水是維持人體正常生理活動(dòng)不可或缺的物質(zhì)。人們對(duì)飲用水的品質(zhì)要求越來(lái)越高，很多人在家中安裝了凈水設(shè)備，但凈水設(shè)備產(chǎn)生的廢水被直接排入下水道，浪費(fèi)水資源。

市面上銷售的桶裝水存在二次污染現(xiàn)象，家用純水機(jī)、凈水器的濾芯如果未及時(shí)被清洗，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)滋生病菌，危害身體健康。目前，市面上能實(shí)現(xiàn)分質(zhì)供水的凈水器工藝繁瑣，操作復(fù)雜，用戶很難適應(yīng)凈水系統(tǒng)的使用方式；凈化水產(chǎn)水時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，難以滿足用戶臨時(shí)大量用水的需要；凈水系統(tǒng)中大量沖洗水的直接排放造成水資源的浪費(fèi)。

不同品質(zhì)的水的用途各不相同，我們經(jīng)過(guò)思考，決定讓家用凈水器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)供水功能。

一、設(shè)計(jì)思路

在供水系統(tǒng)前加裝濁度傳感器，它能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷自來(lái)水是否通入用戶家中。加裝前置過(guò)濾器，初步過(guò)濾除去水中的大顆粒雜質(zhì)和懸浮物。

未經(jīng)過(guò)濾的水可用于沖洗廁所、澆花等，過(guò)濾后的水則接入反滲透膜處理器。通過(guò)反滲透膜的水為用戶提供直飲水，而不能通過(guò)反滲透膜的水則作為基本生活用水。

二、成員分工

何欣偉主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目的查新、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、撰寫研究報(bào)告；李柟霖主要負(fù)責(zé)研究日志的撰寫、方案的設(shè)計(jì)與選擇、程序編寫。兩人協(xié)作完成材料的準(zhǔn)備，樣機(jī)的制作、測(cè)試與改進(jìn)。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

家用主動(dòng)去濁分級(jí)式供水系統(tǒng)主要由濁度傳感器、二位三通電磁閥、前置過(guò)濾器、RO反滲透膜四部分組成。

四、制作過(guò)程

網(wǎng)購(gòu)前置過(guò)濾器、RO反滲透膜及外殼、Arduino模塊、濁度傳感器、二位三通電磁閥、PVC水管、水管固定座等，組裝系統(tǒng)。用3D打印機(jī)打印RO反滲透膜外殼固定卡扣。

家用主動(dòng)去濁分級(jí)式供水系統(tǒng)通過(guò)濁度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自來(lái)水管中水的品質(zhì)。當(dāng)水質(zhì)異常時(shí)，Arduino模塊控制繼電器工作，二位三通電磁閥斷開，停止供水，與家庭用水管道隔離，并通過(guò)廢水管道排出濁水，水質(zhì)正常后恢復(fù)供水。

五、樣品測(cè)試與改進(jìn)

（一）管路密封防漏測(cè)試

當(dāng)加壓到1個(gè)大氣壓時(shí)出現(xiàn)5個(gè)漏水點(diǎn)。在接口處加密封膠后不再漏水。

（二）濁度監(jiān)測(cè)與控制靈敏度測(cè)試

當(dāng)濁度值低于300時(shí)，表示水質(zhì)污濁；大于700時(shí)，表示水質(zhì)良好。當(dāng)濁度傳感器安裝位置與地面平行時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示會(huì)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。

控制閾值調(diào)整為500，將濁度傳感器安裝位置與地面成45°后，靈敏度大大提高。

（三）智能控制裝置功耗測(cè)試

將普通干電池?fù)Q成鋰電池，加裝管道水流發(fā)電機(jī)給鋰電池充電。經(jīng)測(cè)試，家庭正常用水時(shí)可給鋰電池提供8.4 V、1.2 A的電能。

六、創(chuàng)新點(diǎn)

（一）利用智能設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水的濁度，當(dāng)超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)主動(dòng)打開排水閥，將污水直接排入下水道，避免污染、損壞家用管道。

（二）根據(jù)用戶對(duì)不同水質(zhì)的需求分為三級(jí)供水，每級(jí)過(guò)濾裝置為下級(jí)用水提供水源，并承擔(dān)本級(jí)裝置的自動(dòng)清洗工作，確保系統(tǒng)的良性循環(huán)。（指導(dǎo)老師：張才友）

專家點(diǎn)評(píng)

何欣偉、李柟霖同學(xué)的家用主動(dòng)去濁分級(jí)式供水系統(tǒng)是一個(gè)專業(yè)性較強(qiáng)的創(chuàng)新項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目的完成充分體現(xiàn)了兩位同學(xué)：其一，具有良好的科學(xué)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對(duì)科學(xué)研究工作的基本規(guī)律和方法有一定理解，基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)掌握較扎實(shí)，對(duì)自己研究的成果具有分享意愿。其二，具有一定的綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。尤其值得提倡的是，兩位同學(xué)把自己在研究過(guò)程中所作的貢獻(xiàn)寫得明明白白，充分體現(xiàn)了其具有良好的知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)和對(duì)勞動(dòng)成果的尊重之情。

需要指出的是，這個(gè)項(xiàng)目要完成好，得益于學(xué)生所在學(xué)校有專業(yè)的指導(dǎo)老師，學(xué)生也有良好的創(chuàng)新實(shí)踐基礎(chǔ)。如不具備這兩個(gè)條件，建議大家不要涉足這種專業(yè)性較強(qiáng)的項(xiàng)目，不僅難以完成，還會(huì)打擊學(xué)生的創(chuàng)新積極性。

值得與同學(xué)們探討的是，我們能否考慮那些還處于僅靠一口井、一個(gè)窖飲水的農(nóng)村家庭，為他們排憂解難，為鄉(xiāng)村振興出力呢？