CN111962924A - 智能恒温游泳池控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能恒温游泳池控制系统，包括：弱电控制回路，其包括两个温度传感器、PH传感器模块、浊度传感器模块和湿度传感器，所述ESP32模块内置有MCU芯片，所述MCU芯片内置有AD转换器和模数转换器；强电控制回路，其包括主循环水泵、除湿机、红色LED灯、蓝色LED灯和绿色LED灯，所述ESP32模块内部集成Wi‑Fi和蓝牙双模的单芯片，能够将游泳池的各项数据信息通过MQTT协议上传到MQTT服务器，使游泳者足不出户就可以通过MQTT服务器查阅到当前游泳池的各项数据信息，实现游泳池环境状态的远程访问。本发明将游泳池的各项信息上传至用户端，不仅使泳池管理的经验值数字化，而且使泳池信息透明化，前来游泳健身者参考用户端信息，合理安排自己的健身时间。

Description

智能恒温游泳池控制系统

技术领域

本发明涉及恒温控制系统技术领域，具体为一种智能恒温游泳池控制系统。

背景技术

据调查发现，标准的游泳池长50米，宽21米，占地面积大。游泳池管理成本较高且流程复杂。首先，泳池管理人员需要在游泳池内进行不同位置的数次取样，经过一系列检测化验等流程，得到游泳池的各项数据指标，经过定期的药品投放以及循环开关，改善游泳池水质及环境。然而定期的药品投放、水质检测及其水温气温的检测、人工操控泳池设备等操作，往往不具有时效性，凭借操作员主观性控制，容易造成药物和能源的浪费，严重时，会降低游泳者的游泳体验，危害游泳健身者的身体健康，甚至会造成泳池事故。

为了方便游泳池管理人员，采用传感器进行自动化检测，较人工检测更能实现泳池环境信息的实时监控，方便了泳池管理者的检测流程。使用主机MCU控制输出，根据传感器检测的数据使输出得到自动化控制，使泳池水质和环境得到及时的控制。而游泳健身者为了方便计算里程更喜欢去标准的游泳池，但是，标准游泳池一般建设在郊区，路程长达10公里远，为了避免游泳池的暂时停业给健身者带来路途上时间浪费，或者因为泳池的水质使游泳者败兴而归，使用物联网技术将泳池各项环境信息上传至用户端，方便了前来游泳者根据游泳池状态规划自己出行的时间，避免了白跑一趟的局面，不仅有利于游泳者的时间规划，而且给泳池管理带来了极大的方便。

现如今，游泳池管理大多数采用人工管理，管理频率低，导致游泳池水质不能得到及时的调整，而且一般游泳池的告示牌信息无法远程获得，游泳者很难在家得到当前游泳池的各项环境信息。因此选用物联网技术将游泳池告示牌信息上传至用户端，供每个前来的游泳者参考。随着网络通信技术的发展，无线技术的更新换代，新兴的物联网技术逐渐应用于越来越多的设备，而5G技术的到来，更是将物联网推向一个全面发展的局面。它通过传感设备和网络技术将目标物体与互联网联系到一起，进行信息交换与输出控制。而国内市面上已经出现了应用于物联网技术的产品，例如，小米公司推出的智能空调插排、智能窗帘等等，利用手机APP控制空调开关，用常用的手机代替了传统的遥控器，但是仍然不能解决温度的自动化控制，即使将这些设备连接到互联网，只是利于控制却有不能实际解决问题。使消费者投资了金钱，改造原有的结构，却不能使消费者的体验得到飞升。而且大多数产品只获得了消费者的新鲜感体验，并没有真正的解决某个具体化的问题。

在美国，最为著名的就是APPLE公司，它率先引领全球对自身健康的重视，APPLE手表的代代更新，拥有全球成熟的心率运动检测方案，全方位监控人体的各项健康指标。本发明将游泳池与物联网技术相结合，打造一个智能化恒温游泳池控制系统，将会解决游泳者无法获悉游泳池状态只好失望而归的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种智能恒温游泳池控制系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能恒温游泳池控制系统，包括：

弱电控制回路，其包括两个温度传感器、PH传感器模块、浊度传感器模块和湿度传感器，所述温度传感器、PH传感器模块、浊度传感器模块和湿度传感器与ESP32模块相连；

所述ESP32模块内置有MCU芯片，所述MCU芯片内置有AD转换器和模数转换器；

所述温度传感器和湿度传感器是数字输出，可将温度传感器和湿度传感器的数据线分别与ESP32模块的GPIO口相连，进行数字信号交换；所述浊度传感器模块和PH传感器模块使用模拟信号输入，需要将其模拟信号数据线与ESP32模块的ADC输入通道引脚口相连，进行模数转换，得到所需要的数字信息；

强电控制回路，其包括主循环水泵、除湿

机、红色LED灯、蓝色LED灯和绿色LED灯，所述MCU芯片输出的GPIO口无法驱动电机等强电设备，采用继电器控制主循环水泵的电机，加速游泳池热交换；

所述主循环水泵的电机采用电机自锁，使电机可以在MCU芯片发出一个启动信号后，一直处在开启状态；另外使用另一个继电器控制除湿机，使空气湿度达到适宜范围；

所述红色LED灯用于警报PH值过低，提醒工作人员投药，所述蓝色LED灯用于警报PH值过高，停止投药，所述绿色LED灯用于表示游泳池水的浑浊度情况，浑浊度符合游泳池标准范围时，即浑浊度等级小于2NTU，绿色LED灯常亮；

所述ESP32模块内部集成Wi-Fi和蓝牙双模的单芯片，能够将游泳池的各项数据信息通过MQTT协议上传到MQTT服务器，使游泳者足不出户就可以通过MQTT服务器查阅到当前游泳池的各项数据信息，实现游泳池环境状态的远程访问。

优选的，两个所述温度传感器一前一后放置在常开的辅助循环水泵管道中，所述PH传感器模块和浊度传感器模块也放置在常开的辅助循环水泵管道中，所述湿度传感器设置在游泳池内1.5米高度处，所述常开的辅助循环水泵管道设置于游泳池本身配套的水循环系统、消毒系统和水温系统中。

优选的，所述温度传感器的型号为DS18B20，其用于采集游泳池的水温，所述PH传感器模块用于实时检测游泳池池水的PH值，所述浊度传感器模块用于检测泳池水的浑浊度情况，所述湿度传感器用来检测游泳池室内的湿度指数。

优选的，所述PH传感器模块可将其复合电极输出的mV级电压转换为0-5V的模拟电压信号，使用时，通过BNC接头与PH传感器模块的复合电极进行连接，并扩展有温度传感器接口，便于进行软件温度补偿。

优选的，所述浊度传感器模块的型号为TSW-30，所述浊度传感器模块利用光学原理，通过游泳池水的透光率和散射率来综合判断浊度情况；

所述浊度传感器模块内部有一个红外线对管，当光线穿过游泳池水时，光线的透过量取决于该游泳池泳池水的浑浊程度，游泳池水越浑浊，透过的光就越少；

所述浊度传感器模块光接收端将透过游泳池水的光线强度转换为电流大小，透过的光越多，电流越大，反之透过的光越少，电流越小；

所述浊度传感器模块将输出的电流信号转换为电压信号，通过MCU芯片的AD转换器进行AD转换数据处理，经过MCU芯片的模数转换器的模数转换从而得到当前的浑浊度等级。

优选的，所述湿度传感器的型号为DHT11，其能够检测的湿度范围为20-90％RH，误差范围在±5％RH，符合游泳池的室内环境范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主要针对于游泳池管理进行优化，完善游泳池管理的不足，以远低于游泳池运营的成本使游泳池管理简化掉过多的采集检测步骤，使用各种传感器获得游泳池游泳环境的实时数据，并且通过传感器采集的游泳池信息，驱动相应的外围设备，使游泳池保持一个适宜、良好的游泳环境。而游泳池物联网技术的应用，将游泳池的各项信息上传至用户端，不仅使泳池管理的经验值数字化，而且使泳池信息透明化，前来游泳健身者参考用户端信息，合理安排自己的健身时间。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明温度传感器的接线示意图；

图3为本发明浊度传感器模块的浑浊度等级划分表；

图4为本发明湿度传感器的接线示意图；

图5-图7为本发明ESP32模块电路图；

图8为本发明流程图；

图9为本发明换水子程序示意图；

图10为本发明投药子程序1的示意图；

图11为本发明投药子程序2的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：

一种智能恒温游泳池控制系统，包括：

弱电控制回路，其包括两个温度传感器、PH传感器模块、浊度传感器模块和湿度传感器，所述温度传感器、PH传感器模块、浊度传感器模块和湿度传感器与ESP32模块相连；

所述ESP32模块内置有MCU芯片，所述MCU芯片内置有AD转换器和模数转换器；

所述温度传感器和湿度传感器是数字输出，可将温度传感器和湿度传感器的数据线分别与ESP32模块的GPIO口相连，进行数字信号交换；所述浊度传感器模块和PH传感器模块使用模拟信号输入，需要将其模拟信号数据线与ESP32模块的ADC输入通道引脚口相连，进行模数转换，得到所需要的数字信息；

强电控制回路，其包括主循环水泵、除湿机、红色LED灯、蓝色LED灯和绿色LED灯，所述MCU芯片输出的GPIO口无法驱动电机等强电设备，采用继电器控制主循环水泵的电机，加速游泳池热交换；

所述主循环水泵的电机采用电机自锁，使电机可以在MCU芯片发出一个启动信号后，一直处在开启状态；另外使用另一个继电器控制除湿机，使空气湿度达到适宜范围；

所述红色LED灯用于警报PH值过低，提醒工作人员投药，所述蓝色LED灯用于警报PH值过高，停止投药，所述绿色LED灯用于表示游泳池水的浑浊度情况，浑浊度符合游泳池标准范围时，即浑浊度等级小于2NTU，绿色LED灯常亮；

所述ESP32模块内部集成Wi-Fi和蓝牙双模的单芯片，能够将游泳池的各项数据信息通过MQTT协议上传到MQTT服务器，使游泳者足不出户就可以通过MQTT服务器查阅到当前游泳池的各项数据信息，实现游泳池环境状态的远程访问。

具体的，两个所述温度传感器一前一后放置在常开的辅助循环水泵管道中，所述PH传感器模块和浊度传感器模块也放置在常开的辅助循环水泵管道中，所述湿度传感器设置在游泳池内1.5米高度处，所述常开的辅助循环水泵管道设置于游泳池本身配套的水循环系统、消毒系统和水温系统中。

具体的，所述温度传感器的型号为DS18B20，其用于采集游泳池的水温，所述PH传感器模块用于实时检测游泳池池水的PH值，所述浊度传感器模块用于检测泳池水的浑浊度情况，所述湿度传感器用来检测游泳池室内的湿度指数。

具体的，所述PH传感器模块可将其复合电极输出的mV级电压转换为0-5V的模拟电压信号，使用时，通过BNC接头与PH传感器模块的复合电极进行连接，并扩展有温度传感器接口，便于进行软件温度补偿。

具体的，所述浊度传感器模块的型号为TSW-30，所述浊度传感器模块利用光学原理，通过游泳池水的透光率和散射率来综合判断浊度情况；

所述浊度传感器模块内部有一个红外线对管，当光线穿过游泳池水时，光线的透过量取决于该游泳池泳池水的浑浊程度，游泳池水越浑浊，透过的光就越少；

所述浊度传感器模块光接收端将透过游泳池水的光线强度转换为电流大小，透过的光越多，电流越大，反之透过的光越少，电流越小；

所述浊度传感器模块将输出的电流信号转换为电压信号，通过MCU芯片的AD转换器进行AD转换数据处理，经过MCU芯片的模数转换器的模数转换从而得到当前的浑浊度等级。

使用该浊度传感器模块时，将探头放置在常开的辅助循环水泵管道中，由于水流一直在循环，可将在此管道内测量得浑浊度等级看作该游泳池池水的浑浊度等级。浊度传感器模块使用方便，测量精度高，价格低廉。

使用该浊度传感器模块时，由于其个体差异、环境光以及温度的影响，所以在测量之前，必须进行校准。首先，将浊度传感器模块上电，使用接近于0NTU的蒸馏水进行校准，模拟游泳池温度环境温度，然后测量并记录传感器模块的输出电压，在该环境温度下，使用不同的浑浊度游泳池水进行测量与记录，当模拟口输出电压在2.96V-5.00V时，定义为1级浑浊度，当模拟口输电压在2.64V-2.96V时，浑浊度等级为2级，当模拟口输电压在1.84V-2.64V时，浑浊度等级为3级，当模拟口输电压在0V-1.84V时，浑浊度等级为4级。以此为依据，得出下列浑浊度等级划分表。

定义浑浊度等级大于2级时，浑浊度较高，需要进行泳池浑浊度调节，此时，MCU芯片的GPIO口的绿色LED灯灯亮，提醒管理人员投入明矾，使其絮凝，沉淀到游泳池池底，随着循环水系统排出游泳池。

具体的，所述湿度传感器的型号为DHT11，其能够检测的湿度范围为20-90％RH，误差范围在±5％RH，符合游泳池的室内环境范围。

如图8所示，本系统首先将ESP32模块初始化，使能端电平拉低，将GPIO口重置为0。ESP32模块从它的GPIO口所连接的DS18B20温度传感器数据线读取泳池水温度值，从另一个GPIO口所连接的DHT11湿度传感器数据线读取空气湿度值，从带模数转换通道的GPIO口读取E-201-C型PH传感器模块，通过模数转换，获得当前泳池水的PH值，从带模数转换通道的GPIO口读取TWS-30型浊度传感器模块，通过模数转换，获得当前泳池水的浑浊等级。如果先进行投药，由于游泳池水温温度较低时，ESP32模块会通过继电器驱动主循环水泵，将会把刚刚投入的药品进入循环水系统，投药就变得无意义。因此，首先进行换水子程序，而后进行投药子程序。

由ESP32模块的MCU芯片比较当前泳池水的温度值与国家标准值大小，运行换水子程序，换水子程序完成后，运行投药子程序1，判断当前游泳池内PH值与标准值大小，进行投药调节游泳池内PH值至适宜下水，再运行投药子程序2，判断当前游泳池内浑浊度等级，如果超出2级浑浊度，投药使游泳池水变清澈。最后将采集到的游泳池池水温度、室内空气湿度、PH值、浑浊度等级上传至MQTT服务器中，游泳者前来游泳时可通过用户端访问服务器，获得当前游泳池状态。延时一秒钟，重新读取各项数据，循环进行。

如图9所示，运行换水子程序。开始，温度传感器检测水温，由MCU芯片判断温度是否小于26摄氏度，如果游泳池水温温度小于26摄氏度，则MCU芯片的GPIO口输出一个高电平，常开继电器线圈得电吸合，使主循环水泵电机自锁，加快游泳池水的热交换过程，然后判断游泳池水温温度大于28摄氏度，当水温高于28摄氏度时，在另一个GPIO口输出一个高电平，通过一个常闭继电器将主循环水泵的电机停止，主循环管道的游泳池池水热交换停止，返回到主程序。

如图10所示，运行投药子程序1，将PH传感器检测得当前游泳池池水的PH值与预设的标准值对比，当池水的PH值小于6.8时，红色LED灯灯亮警报，提示工作人员加药，如氢氧化钠、碳酸钠等，增加池水的PH值，当池水的PH值大于8.2时，蓝色LED灯灯亮警报，提醒工作人员停止加药，使池水的PH值不高于8.2，返回到主程序。

如图11所示，运行投药子程序2，当浊度传感器检测当前游泳池的浑浊度等级大于2级时，绿色LED灯灯亮警报，提醒工作人员投药，如明矾、硫酸铜等，改善游泳池的澄清度，当使浑浊度等级降低为1级时，保证当前池水的浑浊度等级处于游泳池的国内标准水平，停止投药，返回到主程序。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种智能恒温游泳池控制系统，其特征在于，包括：

弱电控制回路，其包括两个温度传感器、PH传感器模块、浊度传感器模块和湿度传感器，所述温度传感器、PH传感器模块、浊度传感器模块和湿度传感器与ESP32模块相连；

所述ESP32模块内置有MCU芯片，所述MCU芯片内置有AD转换器和模数转换器；

所述温度传感器和湿度传感器是数字输出，可将温度传感器和湿度传感器的数据线分别与ESP32模块的GPIO口相连，进行数字信号交换；所述浊度传感器模块和PH传感器模块使用模拟信号输入，需要将其模拟信号数据线与ESP32模块的ADC输入通道引脚口相连，进行模数转换，得到所需要的数字信息；

强电控制回路，其包括主循环水泵、除湿机、红色LED灯、蓝色LED灯和绿色LED灯，所述MCU芯片输出的GPIO口无法驱动电机等强电设备，采用继电器控制主循环水泵的电机，加速游泳池热交换；

所述主循环水泵的电机采用电机自锁，使电机可以在MCU芯片发出一个启动信号后，一直处在开启状态；另外使用另一个继电器控制除湿机，使空气湿度达到适宜范围；

所述红色LED灯用于警报PH值过低，提醒工作人员投药，所述蓝色LED灯用于警报PH值过高，停止投药，所述绿色LED灯用于表示游泳池水的浑浊度情况，浑浊度符合游泳池标准范围时，即浑浊度等级小于2NTU，绿色LED灯常亮；

所述ESP32模块内部集成Wi-Fi和蓝牙双模的单芯片，能够将游泳池的各项数据信息通过MQTT协议上传到MQTT服务器，使游泳者足不出户就可以通过MQTT服务器查阅到当前游泳池的各项数据信息，实现游泳池环境状态的远程访问。

2.根据权利要求1所述的一种智能恒温游泳池控制系统，其特征在于：两个所述温度传感器一前一后放置在常开的辅助循环水泵管道中，所述PH传感器模块和浊度传感器模块也放置在常开的辅助循环水泵管道中，所述湿度传感器设置在游泳池内1.5米高度处，所述常开的辅助循环水泵管道设置于游泳池本身配套的水循环系统、消毒系统和水温系统中。

3.根据权利要求1所述的一种智能恒温游泳池控制系统，其特征在于：所述温度传感器的型号为DS18B20，其用于采集游泳池的水温，所述PH传感器模块用于实时检测游泳池池水的PH值，所述浊度传感器模块用于检测泳池水的浑浊度情况，所述湿度传感器用来检测游泳池室内的湿度指数。

4.根据权利要求1所述的一种智能恒温游泳池控制系统，其特征在于：所述PH传感器模块可将其复合电极输出的mV级电压转换为0-5V的模拟电压信号，使用时，通过BNC接头与PH传感器模块的复合电极进行连接，并扩展有温度传感器接口，便于进行软件温度补偿。

5.根据权利要求1所述的一种智能恒温游泳池控制系统，其特征在于：所述浊度传感器模块的型号为TSW-30，所述浊度传感器模块利用光学原理，通过游泳池水的透光率和散射率来综合判断浊度情况；

所述浊度传感器模块内部有一个红外线对管，当光线穿过游泳池水时，光线的透过量取决于该游泳池泳池水的浑浊程度，游泳池水越浑浊，透过的光就越少；

所述浊度传感器模块光接收端将透过游泳池水的光线强度转换为电流大小，透过的光越多，电流越大，反之透过的光越少，电流越小；

所述浊度传感器模块将输出的电流信号转换为电压信号，通过MCU芯片的AD转换器进行AD转换数据处理，经过MCU芯片的模数转换器的模数转换从而得到当前的浑浊度等级。

6.根据权利要求1所述的一种智能恒温游泳池控制系统，其特征在于：所述湿度传感器的型号为DHT11，其能够检测的湿度范围为20-90％RH，误差范围在±5％RH，符合游泳池的室内环境范围。

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