STEM教育 · 水质检测及自制净水器 | DF创客社区

依据《义务教育化学课程标准（2022 年版）》—“课程内容”设置中的“跨学科实践”要求和“教学提示”，与“信息科技”结合，进行跨学科融合教学案例设计，并利用行空板等器材，完成案例的实践和呈现。

《义务教育化学课程标准》附录4：学生必做实验与跨学科实践活动：

一、背景引入

水是生命之源，我国江河受污染严重是有目共睹的，在世界上也是屈指可数。但是，我们对水污染治理的艰巨性和复杂性还认识不清，每天的工业废水，家庭污水不断的排入江河，虽然国家大力治理水污染，堵塞排放源头、但水污染问题仍然严重。如果，家庭能够先行处理污水，达到可以排入自然水体的标准，然后再排放出去，将极大缓解江河分解压力，如何对水质进行有效检测和对污水进行净水处理显的尤为重要。

二、教学准备

设备要求：

主控：行空板

传感器：Turbidity sensor浊度传感器模块，TDS(Total Dissolved Solids)传感器

软件：Mind+软件平台

耗材：塑料瓶、剪刀、纱布、黄沙、活性炭、滤布、漂白粉

三、学习目标

1、学会制作以行空板为主控板的水质监测工具；

2、自制家庭净水系统。

四、教学重难点

1、行空板制作水质监测工具的程序代码。

2、家庭净水器的科学原理及应用实践。

五、教学过程

步骤1 （一）水质检测工具的制作

1、制作水质检测的外观设备

步骤2 传感器介绍

Turbidity sensor浊度传感器模块介绍：

浊度传感器是利用光学原理，通过液体溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度情况。传感器内部是一个红外线对管，当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度，水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小，透过的光多，电流大，反之透过的光少，电流小，再通过电阻将流过的电流转换为电压信号。

浑浊度的单位是用"度"来表示的，就是相当于1L的水中含有1mg.的SiO2（或是1mg白陶土、硅藻土）时，所产生的浑浊程度为1度。浊度单位为JTU，1NTU=1mg/L的白陶土悬浮体。现代仪器显示的浊度是散射浊度单位NTU，也称TU。1TU=1JTU

模拟TDS传感器:

TDS(Total Dissolved Solids)，中文名总溶解固体，又称溶解性固体总量，表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体。一般来说，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多，水就越不洁净。因此，TDS值的大小，可作为反映水的洁净程度的依据之一。

步骤3 电路连接图

P21，P22分别连接浊度传感器和TDS传感器。

步骤4 代码编写

代码

# -*- coding: utf-8 -*-
import time
from pinpong.board import gboard,Pin,ADC

class TDS:
  SCOUNT                               = 30
  temperature                          = 25
  def __init__(self, board=None, tds_pin=None):
    if isinstance(board, Pin):
      tds_pin = board
      board = gboard
    elif board is None:
      board = gboard
    
    self.board = board
    self.tds_pin = tds_pin
    self.adc0 = ADC(self.tds_pin)
    # Pin(self.tds_pin, Pin.IN)
    # self.adc0 = ADC(Pin(self.tds_pin))
#    self.adc0 = Pin(self.tds_pin, Pin.ANALOG)
    self.analog_buffer = [0 for i in range(30)]
    self.analog_buffer_temp = [0 for i in range(30)]
    self.analog_buffer_index = 0

  def get_value(self):
    analog_sample_timepoint = time.time()
    while (time.time() - analog_sample_timepoint)*1000 < 40: pass
    analog_sample_timepoint = time.time()
    for i in range(30):
        self.analog_buffer[i] = self.adc0.read()
    print_timepoint = time.time()
    while (time.time() - print_timepoint)*1000 > 800: pass
    print_timepoint = time.time()
    for i in range(30):
        self.analog_buffer_temp[i] = self.analog_buffer[i]
    average_voltage = self.get_median_num() * 3.3 / 4096
    compensation_coefficient = 1 + 0.02 * (self.temperature - 25)
    compensation_volatge = average_voltage / compensation_coefficient
    tds_value = (int)((133.42 * compensation_volatge * compensation_volatge * compensation_volatge - 255.86 * compensation_volatge * compensation_volatge + 857.39 * compensation_volatge) * 0.5)
    return tds_value

  def get_median_num(self):
    for j in range(30 - 1):
        for i in range(30 - j - 1):
            if self.analog_buffer_temp[i] > self.analog_buffer_temp[i+1]:
                temp = self.analog_buffer_temp[i]
                self.analog_buffer_temp[i] = self.analog_buffer_temp[i+1]
                self.analog_buffer_temp[i+1] = temp
    if self.SCOUNT & 1 > 0:
        btemp = self.analog_buffer_temp[(self.SCOUNT - 1) / 2]
    else:
        btemp = (self.analog_buffer_temp[int(self.SCOUNT / 2)] + self.analog_buffer_temp[int(self.SCOUNT / 2 - 1)]) / 2
    return btemp