АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ И ДОЖДЕВЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ

ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1643 УДК: 001.895 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ И ДОЖДЕВЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ Раджабова Махфуза Азимовна к.т.н., доцент Ташкентский государственный технический университет Аннотация:В статье рассматриваются вопросы совершенствования технологий автоматизированного сбора и очистки дождевых вод с применением современных средств автоматики и контроля. Представлены основные принципы построения автоматизированной системы, обеспечивающей рациональное использование дождевых осадков, снижение загрязнения водоёмов и минимизацию воздействия антропогенных факторов. Рассмотрены алгоритмы управления, методы фильтрации и мониторинга, а также влияние климатических условий на эффективность работы системы. Ключевые слова:автоматизация, дождевые воды, система очистки, мониторинг, управление, экология, датчики, фактор, ресурс, фильтрация. Введение. Проблема рационального использования водных ресурсов и минимизации загрязнений в условиях растущей урбанизации становится всё более актуальной. Дождевые воды, попадающие в городскую дренажную сеть, нередко содержат вредные примеси - нефтепродукты, тяжёлые металлы, пыль и мусор, что приводит к загрязнению окружающей среды. В связи с этим возникает необходимость разработки автоматизированных систем сбора, фильтрации и повторного использования дождевой воды с учётом природноклиматических факторов и экологических требований [1]. Постановка задач. Основная цель исследования - совершенствование технологии сбора и очистки дождевых вод на основе автоматизированных средств контроля и управления. Для достижения цели решаются следующие задачи: 1. Разработка структурной схемы автоматизированной системы сбора и очистки дождевых вод. 2. Определение влияния климатических факторов (интенсивности осадков, температуры, загрязнённости атмосферы) на эффективность работы системы. 3. Разработка алгоритма автоматического регулирования скорости сбора, фильтрации и накопления воды. 4. Подбор оптимальных датчиков для мониторинга уровня, расхода и качества воды [2]. Решение задач. Система управления построена на базе микроконтроллера Arduino или ПЛК, связанного с блоком сбора данных и интерфейсом удалённого мониторинга. Принцип работы автоматического определения дождя и включения насосов. Для фиксации начала дождя используется комплекс датчиков, соединённых с микроконтроллером. Датчик дождя - фиксирует первые капли влаги на чувствительной пластине. При попадании капель воды изменяется электрическое сопротивление или ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1644 ёмкость пластины. Микроконтроллер получает цифровой или аналоговый сигнал (HIGH/LOW), по которому определяется начало дождя. Датчик уровня воды Ultrasonic измеряет уровень воды в водосборной ёмкости или дренажном лотке. Если уровень воды начал быстро расти - система подтверждает, что идёт дождь. При достижении заданного уровня подаётся сигнал на включение насосов. Датчик дождя позволяет определить появление капель влаги и вовремя предупредить пользователя, включив оповещение (рис.1) [3]. Рис.1. Датчик дождя FC-37 Модуль датчика состоит из двух частей: Первая часть - сама плата обнаружения капель. Она отслеживает количество попавшей на неё влаги. Вторая часть датчика – сдвоенный компаратор LM393 (Рис.2). ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1645 Рис.2. Принципиальная схема модуля датчика дождя FC-37 Его главная задача – преобразование значения с датчика в аналоговый сигнал от 0 до 5 вольт. У модуля датчика доступно два выхода: Аналоговый. Значение, получаемое контроллером, будет варьироваться от 0 до 1023, где 0 – все затопило или идёт ливень, датчик очень влажный, 1023 – сухая погода, датчик сухой (в некоторых датчиках встречаются противоположные значения, 1023 - максимальная влажность, 0 - максимальная сухость). Цифровой. Выдаёт высокое (5В) или низкое напряжение в случае превышения некоторого порога. Уровень порога срабатывания регулируется с помощью подстроечного резистора [4]. Параметры датчика: VCC – питание 5В GND – заземление АO – аналоговый выход, например, A1 DO – цифровой выход Датчик дождя состоит из двух частей: электронной платы и платы для сбора дождевых капель. Чувствительность датчика дождя настраивается при помощи потенциометра. Кроме того, у датчика дождя есть два светодиода: первый загорается, когда датчик начинает получать питание, а второй, когда датчик начинает отправлять цифровые данные (рис.3). Рис.3. Принципиальная схема преобразовательного модуля датчик дождя FC-37 ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1646 Рис.4. Технологическая схема соединения датчика дождя FC-37 Принцип работы: Если плата мокра - сопротивление увеличивается, а выходное напряжение уменьшается. Если плата суха - сопротивление уменьшается, а выходное напряжение повышается (рис.5). ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1647 Рис.5. Принцип работы датчик дождя FC-37 Автоматическое включение насосов происходит когда микроконтроллер фиксирует сигнал от датчика дождя и рост уровня воды, активируется алгоритм, контроллер проверяет: 1. уровень воды в сборнике < максимального значения; 2. насос в состоянии «готов». При выполнении условий микроконтроллер подаёт сигнал на реле. Реле замыкает электрическую цепь питания и насос перекачивает дождевую воду в накопительный резервуар. Когда датчик дождя перестаёт фиксировать капли, и уровень воды перестаёт расти, контроллер определяет, что осадки закончились. Если уровень воды в накопителе достиг предельного значения, система отключает насос, чтобы предотвратить переполнение. После дождя может автоматически включаться режим фильтрации и аэрации, если предусмотрен блок очистки воды [5]. Таблица №1. ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1648 #define RAIN_SENSOR A0 #define LEVEL_SENSOR A1 #define RELAY_PIN 7 void setup () { pinMode (RELAY_PIN, OUTPUT); digitalWrite (RELAY_PIN, LOW); } void loop() { int rainValue = analogRead (RAIN_SENSOR); int levelValue = analogRead (LEVEL_SENSOR); if (rainValue < 500 && levelValue > 300) { digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH); } else { digitalWrite (RELAY_PIN, LOW); } delay (1000); } Алгоритм основан на последовательном считывании данных с двух аналоговых датчиков - датчика дождя (RAIN_SENSOR) и датчика уровня жидкости (LEVEL_SENSOR). Инициализация системы: при запуске микроконтроллер устанавливает реле в состояние «выключено», что предотвращает случайное включение насоса при подаче питания (таблица №1). Считывание данных: выполняется считывание значений с датчиков дождя и уровня жидкости через функции analogRead(). Логическая обработка: если дождь обнаружен (rainValue < 500) и уровень воды превышает порог (levelValue > 300), насос активируется. Управление насосом: при нарушении любого из условий насос автоматически выключается. Контрольная задержка: пауза в 1000 мс предотвращает избыточное срабатывание (рис.6.). Адаптивность система реагирует на погодные изменения в реальном времени. Энергоэффективность насос включается только при наличии дождя и достаточном уровне воды. ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1649 Рис.6. Блок-схема алгоритм управления объекта. Математическая модель. Пусть R - значение датчика дождя (0 - 1023), L - значение уровня воды, S - состояние насоса (0 - выкл., 1 - вкл.). Тогда алгоритм описывается логическим выражением: S = 1, если R < 500 и L > 300; иначе S = 0. Сравнительный анализ характеристик системы автоматического сбора дождевых вод и сравнительные графики и научный анализ характеристик системы автоматического управления насосом сбора дождевых вод. Исследованы параметры уровня воды, энергопотребления, интенсивности осадков и эффективности системы. ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1650 Рис.7. Изменение уровня воды во времени. График показывает, что автоматическая система стабилизирует уровень воды и предотвращает переполнение резервуара. Рис.8. Энергопотребление насоса при разных порогах датчика дождя. Зависимость энергопотребления от порога чувствительности показывает оптимум при RainValue ≈ 450 - 500. ISSN: 3030-3931, Impact factor: 7,241 Volume 10, issue 1, Oktabr 2025 https://worldlyjournals.com/index.php/Yangiizlanuvchi worldly knowledge OAK Index bazalari : research gate, research bib. Qo’shimcha index bazalari: zenodo, open aire. google scholar. Original article 1651 Рис.9. Реакция системы на интенсивность дождя. Система корректно реагирует на изменения интенсивности осадков, исключая ложные срабатывания. Рис.10. Коэффициент эффективности работы системы. Автоматическое управление обеспечивает эффективность в 1.8 - 2.2 раза выше, чем при ручном режиме. Выводы. Разработанный алгоритм позволяет эффективно управлять насосной системой сбора дождевых вод. Внедрение такой системы способствует решению задач