开源的高精度亚硝酸盐、磷酸盐检测仪

xukejing · 发表于 2022-6-27 10:40:23

本帖最后由 xukejing 于 2022-6-27 10:54 编辑

ESP32/Arduino/Matlab兼容的开源亚硝酸盐、磷酸盐检测仪。本项目以GPL协议开源，提供传感器驱动库的源码、仪器固件源码、上位机源码、结构零件CAD图，以及详细开发文档。
详细中文版说明文档见：高精度亚硝酸盐、磷酸盐检测仪开发文档
需要3D打印的结构件见：Open-Source Photometer by xukejing
测试实物.jpg

仪器使用光度计原理，按照海水化学要素调查的国标规范GB/T 12763.4-2007，亚硝酸盐检测使用磺胺和盐酸萘乙二胺的亚硝酸重氮偶合显色反应，磷酸盐检测使用酒石酸锑钾、钼酸铵和维生素C的磷酸盐磷钼蓝显色反应。本仪器对亚硝酸盐显色反应有较高的分辨率，可正常检测0.1umol/L以下的亚硝酸盐浓度。其中亚硝酸盐检测标准浓度曲线的线性回归系数R2高达0.9985，接近实验室专业仪器，下图是实际测量鱼缸亚硝酸含量时的截图，其中1.091为测量后换算得到鱼缸亚硝酸盐测量值，R2为线性回归系数。左右两图使用不同的方式拟合标准浓度曲线，使测算结果略有不同，但浓度检测的小数点后3位都是一致的。

线性回归

仪器使用的比色皿光程1厘米，低于国标要求。但得益于所使用的光电传感器方案具有较高的放大倍数和灵敏度，且分辨率位数高达16位，使仪器可以识别非常微小的透光度变化。甚至对于肉眼看完全透明的溶液的吸光度差异也能正常识别，可以正常定量检测纯水、矿泉水、海水之间的吸光度差别。

物料清单（总采购成本小于55元）

硬件方案对成本做了优化。单台检测仪造价的物料采购成本小于55元。如果工程批量采购，预计能低至50元以内。具体物料如下：

电子设备方面，GY-2561模块11元，微雪TSL25911模块19元，ESP32开发板15元，1颗绿光520nm 3mm LED和1颗红外850nm 3mmLED忽略不计，2个250欧电阻忽略不计，杜邦线若干忽略不计；
结构方面，外壳及传感器支架全部使用3D打印，材料用量约58克，按50元每公斤计，约3元；
标准件方面，两个10mm玻璃比色皿5元，M3x4x3 注塑预埋螺母4颗忽略不计，M3x8螺丝4颗忽略不计。

硬件原理图和接线实物图
原理图.jpg

固件和软件源码
仪器固件、上位机软件的开源地址见：Gitee上的开源地址

致谢
感谢林博士提供的方案参考，参考文章：
林北辰,环境水体营养盐的无泵无阀低成本原位分析仪器的研发及应用[D],厦门大学

有时寂寞 · 发表于 2022-6-27 15:01:47

真牛

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weicyboy · 发表于 2022-7-10 15:04:52

大佬太牛逼了！！感谢！！正好我有打印机元件也在淘宝搞定了就是电路图不会看怎么办

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zoea · 发表于 2022-6-28 21:13:46

太好了，民间的创造力越来越强大了！

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nickolas · 发表于 2022-6-27 11:01:51

感谢分享

吴奇隆 · 发表于 2022-6-27 12:42:37

牛人

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秦大毅 · 发表于 2022-6-27 13:06:27

牛逼牛逼

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礁岩极限 · 发表于 2022-6-27 15:52:24

真厉害

547506657 · 发表于 2022-6-27 20:20:50

这个牛逼，可以搞起来

彩虹小羊 · 发表于 2022-6-27 21:45:29

开源好啊。

beggar · 发表于 2022-6-28 00:13:01

来众筹100台

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xukejing · 发表于 2022-6-28 09:52:35

beggar 发表于 2022-6-28 00:13
来众筹100台

这个项目不直接商业化，也没必要搞套件出售。本项目的硬件方案是完全为DIY爱好者量身定做的，自行采购不会有难度。
过去开源界发生过一些有趣的事情，比如稚晖君兴致勃勃地搞了个高大上的开源项目，分享后发现即使是自动化专业出身的玩家，拿到稚晖君的设计资料后也因为加工条件限制而复现不了，最后还得找专业厂家代工。
于是，本项目为了让高中生参加科创比赛也能正常使用，考虑了玩家们的实际条件，没有在电子设备和机械工艺上设置任何绊脚石。电子零件使用的都是非常容易购买到的现成的模块，比如广盈的GY2561，微雪的TSL25911，单片机开发板更是非常便宜的ESP32；CAD零件也已考虑配合间隙，对加工精度要求不高，普通桌面级3D打印机就能胜任。

xukejing · 发表于 2022-6-28 10:10:19

彩虹小羊发表于 2022-6-27 21:45
开源好啊。

以前我们这些极客就探讨过用GNU开源的智能车方案造辆车，还是买一台现成的特斯拉。我们的开源方案不一定比商品闭源的性能好，但是我们任何时候都能改进它；比如我们可以换装任何车门，想装啥规格的车门就是啥，甚至车头可以左右安装两个不同型号的前灯；如果车坏了，通过详细的技术文档和可方便购买到的零件，玩家自己就可以动手修复它；最后，即使在某个版本里，它的某项功能还不完善，也可以通过GNU界的开发者们共同努力，在下个版本或下下个版本里被改进。
微信图片_20220628100729.jpg

感谢支持，虽然现在这个项目的外观还很丑陋，我们也不一定能把它做得像那些闭源商品那样美观，但是相信能给国内水族电子设备厂家一些灵感，通过来自GNU开源界的新技术技术的驱动力注入，推动水族电子设备的技术演替。
如果森森或尼特利能推出200块钱一套的水质监测仪，工业设计做得跟苹果，我们都会购买的。

beggar · 发表于 2022-6-28 19:25:45

xukejing 发表于 2022-06-28 09:52
这个项目不直接商业化，也没必要搞套件出售。本项目的硬件方案是完全为DIY爱好者量身定做的，自行采购不会有难度。
过去开源界发生过一些有趣的事情，比如稚晖君兴致勃勃地搞了个高大上的开源项目，分享后发现即使是自动化专业出身的玩家，拿到稚晖君的设计资料后也因为加工条件限制而复现不了，最后还得找专业厂家代工。
于是，本项目为了让高中生参加科创比赛也能正常使用，考虑了玩家们的实际条件，没有在电子设备和机械工艺上设置任何绊脚石。电子零件使用的都是非常容易购买到的现成的模块，比如广盈的GY2561，微雪的TSL25911，单片机开发板更是非常便宜的ESP32；CAD零件也已考虑配合间隙，对加工精度要求不高，普通桌面级3D打印机就能胜任。

实在扛不住懒

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gggqqv · 发表于 2022-6-29 21:25:48

强烈支持！

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康康康康康康 · 发表于 2022-7-1 17:16:24

理科废柴的我，手工能力八级残废的我，默默的说一句，楼主成品化可以么，我买可以吗

xukejing · 发表于 2022-7-2 23:18:59

今天更新了磷酸盐检测代码。并调配了各个浓度标准溶液测试了曲线。磷酸盐检测标准浓度曲线的线性回归系数R2为0.9950，略低于实验室专业仪器。
因为没有移液枪精确控制微量液体，我在调标准溶液时按每3滴0.1mL稀释，稍微引入了一些实验误差。但总的来说，R2还是可以看的。磷酸盐标准浓度-吸光度校准曲线、磷酸盐检测代码都已更新到我的gitee项目中。

海新 · 发表于 2022-7-3 20:36:58

楼主可以私信一下led的购买链接么？

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彩虹小羊 · 发表于 2022-7-5 11:00:46

xukejing 发表于 2022-7-2 23:18
今天更新了磷酸盐检测代码。并调配了各个浓度标准溶液测试了曲线。磷酸盐检测标准浓度曲线的线性回归系数R2 ...

 不明觉厉

xukejing · 发表于 2022-7-5 19:33:09

海新发表于 2022-7-3 20:36
楼主可以私信一下led的购买链接么？

分别淘宝关键字
led 3mm 850nm
led 3mm 翠绿

海新 · 发表于 2022-7-9 17:05:17

测量磷要配置的溶液好多，楼主有什么简单的测量方法么？

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