库——再次前往github 获取 MOST SCAD 库。

必需组件

• Arduino Fio 和编程器板（如有必要）
• AdaFruit LCD 扩展板和 3.3V LCD 单元（重要提示：如果您使用的是 5V LCD，则在连接到 Fio 控制器时，需要通过外部电源为其供电，方法是将外部电源直接连接到扩展板的 GND1/GND2 和 VIN 引脚 - 如本链接所示。
• 1 个 860nm 红外 LED
• 1 个 620nm 橙色 LED（均为标准 T1 ¾ 尺寸）
• 3 个光频编码器 (TSL235R)
• 电线、电烙铁和焊锡
• 3D打印耗材

构建说明

按照Adafruit 网站上的教程焊接 Adafruit 扩展板和 LCD 的各个组件。运行同一教程页面上的 Adafruit 代码，测试 LCD 是否正常工作。

按照原理图所示，将两个 LED、LCD 和传感器连接到 Arduino Fio。将固件代码上传到 Arduino 并测试一切是否正常工作。重要提示：编译固件需要从另一个代码库获取 LcdMenu 和 DuplexFrequencyCounter 库。

3D打印

如果遇到严重的翘曲（层与层之间分离），您可以尝试使用单独的模型将外壳分成两部分打印：一边是带有传感器的测试箱，另一边是带有 Arduino Fio 的 LCD 盒。

布局

装箱时，裁剪 3 块 200x350mm 的 PCB 板，并将每个 LED 焊接在一块 PCB 板上，使编码器传感器正对着它（这样每块 PCB 板上都会有一个 LED 和一个参考编码器）。最后一个编码器传感器则焊接在另一块 PCB 板上。下图展示了箱体内部的布局：

完成后，您可以用螺丝将盒子盖好，并将印好的按钮安装到位。

菜单项

这两种检测方法分别是COD检测和浊度测定。菜单提供以下选项（按常用顺序排列）：

货到付款

• 零点——测量前需要将橙色 LED 的值置零。
• 校准——校准过程仅返回传感器值。
• 测量——测量结果显示浊度和其他数值。

浊度测定

• 重新校准——清除校准数据。
• 校准——校准样品。通常使用福尔马肼浊度标准溶液（400 NTU）用蒸馏水稀释后进行校准。例如：配制 2、4、40、100 和 200 NTU 的溶液。将样品放入仪器中，然后选择浊度计 → 校准。

校准功能在读取五个值之前返回“校准读取 | 需要更多时间”，校准完成后返回“校准读取 | 错误：编号” 。

• 测量——测量结果以 NTU 和索引的形式返回。索引只是一个序列号，用于更轻松地跟踪测量结果——每次测量后索引递增 1。

警告

水质涉及诸多方面。化学需氧量（COD）和浊度只是衡量特定性质的两种方法。根据您所处的具体情况和试图解答的问题，这两种测量方法可能足够，也可能不够！

应用程序

• COD ^W
• BOD ^W
• 浊度^W，浊度^W
• 降低浊度以优化太阳能水消毒^{[ 3 ]}

另请参阅

• 开源色度计
• 开源实验室
• 用于酶法硝酸盐定量分析的开源光度系统
• 开源光学
• 利用免费开源硬件构建研究设备
• 开源科学
• OSAT的开源3D打印
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新闻

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• 开源水质检测平台采用3D打印技术——《Make》杂志
• 3D打印水质检测装置经济实惠且便于携带，可用于检测饮用水是否适宜饮用——3D打印
• 开源3D打印水质检测仪- 3Ders
• 太阳能水消毒- 水网络
• 3D列印的开放原始码质量测试平台-台湾制造
• Hack the Earth - Arquitecturas Colectivas（西班牙语）
• Drukowany 测试仪 wody 开源Swiatdruku3D（波兰语）

参考文献