Arduino Nano 33 IoT: Мультипараметрический датчик воды (EC, pH, ORP) с BLE и PWA

Компоненты и материалы

Arduino Nano 33 IoT	×	1
Microfire LLC Isolated EC Probe Interface (изолированный интерфейс зонда EC)	×	1
Microfire LLC Isolated ISE Probe Interface (изолированный интерфейс ионоселективного электрода)	×	2

О проекте

Что мы будем создавать?

Устройство для измерения электропроводности (EC), pH, окислительно-восстановительного потенциала (ORP) и температуры. Оно подходит для мониторинга бассейнов, гидропонных установок и аквариумов. Данные передаются по Bluetooth Low Energy (BLE) и отображаются на веб-странице через Web Bluetooth. Для удобства проект оформлен как Progressive Web App (PWA) — его можно «установить» на смартфон прямо из браузера.

Все компоненты можно приобрести на ufire.co.

Расшифровка терминов

• EC / pH / ORP / температура — основные параметры качества воды. Электропроводность (EC) применяется в гидропонике для контроля питательного раствора, pH показывает кислотность/щелочность, ORP — способность воды к самообеззараживанию.
• Bluetooth Low Energy (BLE) — энергоэффективный беспроводной протокол. Плата Arduino Nano 33 IoT имеет встроенные модули Wi-Fi и BLE.
• Web Bluetooth — API в браузерах Chrome и Opera, позволяющее веб-странице общаться с BLE-устройством напрямую.
• Progressive Web App (PWA) — веб-приложение, ведёт себя как нативное: можно установить на главный экран, работает офлайн, имеет иконку.

Железо

Платы uFire ISE имеют одинаковый I2C-адрес. Так как мы используем две такие платы (одну для pH, вторую — для ORP), адрес одной нужно изменить. Выбираем плату для ORP и меняем её адрес на 0x3E по инструкции.

Сборка проста: все модули используют систему Qwiic (JST-SH 4-pin). Соединяем их в цепочку. Для подключения к Nano 33 IoT нужен один кабель Qwiic–Male (мама). Цветовая маркировка проводов:

• Чёрный → GND
• Красный → 3.3V или 5V
• Синий → SDA (A4)
• Жёлтый → SCL (A5)

Температурный датчик подключается к плате EC (хотя все платы поддерживают измерение температуры). Зонды EC, pH и ORP подключаются BNC-разъёмами. Рекомендуется поместить всё в корпус — водная среда требует защиты электроники.

Программная часть

ПО делится на две части: прошивка Nano 33 и веб-страница.

Алгоритм работы:

1. Веб-страница подключается к Nano по BLE.
2. Страница отправляет текстовые команды (запрос измерения, калибровка и т.д.).
3. Nano принимает команду, выполняет её и возвращает JSON-ответ.
4. Страница обновляет интерфейс.

BLE-сервисы и характеристики

В прошивке используется один кастомный сервис и две характеристики:

BLEService uFire_Service("4805d2d0-af9f-42c1-b950-eae78304c408");
BLEStringCharacteristic tx_Characteristic("50fa7d80-440a-44d2-967a-ec7731ec736a", BLENotify, 20);
BLEStringCharacteristic rx_Characteristic("50fa7d80-440b-44d2-967b-ec7731ec736b", BLEWrite, 20);

• tx_Characteristic (с флагом BLENotify) — отправка данных на веб-страницу (измерения, статусы).
• rx_Characteristic (с флагом BLEWrite) — приём команд со страницы.

Инициализация BLE:

BLE.setLocalName("uFire BLE");
BLE.setAdvertisedService(uFire_Service);
uFire_Service.addCharacteristic(tx_Characteristic);
uFire_Service.addCharacteristic(rx_Characteristic);
BLE.addService(uFire_Service);
rx_Characteristic.setEventHandler(BLEWritten, rxCallback);
BLE.advertise();

rx_Characteristic.setEventHandler(BLEWritten, rxCallback) — вызывает функцию rxCallback при записи в характеристику. BLE.advertise() запускает анонсирование устройства.

Текстовые команды

Обмен данными происходит простыми текстовыми командами. Библиотека uFire поддерживает JSON и MsgPack; в проекте используется JSON для читаемости.

Пример:

• Страница отправляет ec в rx_Characteristic.
• Nano возвращает {"ec":1.24} в tx_Characteristic.
• Страница отображает значение.

Веб-страница (Vue.js + Web Bluetooth)

Фронтенд на Vue.js без бэкенда, без сборщиков (plain JS/CSS). Стилизация — Bulma. В <head> подключён манифест PWA:

<link rel="manifest" href="manifest.json">

JS разбит на модули: app.js (UI, Vue), ble.js (Bluetooth), ec.js, ph.js, orp.js (команды датчиков).

Особенности Web Bluetooth

• Работает только в Chrome/Opera.
• Подключение инициируется только пользовательским действием (нажатие кнопки).
• Фильтр по имени (namePrefix: "uFire") и optionalServices обязательны.
• Chrome показывает системный диалог выбора устройства — это требование безопасности.

Подключение к характеристикам и подписка на уведомления:

service = await server.getPrimaryService(this.serviceUuid);
characteristic = await service.getCharacteristic(this.txUuid);
await characteristic.startNotifications();
characteristic.addEventListener("characteristicvaluechanged", this.value_update);

Таймер опрашивает датчики каждые 5 секунд. Функция value_update парсит входящий JSON и обновляет UI.

Важно: для работы Web Bluetooth страница должна быть обслужена по HTTPS. Для локальной разработки удобен serve-https.

PWA: превращаем страницу в приложение

Шаги:

1. manifest.json — генерируется онлайн (например, App Manifest Generator). Ключевые поля: scope, start_url, display: "standalone". Файл кладётся в корень сайта.
2. Service Worker — для кэширования и офлайн-работы. Используется стандартный шаблон от Google с перечнем кэшируемых файлов. Регистрация в mounted() Vue:

mounted: function () {
  if ('serviceWorker' in navigator) {
    navigator.serviceWorker.register('service-worker.js');
  }
},

3. Иконки — генерируются через FavIcon Generator.

Проверка — через Lighthouse. При успехе Chrome предложит установить приложение баннером.

Код

• Репозиторий на GitHub (прошивка + веб-часть)
• Arduino Create: доступен в репозитории

Схемы

Все соединения выполнены кабелями Qwiic.