Elaborarea unui sistem automatizat de monitorizare a calității apei utilizând senzori IoT

Abstract

Scopul și obiectivele lucrării: Scopul principal al lucrării constă în proiectarea și realizarea unui sistem automatizat de monitorizare și control al calității apei, capabil să măsoare în timp real parametrii fizico-chimici esențiali ai apei și să intervină automat în procesul de tratare a acesteia atunci când valorile măsurate depășesc limitele admisibile. Sistemul este conceput pentru a reduce intervenția umană, a crește fiabilitatea procesului de monitorizare și a asigura utilizarea sigură și eficientă a resurselor de apă. Asigurarea scopului propus presupune realizarea următoarelor obiective: analiza parametrilor de calitate ai apei și a metodelor moderne de monitorizare, proiectarea arhitecturii hardware și software a sistemului automatizat, selectarea și integrarea senzorilor specifici pentru pH, turbiditate, conductivitate electrică, oxigen dizolvat și temperatură, dezvoltarea algoritmilor de achiziție, filtrare și interpretare a datelor, implementarea mecanismului de control automat pentru redirecționarea apei către o instalație de filtrare, precum și integrarea sistemului cu tehnologii IoT și aplicații de tip smart home pentru monitorizare și control de la distanță. Această lucrare reprezintă un studiu complex axat pe aplicarea tehnologiilor moderne de automatizare și Internet of Things în domeniul monitorizării calității apei. Scopul principal al tezei constă în dezvoltarea unei soluții inteligente care să asigure monitorizarea continuă, prevenirea utilizării apei neconforme și optimizarea proceselor de tratare, prin utilizarea senzorilor specializați și a unui sistem embedded flexibil și scalabil. Un rol important în cadrul lucrării îl ocupă partea teoretică, în care sunt prezentate noțiunile fundamentale privind calitatea apei, importanța monitorizării acesteia, caracteristicile principalilor parametri fizico-chimici și impactul acestora asupra mediului și sănătății. De asemenea, sunt analizate soluțiile existente de monitorizare a apei și tendințele actuale în utilizarea tehnologiilor IoT pentru aplicații de mediu și automatizare. În partea practică a tezei este proiectat și implementat un sistem automatizat de monitorizare și control al calității apei, bazat pe platforma Arduino și modulul de comunicație ESP8266. Soluția propusă include integrarea mai multor senzori, dezvoltarea algoritmilor de decizie automată și realizarea unui mecanism de control al fluxului de apă prin intermediul electrovalvelor. Totodată, este efectuată o evaluare economică detaliată a soluției implementate, evidențiind fezabilitatea acesteia și justificarea investiției prin prisma beneficiilor directe și indirecte obținute. Lucrarea demonstrează că sistemul propus poate fi aplicat gradual și adaptat diverselor domenii, contribuind la creșterea siguranței, eficienței și sustenabilității utilizării resurselor de apă.

Purpose and objectives of the thesis: The main purpose of the thesis is the design and implementation of an automated system for monitoring and controlling water quality, capable of measuring in real time the essential physicochemical parameters of water and automatically intervening in the treatment process when the measured values exceed the admissible limits. The system is designed to reduce human intervention, increase the reliability of the monitoring process, and ensure the safe and efficient use of water resources. Achieving the proposed purpose involves the following objectives: analysis of water quality parameters and modern monitoring methods; design of the hardware and software architecture of the automated system; selection and integration of specific sensors for pH, turbidity, electrical conductivity, dissolved oxygen, and temperature; development of data acquisition, filtering, and interpretation algorithms; implementation of an automatic control mechanism for redirecting water to a filtration installation; as well as integration of the system with IoT technologies and smart home applications for remote monitoring and control. This thesis represents a comprehensive study focused on the application of modern automation technologies and the Internet of Things in the field of water quality monitoring. The main goal of the thesis is to develop an intelligent solution that ensures continuous monitoring, prevents the use of non-compliant water, and optimizes treatment processes through the use of specialized sensors and a flexible and scalable embedded system. An important role in the thesis is played by the theoretical part, which presents the fundamental concepts related to water quality, the importance of its monitoring, the characteristics of the main physicochemical parameters, and their impact on the environment and human health. In addition, existing water monitoring solutions and current trends in the use of IoT technologies for environmental and automation applications are analyzed. In the practical part of the thesis, an automated system for monitoring and controlling water quality is designed and implemented, based on the Arduino platform and the ESP8266 communication module. The proposed solution includes the integration of multiple sensors, the development of automatic decision-making algorithms, and the implementation of a water flow control mechanism using solenoid valves. Furthermore, a detailed economic evaluation of the implemented solution is carried out, highlighting its feasibility and justifying the investment through the direct and indirect benefits obtained. The thesis demonstrates that the proposed system can be applied gradually and adapted to various fields, contributing to increased safety, efficiency, and sustainability in the use of water resources.