描述

描述

在許多地區(qū)，有害的藻華是一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。可能對(duì)人類健康、水生生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生不利影響的有毒藻類大量繁殖的例子包括赤潮、藍(lán)綠藻和藍(lán)藻。

這些花朵會(huì)產(chǎn)生極其有害的毒素，使人和動(dòng)物不適甚至死亡。它們還會(huì)制造完全破壞生態(tài)系統(tǒng)的死區(qū)。

解決方案

葉綠素存在于藻類中，藻類是一種光合生物。一種稱為熒光測(cè)定法的技術(shù)用于測(cè)量材料在使用不同波長(zhǎng)的光（熒光）激發(fā)時(shí)發(fā)出的光量。

（熒光）來(lái)源：https://www.wpiinc.com/

?

（葉綠素的熒光）

?

當(dāng)在白光下看到葉綠素時(shí)，它呈綠色。這有助于我們發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)藻類的存在。

?

BIOLIGHT 是一款內(nèi)置 MCU、無(wú)線電和傳感器的智能浮標(biāo)。它每天測(cè)量 Alage 的存在，并監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)是快速還是持續(xù)。

光學(xué)

為了激發(fā)葉綠素，使用470nm LED 光源，并使用僅測(cè)量680nm 的光譜傳感器測(cè)量發(fā)射光譜。此外，530nm 長(zhǎng)通濾光片用于過(guò)濾所有波長(zhǎng)低于 530nm 的光。

（長(zhǎng)通濾波器傳輸數(shù)據(jù)）

?

電子產(chǎn)品

waveConnect - 使用 LoRa E5 的定制板

?

BIOLIGHT 使用我專門為低功率應(yīng)用設(shè)計(jì)的定制開(kāi)發(fā)板 waveConnect，用于收集太陽(yáng)能和為電池充電。waveConnect（開(kāi)源并通過(guò)OSHWA認(rèn)證）使用來(lái)自 Seeedstudio 的LoRa E5 ，它是一個(gè) MCU 和一個(gè) LoRa 無(wú)線電。Seeed LoRa-E5 LoRa 模塊是一款低成本、超低功耗、極小的高性能 LoRa 模塊。它有STM32WLE5JC，這是一個(gè)結(jié)合了LoRa Radio和ARM Cortex-M4 MCU的SoC。

固件

?

BIOLIGHT 的固件基于 ARM 的 MBED 操作系統(tǒng)。您可以使用出色的Mbed OS框架來(lái)閃存 waveConnect。簡(jiǎn)單的方法是使用Mbed Studio IDE。該板是基于stm32customtargets中提供的 LoRa E5 mini 開(kāi)發(fā)的。LoRaWAN 固件基于主固件mbed-os-example-lorawan程序。

連接傳感器

BIOLIGHT 使用Adafruit 的AS7341 Spectral Sensor Breakout （由AMS制造的傳感器）。AS7341 是一款用于顏色檢測(cè)和光譜分析應(yīng)用的 11 通道多光譜傳感器。光譜響應(yīng)定義在大約 350nm 到 1000nm 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。該傳感器基于 i2c，使用 Qwiic/STEMMA QT 接口系統(tǒng)。

光譜響應(yīng)度

?

LoRa E5 的默認(rèn) i2c 引腳為 PA_15 和 PCB_15，它們直接連接到 waveConnect 板中的 Qwiic 連接器。

I2C i2c(PA_15, PB_15); // SDA pin, SCL pin

光源（藍(lán)色 LED）由引腳 PB_5 控制

DigitalOut lighSource(PB_5);

Buoy內(nèi)部的設(shè)置

?

根據(jù)組裝示意圖，整個(gè)裝置安裝在 3D 打印的浮標(biāo)內(nèi)。

我們首選的3D打印機(jī)

?

我們根據(jù)項(xiàng)目需要開(kāi)始在內(nèi)部進(jìn)行 3D 打印，并在Artillery sidewinder X2上進(jìn)行打印。Artillery 還提供各種價(jià)格合理的 3D 打印機(jī)，打印機(jī)的質(zhì)量非常好，對(duì)于我們的目的來(lái)說(shuō)，它已經(jīng)綽綽有余了。如果您也在尋找高質(zhì)量的 3D 打印機(jī)，請(qǐng)查看Artillery的系列產(chǎn)品。

校準(zhǔn)

3D 打印浮標(biāo)底部的窗口。

?

傳感器需要校準(zhǔn)，因?yàn)榇翱诘恼凵渎蕰?huì)隨著材料的變化而變化，這是原因之一。我使用了常見(jiàn)的 BK7 玻璃窗。

BK7的折射率

?

我們需要對(duì)傳感器進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)以獲得一些有意義的讀數(shù)。要監(jiān)測(cè)水中藻類的存在，必須首先計(jì)算光譜反射率。要計(jì)算 0.0 到 1.0 范圍內(nèi)的反射率，必須首先測(cè)量最小和最大反射率。

• 實(shí)驗(yàn) 1 - 暗讀數(shù)：

為了獲得暗讀數(shù)，可以將傳感器放在漆黑的房間里，然后進(jìn)行測(cè)量。平均 10 到 15 個(gè)讀數(shù)將適用于此實(shí)驗(yàn)。附近不得有光源/光源。

• 實(shí)驗(yàn) 2 - 最大讀數(shù)：

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是記錄傳感器可以從光源記錄的最大反射率。為此，可以使用光譜傳感器中的內(nèi)置 LED。如果沒(méi)有內(nèi)置 LED，可以使用白色 LED。LED 和傳感器必須在同一平面上。執(zhí)行此實(shí)驗(yàn)需要一個(gè)前表面鏡，如下圖所示。這就是使用前表面反射鏡的原因。

?

?

?

?

1 / 2 ?前表面鏡。

?

必須為光譜傳感器的所有 11 個(gè)通道獲取這些讀數(shù)。通過(guò)使用以下公式，可以計(jì)算傳感器之前保存的任何樣品的反射率。

float reflectance=(value - min_reflectance_value)/(max_reflectance_value - min_reflectance_value);

未來(lái)的作品

至此，只能計(jì)算出每個(gè)通道的反射率。此外，僅使用 680nm 通道數(shù)據(jù)并根據(jù)水中藻類含量的已知值校準(zhǔn)反射率，將創(chuàng)建一個(gè)尺度來(lái)預(yù)測(cè)水體中藻類的生長(zhǎng)。