Аналітична система моніторингу параметрів якості питної води

Гутьман, Даніл Дмитрович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10062
Title:	Аналітична система моніторингу параметрів якості питної води
Authors:	Уткіна , Тетяна Юріївна Гутьман, Даніл Дмитрович
Keywords:	моніторинг якості питної води, аналітична система, Інтернет речей (IoT), мікроконтролер, датчик pH, датчик TDS, датчик каламутності, датчик температури, бездротова передача даних, хмарні технології, цифрова обробка сигналів, автоматизований контроль
Issue Date:	Jun-2026
Abstract:	У кваліфікаційній роботі розроблено аналітичну систему моніторингу параметрів якості питної води з використанням технологій Інтернету речей (IoT). Проведено аналіз предметної області та огляд існуючих рішень для моніторингу якості води, розглянуто принципи роботи вимірювальних датчиків і способи бездротової передачі даних. Обґрунтовано вибір основних компонентів системи для вимірювання кислотності (pH), загального вмісту розчинених речовин (TDS), каламутності та температури води. Розроблено структурну й електричну принципову моделі системи, алгоритм опитування датчиків і цифрової обробки сигналів, а також програму керування мікроконтролером. Розглянуто можливості інтеграції системи з хмарними сервісами та інтерфейсами візуалізації для дистанційного контролю показників у режимі реального часу. Практичне значення роботи полягає в можливості застосування розроблених рішень у комунальних господарствах, водоканалах, очисних спорудах, лабораторіях контролю якості води, житлових комплексах, тепличних господарствах, басейнах та інших об’єктах, де необхідний оперативний контроль параметрів водного середовища.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10062
Appears in Collections:	123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Б_123_2026_Гутьман.pdf Restricted Access		1.63 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ 
КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
до кваліфікаційної роботи 
освітнього ступеня «бакалавр» 
на тему: Аналітична система моніторингу 
параметрів якості питної води 
 
 
 
Виконав здобувач вищої освіти 4 курсу 
 групи СКС-2207 
 спеціальності 123 Комп’ютерна 
 інженерія 
 Даніл ГУТЬМАН 
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
Керівник Тетяна УТКІНА 
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
Рецензент  
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
  
Захист дозволяю:   
зав. кафедри, д.т.н., професор   Валентина ЛУКАШЕНКО 
 (підпис)  (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
 
 
 
 
Черкаси 2026 
 
ЗМІСТ 
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ................................................. 4 
1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ ............................................................. 8 
1.1 Сутність аналітичних систем моніторингу параметрів якості 
питної води ............................................................................................................... 8 
1.2 Загальна архітектура аналітичних систем моніторингу параметрів 
якості питної води ................................................................................................. 10 
1.3 Роль IoT у моніторингу водних ресурсів .............................................. 13 
2 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ АНАЛІТИЧНИХ СИСТЕМ 
МОНІТОРИНГУ ЯКОСТІ ПИНОЇ ВОДИ ..................................................... 15 
2.1 Аналітичні системи моніторингу параметрів якості питної води 
представлені на ринку ........................................................................................... 15 
2.1.1 Система моніторингу IoT Water Quality Monitoring Station 
(ICT International) .................................................................................................. 15 
2.1.2 Система моніторингу Water Quality Monitoring System Based on 
IoT Platform ............................................................................................................ 17 
2.1.3 Система моніторингу IQFLOW Wireless Water Quality Monitoring 
LPWAN Sensor Kit ................................................................................................. 20 
2.1.4 Система моніторингу Interactive System of Surface Water 
Monitoring Using IoT Technologies ....................................................................... 22 
2.2 Види та принципи роботи датчиків аналітичних систем моніторингу 
параметрів якості питної води ............................................................................. 25 
2.3 Датчики моніторингу параметрів якості питної води представлені 
на ринку .................................................................................................................. 35 
2.4 Доцільність впровадження аналітичних систем моніторингу 
параметрів якості питної води ............................................................................. 52 
2.5 Економічні аспекти та оптимізація експлуатаційних витрат 
аналітичних систем моніторингу параметрів якості питної води .................... 53 
 
2 
 
2.6 Інтеграція вимірювальних систем у цифрові екосистеми та 
хмарні сервіси ........................................................................................................ 54 
2.7 Сертифікація та стандартизація як гарантія надійності аналітичних 
систем моніторингу якості питної води .............................................................. 55 
3 ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ КОМПОНЕНТІВ АНАЛІТИЧНОЇ 
СИСТЕМИ МОНІТОРИНГУ ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ 57 
3.1 Датчик pH ................................................................................................ 59 
3.2 Датчик TDS .............................................................................................. 61 
3.3 Датчик каламутності ............................................................................... 62 
3.4 Датчик температури ................................................................................ 64 
3.5 Додаткові датчики до комплектації системи ....................................... 65 
3.6 Новітні тренди у сфері цифрового моніторингу та управління якістю 
питної води ............................................................................................................. 67 
3.7 Алгоритми взаємодії та координація роботи вимірювальних вузлів 68 
3.8 Перспективи модернізації та потенціал масштабування аналітичної 
системи моніторингу параметрів якості питної води ........................................ 70 
4 ПРОЄКТУВАННЯ АНАЛІТИЧНОЇ СИСТЕМИ МОНІТОРНИГУ 
ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ ....................................................... 73 
4.1 Розробка апаратної архітектури та системи живлення ....................... 73 
4.2 Розробка структурної та електрично принципової моделей 
аналітичної системи моніторингу параметрів якості питної води ................... 75 
4.3 Розробка алгоритму опитування датчиків та цифрової обробки 
сигналів................................................................................................................... 79 
4.4 Налаштування хмарного середовища та інтерфейсу візуалізації ...... 84 
ВИСНОВКИ ....................................................................................................... 86 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ....................................................... 88 
 
3 
 
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ 
Погіршення якості водних ресурсів і зношеність систем водопостачання 
сьогодні є серйозною проблемою, яка безпосередньо впливає на санітарно-
епідеміологічне благополуччя суспільства. Традиційні лабораторні методи 
контролю якості води є високоточними, проте потребують значних витрат 
часу та ресурсів на відбір проб й проведення аналізів, що унеможливлює 
оперативне реагування на раптові зміни параметрів. У цьому контексті 
використання технологій Інтернету речей (IoT – Internet of Things) відкриває 
нові можливості для створення автоматизованих аналітичних систем, здатних 
забезпечити безперервний моніторинг та миттєве інформування про критичні 
відхилення параметрів. 
Актуальність. Завдяки розвитку інформаційних технологій та 
комп’ютерної інженерії спостерігається тенденція створення різноманітних 
інтелектуальних систем моніторингу, які забезпечують своєчасний збір, аналіз 
та передачу даних у режимі реального часу. Однією з найбільш пріоритетних 
сфер застосування таких систем є безперервний контроль параметрів якості 
питної води, що має критичне значення для збереження здоров’я населення та 
безпеки життєдіяльності людини. 
Інтелектуальні аналітичні системи дозволяють не лише мінімізувати 
вплив людського фактору, але й інтегрувати зібрані дані у хмарні платформи 
для їх централізованого зберігання і глибокого аналізу. Це створює належні 
умови для виявлення прихованих закономірностей, прогнозування тенденцій 
погіршення якості води, своєчасного прийняття управлінських рішень та 
впровадження заходів щодо запобігання загрозам для здоров’я споживачів. 
Важливим аспектом сучасних розробок є відповідність систем 
моніторингу національним та міжнародним стандартам безпеки питної води. 
Зокрема, Всесвітня організація охорони здоров’я у своїх «Guidelines for 
Drinking-water Quality» визначає гранично допустимі концентрації основних 
показників, таких як рівень pH, електропровідність, каламутність, вміст 
розчинених речовин тощо [1]. Європейський Союз у Директиві щодо якості 
4 
 
питної води (Drinking Water Directive) також встановлює жорсткі вимоги до 
санітарного стану води, призначеної для споживання людиною [2]. 
Дотримання цих стандартів є критично важливим, адже вони забезпечують 
уніфікований підхід до оцінки безпечності води та створюють основу для 
впровадження інноваційних технологій контролю. 
Таким чином, дослідження та розробка аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води є надзвичайно актуальним 
завданням, оскільки поєднує сучасні цифрові інновації (IoT, хмарні 
обчислення, обробку даних), вирішення критично важливої соціально-
медичної проблеми забезпечення населення безпечною водою та має високу 
практичну цінність для впровадження як у побутовому секторі (Smart-
будинки), так і на рівні муніципальних систем водопостачання. 
Метою кваліфікаційної роботи бакалавра є розробка аналітичної 
системи моніторингу параметрів якості питної води з використанням IoT-
пристроїв, що забезпечить підвищення ефективності виявлення забруднень, 
віддалений контроль у режимі реального часу, оперативність і точність 
визначення параметрів дотримання санітарних норм щодо безпечності та 
якості питної води для споживачів. 
Для досягнення поставленої мети кваліфікаційної роботи бакалавра 
необхідно виконати наступні завдання: 
− провести огляд існуючих рішень систем моніторингу параметрів 
якості питної води на ринку; 
− визначити основні характеристики систем моніторингу параметрів 
якості питної води; 
− обґрунтувати та обрати компоненти аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води; 
− розробити структурну та електрично принципову моделі аналітичної 
системи моніторингу параметрів якості питної води; 
− розробити алгоритм функціонування аналітичної системи 
моніторингу якості питної води; 
5 
 
− розробити програму керуючого мікроконтролера аналітичної 
системи моніторингу параметрів якості питної води. 
Об’єкт дослідження – процес автоматизованого моніторингу 
параметрів якості питної води з використанням сучасних технологій Інтернету 
речей (IoT), мікроконтролерів та інтерактивних веб- або мобільних 
застосунків. 
Предмет дослідження – аналітична система моніторингу параметрів 
якості питної води. 
Методи дослідження. Для виконання поставлених завдань використано 
принципи системного аналізу, теорію проєктування цифрових систем на базі 
мікроконтролерів, чисельні методи та алгоритми цифрової обробки сигналів. 
Наукова новизна одержаних результатів: 
− систематизована інформація про існуючі системи моніторингу 
параметрів якості питної води на ринку та їх компоненти; 
− систематизована інформація про основні характеристики систем 
моніторингу параметрів якості питної води, сформовано функціональні та 
технічні вимоги до розроблюваної аналітичної системи на основі нормативних 
порогових значень; 
− розроблено структурну модель аналітичної системи моніторингу 
параметрів якості питної води, розкрито необхідні компоненти та їх 
взаємодію; 
− розроблено електрично принципову модель аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води. 
Практичне значення одержаних результатів полягає в наступних 
аспектах: 
− обґрунтовано та обрано компоненти аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води від сенсорів фізико-хімічних 
показників до модулів бездротової передачі даних (Wi-Fi, LPWAN, NB-IoT), 
виявлено їх ключові переваги й недоліки; 
6 
 
− розроблено алгоритм функціонування аналітичної системи 
моніторингу якості питної води; 
− розроблено програму керуючого мікроконтролера аналітичної 
системи моніторингу параметрів якості питної води. 
Визначено потенціал для подальшого вдосконалення аналітичних 
систем моніторингу якості води з використанням новітніх технологій та 
інтеграції з хмарними платформами і GIS-системами. 
Одержані результати можуть бути впроваджені в діяльність 
комунальних господарств та їх інфраструктури (водоканалів, очисних споруд, 
лабораторій контролю якості води, внутрішніх систем моніторингу житлових 
комплексів), тепличних господарств і гідропоніки, басейнів, аквапарків тощо. 
Структура та обсяг роботи. Кваліфікаційна робота бакалавра 
складається з загальної характеристики роботи, 4 розділів, висновків та списку 
використаних джерел. Робота викладена на 90 сторінках. Ілюстрована 
21 рисунком. Таблиць 20. Список використаних джерел складається з 
25 найменувань. 
7 
 
1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ 
1.1 Сутність аналітичних систем моніторингу параметрів якості 
питної води 
Автоматизований моніторинг параметрів якості питної води являє 
собою технологічно інтегровану інформаційно-вимірювальну систему, яка 
використовує апаратні та програмні рішення для безперервного контролю 
фізико-хімічних та біологічних показників водного середовища з метою 
забезпечення екологічної безпеки та захисту здоров’я споживачів. 
Сучасні підходи до визначення аналітичних систем моніторингу 
параметрів якості питної води варіюються від вузького розуміння як набору 
окремих портативних вимірювальних пристроїв (наприклад, ручних pH-
метрів чи солемірів) до широкого трактування, що передбачає інтегроване 
інтелектуальне середовище, яке в режимі реального часу збирає, аналізує та 
передає дані до глобальних диспетчерських центрів або систем розумного 
будинку. 
Одним із підходів є розгляд аналітичної системи як комплексу з високим 
рівнем автоматизації, що забезпечує контроль над різними аспектами 
водопідготовки та водопостачання: відслідковування рівня забруднення, 
каламутності, кислотності, а також управління фільтраційними установками 
за допомогою мікроконтролерних механізмів [3]. 
Інший підхід зосереджується на аналітичній системі моніторингу 
параметрів якості питної води як на динамічній екосистемі (наприклад, в 
рамках Smart City або Smart Water Grid), яка не тільки автоматизує 
вимірювання, але й аналізує сезонні чи техногенні патерни зміни складу води, 
адаптується до зовнішніх факторів, оптимізує процеси очищення й забезпечує 
зворотний зв’язок для оперативного реагування на надзвичайні ситуації. 
Сучасна аналітична система моніторингу параметрів якості питної води 
характеризується рядом ключових особливостей, що відрізняють її від 
традиційного лабораторного аналізу. 
8 
 
Першою характерною ознакою є високий рівень інтеграції між 
сенсорним обладнанням та хмарними технологіями. Наприклад, 
мультисенсорний вузол може бути інтегрований з домашньою системою 
водопостачання для створення комплексних сценаріїв автоматизації 
(автоматичне перекриття клапанів при виявленні критичного рівня 
домішок) [4]. 
Другою важливою ознакою є безперервність процесу вимірювання 
(Real-Time Monitoring), що досягається завдяки поточним датчикам, які 
встановлюються безпосередньо у труби або резервуари. 
Третім важливим аспектом є підвищена точність та оперативність 
інформування, що забезпечується через можливості математичного аналізу 
даних та виявлення аномалій. Безпека життєдіяльності є однією з ключових 
функцій такої системи. Вона досягається за рахунок інтеграції різноманітних 
датчиків (pH, TDS (Total Dissolved Solids), каламутності, температури), що 
забезпечують постійний контроль складу води [5]. Системи безпеки можуть 
автоматично виявляти підозрілі відхилення (наприклад, різке зростання 
електропровідності, що свідчить про потрапляння важких металів або солей), 
оперативно інформувати мешканців або водоканал про можливі загрози і 
навіть здійснювати захисні дії, такі як активація резервних систем зворотного 
осмосу. 
Зручність використання також є важливою складовою концепції 
розумного моніторингу. Системи збору даних, інтегровані з мобільними 
додатками або веб-панелями (наприклад, ThingSpeak), дозволяють 
користувачам контролювати параметри якості води за допомогою смартфонів 
незалежно від їх місцезнаходження [6]. Це включає як базові функції, такі як 
перегляд поточного рівня pH, так і можливість отримувати розгорнуту 
статистику та графіки за місяць. 
Іншою важливою рисою є використання алгоритмів для прогнозування 
якості води [7]. Наприклад, система здатна аналізувати поступове засмічення 
фільтрів на основі зростання параметра TDS і завчасно нагадувати 
9 
 
користувачу про необхідність їх заміни, що зменшує ризик споживання 
неякісної води та зношення побутової техніки. 
1.2 Загальна архітектура аналітичних систем моніторингу 
параметрів якості питної води 
Аналітична система моніторингу параметрів якості питної води – це 
апаратно-програмний комплекс сучасного типу, організований для 
безперервного контролю водних ресурсів за допомогою мікроконтролерів 
(таких як ESP32 або NodeMCU ESP8266) і високотехнологічних проточних 
сенсорів [8]. 
Під «аналітичною» системою слід розуміти мережу, яка забезпечує збір 
сирих фізико-хімічних даних, їх обробку, порівняння з еталонними 
санітарними нормами [9] та візуалізацію для користувача. 
У найпростішому випадку вона повинна вміти розпізнавати конкретні 
забруднення, що відбуваються у водопровідній мережі, і відповідним чином 
на них реагувати. 
Основні завдання та структурні компоненти такої системи: 
1. Сенсорний аналіз фізико-хімічних параметрів Однією з 
найголовніших підсистем є модуль безпосереднього вимірювання параметрів. 
Сучасні сенсори постійно зчитують показники водного середовища. До 
основних вимірювальних елементів належать: 
− датчики рівня pH (наприклад, DFRobot Gravity Analog pH 
Sensor) – визначають кислотно-лужний баланс води, який в ідеалі для питної 
води має становити 6.5-8.5 [10]. Відхилення від цих норм може свідчити про 
хімічне забруднення або корозійні процеси в трубах; 
− датчики електропровідності та TDS (наприклад, Analog 
Electrical Conductivity Sensor) – вимірюють кількість розчинених твердих 
речовин (солей, мінералів, металів). Це базовий показник загальної чистоти 
води; 
 
10 
 
− датчики каламутності (Turbidity Sensors) – фіксують наявність 
зважених частинок, мулу або іржі за допомогою оптичних методів 
(вимірювання розсіювання світла у воді); 
− датчики температури (наприклад, DS18B20) – оскільки багато 
хімічних показників (як pH та електропровідність) залежать від температури 
рідини, температурний датчик є критично важливим для термокомпенсації та 
калібрування результатів. 
2. Бездротова передача та обробка даних. Наступним компонентом 
системи є інтелектуальне ядро обробки, яке найчастіше будується на базі 
мікроконтролерів з підтримкою бездротового зв’язку (Wi-Fi, Bluetooth, 
LoRaWAN або NB-IoT). Завдяки використанню таких рішень як ESP32-
WROOM-32, система здатна динамічно обробляти аналогові сигнали від 
датчиків, перетворювати їх у цифрові значення та відправляти на сервери. Для 
промислових або віддалених об’єктів (наприклад, станцій типу IQFLOW 
Wireless Water Quality Monitoring LPWAN) використовуються 
енергоефективні мережі дальнього радіусу дії (LPWAN). Вони дозволяють 
передавати пакети даних на кілометри, споживаючи мінімум енергії 
акумулятора [11]. У побутових Smart-системах частіше застосовується 
протокол Wi-Fi для інтеграції з домашнім роутером. 
3. Система безпеки та оповіщення. Забезпечення безпеки здоров’я 
споживачів займає провідне місце серед пріоритетних функціональних 
напрямків. Безпека у контексті водопостачання – це комплекс заходів, 
спрямованих на запобігання споживанню токсичної або бактеріологічно 
небезпечної води. На відміну від класичних лабораторних аналізів, рішення, 
реалізовані в межах IoT-моніторингу, поєднують у собі миттєву реакцію на 
загрози. При виявленні критичного відхилення (наприклад, раптового стрибка 
TDS або різкого зниження pH, що може свідчити про потрапляння кислот), 
система генерує тривожний сигнал. Користувачі можуть отримувати Push-
сповіщення на смартфон, SMS або Email-розсилку. Ще одним важливим 
аспектом є можливість реалізації автоматизованих сценаріїв реагування. У 
11 
 
випадку фіксації критичного забруднення, система через реле може 
автоматично перекрити електромагнітний клапан водопостачання, 
запобігаючи потраплянню брудної води до бойлерів, пральних машин або 
питних кранів. 
4. Хмарне зберігання та інтелектуальна аналітика. Зібрані дані 
передаються до спеціалізованих IoT-платформ, таких як ThingSpeak 
(платформа для аналітики IoT з інтеграцією MATLAB) або власних серверних 
рішень. Це дозволяє формувати бази даних якості води за тривалий період. За 
допомогою методів інтелектуального аналізу даних (Data Mining), система 
може виявляти приховані закономірності: наприклад, погіршення якості води 
у весняний період (через паводки) або після проведення ремонтних робіт на 
міських магістралях. Хмарна платформа не лише зберігає інформацію, але й 
візуалізує її у вигляді інформативних графіків (дашбордів). 
5. Віддалене управління та візуалізація. Технології IoT відкривають 
принципово новий рівень зручності – контроль якості води з будь-якої точки 
світу. Існує декілька технологічних підходів до реалізації дистанційного 
контролю: 
− управління через веб-інтерфейс та платформи IoT. Інтерактивна 
система моніторингу поверхневих вод часто використовує веб-панелі 
(наприклад, розроблені за допомогою HTML/JS або на базі готових хмарних 
сервісів), що дозволяє переглядати поточний статус показників, 
завантажувати історію змін у форматі CSV та змінювати порогові значення 
для спрацювання сигналізації; 
− мобільні додатки. Сучасні системи найчастіше реалізують 
віддалений доступ через застосунки. Користувач у декілька кліків може 
побачити, чи придатна вода для пиття, який ресурс залишився у 
фільтрувальної мембрани, та перевірити температуру води в системі опалення; 
− інтеграція з GIS (геоінформаційними системами). Для 
масштабних проєктів моніторингу (наприклад, у межах водоканалу або 
розумного міста) дані з різних датчиків, встановлених у різних районах, 
12 
 
накладаються на географічну карту. Це дозволяє локалізувати джерело 
забруднення, простежити шлях поширення неякісної води магістралями та 
оперативно відправити ремонтні бригади на конкретну ділянку [12]. 
1.3 Роль IoT у моніторингу водних ресурсів 
Важливим етапом в еволюції систем контролю води стало впровадження 
електронних вимірювальних технологій у 1980-1990-х роках. Поява 
мікропроцесорів та компактних напівпровідникових електродів (наприклад, 
скляних електродів для вимірювання pH) дозволила відійти від виключно 
хімічних методів титрування у лабораторіях. 
З’явилися портативні прилади та стаціонарні логери даних (Data 
Loggers), які записували показники на внутрішню пам’ять для подальшого 
зчитування фахівцями. Ці системи значно підвищили рівень автоматизації, 
проте мали суттєвий недолік – відсутність оперативності, адже дані 
аналізувалися постфактум. 
Впровадження мережевих технологій стало наступним проривом. 
Підключення станцій моніторингу до промислових локальних мереж 
(наприклад, SCADA-систем на водоочисних спорудах) дало змогу 
централізовано контролювати процеси водопідготовки. Локальні мережі 
забезпечили новий рівень управління, коли пристрої очищення могли 
автоматично додавати реагенти залежно від показників датчиків кислотності 
або каламутності. 
Подальший, наймасштабніший етап розвитку пов’язаний з виникненням 
концепції Інтернету речей (IoT) [13]. Ця концепція передбачала інтеграцію 
фізичних пристроїв-сенсорів у глобальну мережу Інтернет за допомогою 
компактних та дешевих мікроконтролерів (як-от ESP8266 чи модулів з 
підтримкою NB-IoT від стільникових операторів) [14]. Це забезпечило 
можливість створення масових, бюджетних, але при цьому високоефективних 
систем контролю, які раніше були доступні лише великим промисловим 
підприємствам. 
13 
 
Впровадження IoT кардинально змінило парадигму моніторингу. 
Замість поодиноких і дорогих станцій стало можливим розгортання 
розгалужених мультисенсорних мереж (Wireless Sensor Networks – WSN). IoT 
забезпечив двосторонній зв’язок: система не лише відправляє дані у хмару 
кожні декілька секунд, але й може отримувати команди на дистанційне 
калібрування сенсорів або зміну режиму роботи [15]. 
Завдяки технологіям IoT (зокрема, інтеграції з платформами рівня 
ThingSpeak або інструментами машинного навчання), сучасні системи аналізу 
води стали предиктивними. Вони не просто фіксують факт забруднення, але й 
здатні прогнозувати зміну хімічного складу води на основі аналізу великих 
масивів історичних даних. 
Таким чином, IoT перетворив моніторинг якості води з пасивного 
спостереження на активний, розумний інструмент забезпечення екологічної 
безпеки та здоров’я націй. 
14 
 
2 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ АНАЛІТИЧНИХ СИСТЕМ 
МОНІТОРИНГУ ЯКОСТІ ПИНОЇ ВОДИ 
2.1 Аналітичні системи моніторингу параметрів якості питної води 
представлені на ринку 
2.1.1 Система моніторингу IoT Water Quality Monitoring Station (ICT 
International) 
IoT Water Quality Monitoring Station (рис. 2.1) від компанії ICT 
International є сучасною автоматизованою станцією для моніторингу 
параметрів якості води, яка призначена для довготривалого використання у 
природних та штучних водоймах. Система орієнтована на дистанційне 
спостереження за екологічним станом водних ресурсів у режимі реального 
часу та використовується у наукових дослідженнях, комунальних службах і 
природоохоронних організаціях. 
 
Рис. 2.1. Зовнішній вигляд системи IoT Water Quality Monitoring Station 
Станція може встановлюватися на спеціалізованій плавучій 
платформі Data Buoy, що дозволяє проводити вимірювання безпосередньо у 
водоймах без необхідності монтажу стаціонарних конструкцій на березі. 
15 
 
Такий підхід забезпечує високу гнучкість використання системи, зокрема у 
важкодоступних або віддалених районах. 
Однією з ключових переваг станції є її автономність. Вона обладнана 
сонячними панелями та акумуляторними батареями, що забезпечує стабільне 
живлення та можливість безперервної роботи протягом тривалого часу. Це 
дозволяє застосовувати станцію у місцях, де відсутнє централізоване 
електропостачання. 
Завдяки широкому набору сенсорів система здатна здійснювати 
контроль основних фізико-хімічних показників води. Вона може проводити 
вимірювання таких параметрів, як кислотність, температура, 
електропровідність, розчинені речовини та кисень. Це робить станцію 
універсальним інструментом для комплексного екологічного моніторингу та 
оперативного виявлення забруднень. 
Станція забезпечує вимірювання наступних параметрів: 
− pH (кислотність води); 
− Redox (окисно-відновний потенціал); 
− температура; 
− солоність; 
− електропровідність (EC); 
− TDS (загальна кількість розчинених речовин); 
− розчинений кисень (DO); 
− каламутність. 
До основних можливостей IoT Water Quality Monitoring Station 
належать: 
− підтримка бездротового зв’язку через LoRaWAN або NB-IoT, що 
забезпечує передачу даних на великі відстані [16]; 
− автономне живлення за рахунок сонячних панелей; 
− можливість монтажу на платформу Data Buoy, що робить систему 
зручною для моніторингу водойм у польових умовах; 
16 
 
− дистанційний доступ до даних, що дозволяє оперативно аналізувати 
інформацію без фізичної присутності на об’єкті. 
Основними перевагами даної станції є: 
− широкий набір сенсорів, що забезпечує комплексний аналіз стану 
води; 
− автономна робота, яка дозволяє проводити моніторинг у віддалених 
районах; 
− можливість використання у різних умовах експлуатації, включаючи 
природні водойми; 
− сучасні технології зв’язку, що забезпечують стабільну передачу 
даних. 
Разом з тим система має і певні недоліки: 
− висока вартість, що може обмежувати використання у невеликих 
проєктах; 
− складність інсталяції та обслуговування, оскільки для встановлення 
можуть бути потрібні фахівці; 
− залежність від спеціалізованих компонентів та обладнання, що 
ускладнює ремонт або модернізацію. 
IoT Water Quality Monitoring Station є потужним рішенням для 
професійного екологічного моніторингу, яке поєднує сучасні сенсорні 
технології, автономне живлення та дистанційний зв’язок. Проте її висока 
вартість та складність впровадження можуть бути критичними факторами при 
виборі системи для бюджетних або локальних проєктів. 
2.1.2 Система моніторингу Water Quality Monitoring System Based on 
IoT Platform 
Water Quality Monitoring System Based on IoT Platform (рис. 2.2), 
запропонована у роботі Fadel & Shujaa (2020), є прикладом побудови недорогої 
IoT-системи для моніторингу якості води з використанням доступних 
електронних компонентів. Основна мета даного рішення полягає у створенні 
17 
 
простої та ефективної системи, яка може застосовуватись у навчальних 
проєктах, лабораторних дослідженнях та локальних системах контролю води. 
Архітектура системи побудована на базі мікроконтролера ESP32, який 
виконує роль центрального вузла збору та обробки даних. Він забезпечує 
підключення датчиків, зчитування їхніх показників, попередню обробку 
інформації та передачу результатів до хмарних сервісів через Wi-Fi. 
Використання ESP32 є доцільним завдяки його низькій вартості, високій 
продуктивності, вбудованим модулям бездротового зв’язку та широкій 
підтримці у середовищах розробки [17]. 
 
Рис. 2.2. Принципова схема керування ESP32, TDS, датчиків pH 
в системі моніторингу Water Quality Monitoring System Based on IoT Platform 
У системі застосовуються стандартні датчики pH та TDS, які дозволяють 
оцінювати кислотність води та концентрацію розчинених речовин. Такий 
набір параметрів є достатнім для базового аналізу якості води, проте не 
охоплює більш складні хімічні або біологічні показники. 
Особливістю даного рішення є його проста конфігурація та можливість 
швидкого розгортання без потреби у дорогому спеціалізованому обладнанні. 
Також у роботі розглядається можливість використання механізмів 
шифрування даних, що підвищує рівень інформаційної безпеки при передачі 
показників у хмарні платформи. 
18 
 
Основними функціями системи є: 
− вимірювання та контроль pH води; 
− визначення показника TDS (Total Dissolved Solids – загальна 
кількість розчинених речовин). 
Система підтримує наступні можливості: 
− використання мікроконтролера ESP32 як центрального вузла 
керування; 
− передача даних у хмарні сервіси для подальшого аналізу та 
зберігання; 
− простота конфігурації та швидке налаштування обладнання; 
− можливість застосування шифрування даних, що підвищує 
безпечність IoT-з’єднання. 
До основних переваг даної системи можна віднести: 
− низьку вартість компонентів, що робить систему доступною для 
широкого використання; 
− простоту налаштування та реалізації навіть у навчальних умовах; 
− достатньо високу точність вимірювань при використанні якісних 
сенсорів; 
− компактність і можливість інтеграції у різні IoT-платформи. 
Основними недоліками є: 
− обмежений набір контрольованих параметрів, оскільки система 
вимірює лише pH та TDS; 
− залежність від стабільного інтернет-з’єднання, адже передача даних 
відбувається через Wi-Fi; 
− відсутність механізмів автономного живлення, що обмежує 
застосування у віддалених місцях без електропостачання. 
Розробка Fadel & Shujaa (2020) демонструє ефективний підхід до 
створення бюджетної IoT-системи моніторингу якості води на основі ESP32. 
Її головними перевагами є доступність, простота реалізації та можливість 
19 
 
інтеграції з хмарними сервісами. Однак система має обмежений функціонал та 
потребує стабільного доступу до мережі Інтернет, що може знижувати її 
ефективність при використанні у польових умовах. 
2.1.3 Система моніторингу IQFLOW Wireless Water Quality Monitoring 
LPWAN Sensor Kit 
IQFLOW Wireless Water Quality Monitoring LPWAN Sensor Solution Kit 
(рис. 2.3) є сучасним індустріальним рішенням для дистанційного 
моніторингу параметрів якості води, яке орієнтоване на застосування у 
великих та територіально розподілених мережах. Дана система розроблена з 
урахуванням потреб промислових підприємств, комунальних служб та 
екологічних організацій, які потребують стабільного контролю водних 
ресурсів у режимі реального часу. 
 
Рис. 2.3. Зовнішній вигляд системи IQFLOW Wireless Water Quality 
Monitoring LPWAN Sensor Solution Kit 
Ключовою особливістю IQFLOW є використання технології 
LPWAN (Low Power Wide Area Network), яка забезпечує передачу даних на 
значні відстані при мінімальному енергоспоживанні. Це дозволяє 
використовувати систему у важкодоступних районах або на великих 
20 
 
промислових об’єктах без необхідності прокладання дротових ліній зв’язку чи 
постійного підключення до електромережі. 
Система підтримує автономну роботу завдяки можливості живлення від 
акумуляторів або сонячних панелей, що суттєво підвищує ефективність її 
застосування у польових умовах. Важливою перевагою також є модульний 
принцип побудови, який дозволяє підключати різні типи сенсорів залежно від 
задач моніторингу. 
Для зручності аналізу та централізованого контролю система 
використовує хмарну платформу, яка забезпечує накопичення та обробку 
даних, формування звітів, а також візуалізацію результатів. Крім того, 
платформа підтримує автоматичне надсилання сповіщень через SMS та E-mail 
у випадку виявлення критичних відхилень або перевищення допустимих 
порогових значень. 
Завдяки таким можливостям IQFLOW може застосовуватися для 
моніторингу якості: 
− питної води; 
− води у промислових технологічних процесах; 
− стічних та каналізаційних вод. 
Основні функції системи включають: 
− багатопараметричний моніторинг якості води; 
− застосування для контролю питної, промислової та стічної води; 
− безперервний збір даних з сенсорів у реальному часі. 
Система IQFLOW має наступні можливості: 
− використання LPWAN-зв’язку, що забезпечує велику дальність 
передачі даних; 
− централізоване зберігання та аналіз інформації через хмарну 
платформу; 
− автоматичні оповіщення користувача через SMS та E-mail; 
− модульна архітектура, яка дозволяє розширювати систему шляхом 
підключення додаткових сенсорів та вузлів. 
21 
 
До основних переваг даної системи можна віднести: 
− велика дальність передачі даних, що є критично важливим для 
розподілених об’єктів; 
− енергоефективність, яка дозволяє забезпечити автономну роботу 
протягом тривалого часу; 
− масштабованість, що робить систему придатною для великих 
інфраструктурних проєктів; 
− простота інсталяції, оскільки не потребує складного монтажу 
дротових мереж. 
Разом з тим система має певні недоліки: 
− висока вартість сенсорів та обладнання, що може ускладнювати 
впровадження у малобюджетних проєктах; 
− обмежена швидкість передачі даних, характерна для LPWAN-
технологій, що не завжди підходить для передачі великих масивів інформації; 
− залежність від наявності LPWAN-інфраструктури, без якої 
використання системи може бути неможливим або обмеженим. 
Система моніторингу IQFLOW Wireless Water Quality Monitoring 
LPWAN Sensor Kit є ефективним рішенням для промислового та комунального 
моніторингу якості води, яке забезпечує значну дальність зв’язку, 
автономність й зручний централізований контроль через хмарну платформу. 
Однак висока вартість обладнання та залежність від LPWAN-інфраструктури 
можуть бути суттєвими обмеженнями при виборі даного рішення. 
2.1.4 Система моніторингу Interactive System of Surface Water 
Monitoring Using IoT Technologies 
Interactive System of Surface Water Monitoring Using IoT Technologies 
(рис. 2.4), представлена у роботі Korpyljov et al. (2022), є прикладом науково-
дослідного проєкту, спрямованого на створення інтерактивної IoT-системи 
для моніторингу стану поверхневих вод. Основна мета розробки полягає у 
забезпеченні доступного та гнучкого інструменту для екологічного контролю, 
22 
 
який може використовуватись як у дослідницькій діяльності, так і в освітніх 
цілях. 
 
Рис. 2.4. Зовнішній вигляд системи Interactive System of Surface Water 
Monitoring Using IoT Technologies 
В основі системи використовується мікроконтролер NodeMCU ESP8266, 
який є популярною платформою для IoT-проєктів завдяки вбудованому 
Wi-Fi модулю, низькій вартості та широкій підтримці у середовищах 
програмування. Він забезпечує збір даних із сенсорів та їх передачу через 
бездротове з’єднання до хмарної платформи ThingSpeak, яка 
використовується для зберігання, обробки та візуалізації інформації. Подібний 
підхід описано у дослідженні Prajapathi, Sai та Haindhavi, де реалізовано 
IoT-систему моніторингу якості води з інтеграцією у хмарне середовище [4]. 
Особливістю даної системи є застосування відкритого програмного 
забезпечення та доступних інструментів розробки, таких як Arduino IDE та 
Fritzing, що дозволяє користувачам самостійно модифікувати апаратну або 
програмну частину проєкту. Такий підхід значно підвищує гнучкість системи, 
оскільки вона може бути адаптована під конкретні умови експлуатації або 
розширена шляхом підключення додаткових сенсорів. 
Система підтримує інтерактивний формат роботи: результати 
вимірювань відображаються у мобільному додатку та можуть бути 
представлені у вигляді графіків і статистичних даних. Окрім цього, 
23 
 
реалізована можливість інтеграції з геоінформаційними системами (GIS), що 
дозволяє прив’язувати показники якості води до конкретних географічних 
координат та створювати карти екологічного стану водойм. Це робить систему 
особливо корисною для моніторингу великих територій або комплексного 
аналізу стану поверхневих вод. 
До основних функцій системи належать: 
− моніторинг pH води; 
− вимірювання температури; 
− визначення каламутності; 
− передача та збереження даних через платформу ThingSpeak. 
Система підтримує такі можливості: 
− використання мікроконтролера NodeMCU ESP8266 як основного 
керуючого модуля; 
− бездротовий зв’язок через Wi-Fi для передачі даних у хмарні сервіси; 
− використання відкритого коду та доступних інструментів 
розробки (Arduino IDE, Fritzing) [18]; 
− інтерактивний веб/мобільний інтерфейс для візуалізації показників; 
− можливість інтеграції з GIS-платформами для геоприв’язки 
результатів моніторингу. 
Основними перевагами розробки є: 
− інтерактивність та зручний інтерфейс, що полегшує аналіз даних 
користувачами; 
− можливість інтеграції з геоінформаційними системами, що 
розширює аналітичні можливості; 
− використання відкритого програмного забезпечення, яке дозволяє 
модернізувати систему під власні потреби; 
− застосування доступних IoT-компонентів, що робить систему 
перспективною для освітніх проєктів. 
Разом з тим система має і певні недоліки: 
24 
 
− складність реалізації, оскільки розробка потребує налаштування як 
апаратної, так і програмної частини; 
− необхідність залучення персоналу з високим рівнем кваліфікації, 
особливо при розширенні функціоналу; 
− висока вартість впровадження у випадку масштабування системи або 
використання у промислових умовах; 
− залежність від стабільного Wi-Fi з’єднання та хмарної платформи. 
Таким чином, система Interactive System of Surface Water Monitoring 
Using IoT Technologies є перспективним прикладом використання IoT-
технологій у наукових та освітніх цілях. Вона забезпечує інтерактивний 
моніторинг базових параметрів якості води, підтримує інтеграцію з GIS та 
базується на відкритому програмному забезпеченні. Проте складність 
реалізації та вимоги до кваліфікації персоналу можуть обмежувати її 
використання у практичних промислових або комунальних проєктах. 
2.2 Види та принципи роботи датчиків аналітичних систем 
моніторингу параметрів якості питної води 
Системи моніторингу параметрів якості питної води базуються на 
використанні різних датчиків, що забезпечують контроль ключових 
параметрів [3]: 
− pH-датчики – визначають кислотно-лужний баланс (норма для 
питної води: 6.5-8.5); 
− датчики електропровідності та TDS – оцінюють кількість 
розчинених солей та мінералів; 
− датчики каламутності – фіксують наявність зважених частинок; 
− датчики температури – забезпечують корекцію вимірювань та 
термокомпенсацію; 
− датчики розчиненого кисню, нітратів та хлоридів – дозволяють 
оцінювати екологічний стан водойм. 
25 
 
1. pH датчики. Датчики pH є одним із ключових компонентів сучасних 
систем моніторингу параметрів якості питної води. Їх основне завдання – 
визначення кислотно‑лужного балансу, який є критичним показником 
безпечності питної води. Оптимальний діапазон для питної води становить 
6.5-8.5, і відхилення від цих значень може свідчити про хімічне забруднення 
або корозійні процеси у водопровідних мережах (рис. 2.5). 
 
Рис. 2.5. Зовнішній вигляд датчика pH DFRobot Gravity Analog pH Sensor 
Принцип дії pH‑датчика полягає у вимірюванні електричного 
потенціалу між електродами, зануреними у воду. Цей потенціал прямо 
залежить від концентрації іонів водню (H⁺), що визначає кислотність або 
лужність середовища. Сучасні сенсори використовують два основні методи: 
− електрохімічний (скляний електрод) – класичний метод, де зміна 
потенціалу пропорційна активності іонів водню; 
− твердотільний (із використанням іон‑селективних мембран) – більш 
компактний і стійкий до механічних пошкоджень, придатний для мобільних 
IoT‑рішень. 
За конструкцією такі сенсори зазвичай виконані у вигляді компактного 
циліндричного корпусу з кабелем для підключення до мікроконтролера. Вода 
контактує з чутливим електродом, і при досягненні певного порогу значень 
система може активувати сигналізацію або автоматичні сценарії (наприклад, 
перекриття клапана). 
26 
 
Сучасні моделі забезпечують: 
− цифрову калібровку для підвищення точності; 
− сумісність із Arduino/ESP32 для інтеграції у Smart-системи [17, 18]; 
− віддалене сповіщення через мобільні застосунки; 
− збереження історії вимірювань у хмарних сервісах для аналітики [4]. 
У залежності від типу живлення pH-датчики можуть бути: 
− автономні – працюють від батарейок, придатні для мобільних 
вимірювань; 
− системні – інтегровані у централізовані IoT-станції моніторингу, з 
живленням від акумуляторів чи сонячних панелей. 
Встановлення таких сенсорів у системах водопостачання є 
рекомендованою або обов’язковою вимогою відповідно до міжнародних 
стандартів (WHO та ЄС) [5]. Крім основного призначення – контролю питної 
води – pH-датчики можуть використовуватись і в інших цілях, наприклад, для 
моніторингу стану басейнів, акваріумів чи промислових процесів. У поєднанні 
з системами Smart-будинку вони інтегруються у мобільні застосунки, 
сповіщають користувача віддалено, активують інші системи безпеки та 
передають дані у хмарні сервіси для подальшої аналітики [4]. 
2. Датчики електропровідності та TD. Датчики електропровідності та 
TDS (Total Dissolved Solids) є базовими елементами систем моніторингу якості 
води. Їх основне завдання – визначення кількості розчинених речовин (солей, 
мінералів, металів), що прямо впливають на чистоту та придатність води для 
споживання (рис. 2.6). Високий рівень TDS може свідчити про забруднення 
важкими металами, надлишок солей або недостатню ефективність системи 
фільтрації. 
Принцип дії датчика електропровідності полягає у вимірюванні 
здатності води проводити електричний струм. Цей показник прямо залежить 
від концентрації іонів у розчині. Чим більше іонів (солей, мінералів), тим вища 
електропровідність. На основі цього значення система може розраховувати 
рівень TDS, що є інтегральним показником загальної мінералізації води. 
27 
 
Сучасні сенсори використовують два основні методи: 
− контактний (електродний) – вимірювання струму між двома 
електродами, зануреними у воду; 
− індуктивний (безконтактний) – визначення електропровідності через 
зміну електромагнітного поля, що підвищує довговічність сенсора. 
 
Рисунок 2.6 – Зовнішній вигляд датчика електропровідності 
Analog Electrical Conductivity Sensor 
За конструкцією такі пристрої виконані у вигляді компактного модуля з 
електродами, що занурюються у воду, та кабелем для підключення до 
мікроконтролера. При досягненні критичних значень система може 
активувати сигналізацію, попередити користувача або автоматично запустити 
процес додаткової фільтрації. 
Сучасні моделі забезпечують: 
− високу точність вимірювань завдяки калібруванню; 
− сумісність із Arduino/ESP32 для інтеграції у Smart-системи [17, 18]; 
− віддалене сповіщення через мобільні застосунки; 
− збереження історії вимірювань у хмарних сервісах для аналітики [4]. 
У залежності від типу живлення датчики електропровідності та TDS 
можуть бути: 
28 
 
− автономні – працюють від батарейок, придатні для польових 
вимірювань; 
− системні – інтегровані у централізовані IoT-станції моніторингу, з 
живленням від акумуляторів чи сонячних панелей. 
Встановлення таких датчиків у системах водопостачання є 
рекомендованою або обов’язковою вимогою відповідно до міжнародних 
стандартів (WHO та ЄС) [5]. 
Крім основного призначення – контролю питної води – вони широко 
застосовуються у сільському господарстві (моніторинг якості поливної води), 
акваріумістики та промислових процесах. У поєднанні з системами 
Smart-будинку датчики електропровідності та TDS інтегруються у мобільні 
застосунки, сповіщають користувача віддалено, активують інші системи 
безпеки та передають дані у хмарні сервіси для подальшої аналітики. 
3. Датчики каламутності. Датчики каламутності є важливим 
елементом систем моніторингу параметрів якості питної води, оскільки вони 
дозволяють визначати наявність зважених частинок, мулу, іржі або органічних 
домішок. Каламутність є одним із ключових показників, що характеризує 
чистоту води та її придатність для споживання. Високий рівень каламутності 
може свідчити про аварії у водопровідних мережах, недостатню ефективність 
системи фільтрації або потрапляння сторонніх домішок у джерело 
водопостачання (рис. 2.7). 
 
Рис. 2.7. Зовнішній вигляд датчика каламутності Turbidity Sensor 
29 
 
Принцип дії датчика каламутності базується на оптичному методі: 
сенсор вимірює інтенсивність розсіювання світла у воді. Чим більше зважених 
частинок міститься у рідині, тим сильніше змінюється інтенсивність 
світлового сигналу, що реєструється фотодетектором. На основі цих даних 
система визначає рівень каламутності та може сигналізувати про перевищення 
допустимих норм. 
Сучасні сенсори використовують два основні методи: 
− метод пропускання світла – вимірюється зниження інтенсивності 
світлового потоку при проходженні через воду; 
− метод розсіювання світла – реєструється кількість світла, відбитого 
або розсіяного частинками у воді. 
За конструкцією датчики каламутності виконані у вигляді компактного 
модуля з прозорою камерою для протоку води та оптичними 
елементами (світлодіод і фотодетектор). Вода проходить крізь камеру, і при 
досягненні критичних значень каламутності система може активувати 
тривожний сигнал або автоматично запустити процес додаткової очистки. 
Сучасні моделі забезпечують: 
− високу чутливість до дрібних частинок; 
− сумісність із Arduino/ESP32 для інтеграції у Smart-системи [17, 18]; 
− віддалене сповіщення через мобільні застосунки; 
− збереження історії вимірювань у хмарних сервісах для аналітики [4]. 
У залежності від типу живлення датчики каламутності можуть бути: 
− автономні – працюють від батарейок, придатні для польових 
вимірювань; 
− системні – інтегровані у централізовані IoT-станції моніторингу, з 
живленням від акумуляторів чи сонячних панелей. 
Встановлення таких датчиків у системах водопостачання є 
рекомендованою або обов’язковою вимогою відповідно до міжнародних 
стандартів (WHO та ЄС) [5]. 
30 
 
Крім основного призначення – контролю питної води – датчики 
каламутності застосовуються у промисловості, сільському господарстві та 
екологічному моніторингу. У поєднанні з системами Smart-будинку вони 
інтегруються у мобільні застосунки, сповіщають користувача віддалено, 
активують інші системи безпеки та передають дані у хмарні сервіси для 
подальшої аналітики [4]. 
4. Датчики температури. Датчики температури є невід’ємною 
складовою систем моніторингу якості води, оскільки багато фізико-хімічних 
параметрів (pH, електропровідність, розчинений кисень) залежать від 
температури середовища. Точне вимірювання температури дозволяє 
здійснювати термокомпенсацію та калібрування результатів [3], що підвищує 
достовірність аналізу (рис. 2.8). 
 
Рисунок 2.8 – Зовнішній вигляд датчика температури DS18B20 
Принцип дії температурних сенсорів полягає у вимірюванні зміни 
електричного опору або напруги, що виникає при зміні температури. 
Найпоширеніші моделі для IoT-систем використовують цифровий інтерфейс 
(наприклад, One-Wire у DS18B20), що забезпечує високу точність та простоту 
інтеграції з мікроконтролерами. 
Сучасні сенсори застосовують такі методи: 
− терморезистивний (RTD) – вимірювання зміни опору металевого 
елемента при зміні температури; 
31 
 
− термопарний – визначення різниці потенціалів між двома різними 
металами; 
− цифровий напівпровідниковий – використання інтегральних схем 
для прямого перетворення температури у цифровий сигнал. 
За конструкцією датчики температури виконані у вигляді компактного 
корпусу (металевого або пластикового), що може бути занурений у воду або 
інтегрований у проточну систему. Вони забезпечують безперервний контроль 
температури та можуть передавати дані у реальному часі для подальшої 
обробки. 
Сучасні моделі забезпечують: 
− високу точність вимірювань (±0.5 °C для DS18B20); 
− сумісність із Arduino/ESP32 для інтеграції у Smart-системи [17, 18]; 
− низьке енергоспоживання, що дозволяє використовувати їх у 
автономних станціях; 
− віддалене сповіщення та збереження даних у хмарних сервісах. 
У залежності від типу живлення датчики температури можуть бути: 
− автономні – працюють від батарейок, придатні для мобільних 
вимірювань; 
− системні – інтегровані у централізовані IoT-станції моніторингу, з 
живленням від акумуляторів чи сонячних панелей. 
Встановлення температурних сенсорів у системах моніторингу є 
обов’язковою вимогою відповідно до міжнародних стандартів (WHO, ЄС), 
адже вони забезпечують коректність вимірювань інших параметрів [5]. 
Крім основного призначення – контролю питної води – датчики 
температури широко застосовуються у промисловості, сільському 
господарстві, системах опалення та кондиціонування. У поєднанні з 
системами Smart-будинку вони інтегруються у мобільні застосунки, 
сповіщають користувача віддалено та передають дані у хмарні сервіси для 
подальшої аналітики. 
32 
 
5. Датчики розчиненого кисню, нітратів та хлоридів. Датчики 
розчиненого кисню, нітратів та хлоридів є спеціалізованими сенсорами, що 
забезпечують комплексний контроль екологічного стану води. Вони 
дозволяють оцінювати не лише фізико‑хімічні параметри, а й біологічну 
придатність води для споживання та використання у промисловості, 
сільському господарстві. 
Високий рівень нітратів і хлоридів може свідчити про забруднення 
добривами, промисловими стоками або хімічними реагентами, а низький 
рівень розчиненого кисню є показником погіршення якості води та загрози для 
водних екосистем (рис. 2.9, рис. 2.10). 
 
Рис. 2.9. Зовнішній вигляд датчика розчиненого кисню 
 
Рис. 2.10. Зовнішній вигляд датчиків іон‑селективних сенсорів 
для нітратів/хлоридів 
33 
 
Принцип дії: 
− датчики розчиненого кисню (DO sensors) працюють на основі 
електрохімічного або оптичного методу. Електрохімічні сенсори вимірюють 
струм, що виникає при реакції кисню на електродах, тоді як оптичні сенсори 
визначають концентрацію кисню за зміною люмінесценції спеціальних 
матеріалів; 
− датчики нітратів та хлоридів використовують іон-селективні 
електроди, які реагують на концентрацію відповідних іонів у воді. 
Вимірюваний потенціал пропорційний кількості іонів, що дозволяє точно 
визначати їхню концентрацію. 
За конструкцією такі сенсори виконані у вигляді компактних 
електродних модулів, які занурюються у воду та підключаються до 
мікроконтролера або вимірювальної станції. Вони забезпечують безперервний 
контроль та можуть інтегруватися у багатопараметричні системи моніторингу. 
Сучасні моделі забезпечують: 
− високу точність вимірювань завдяки калібруванню та компенсації 
температури [17]; 
− сумісність із Arduino/ESP32 для інтеграції у Smart-системи; 
− віддалене сповіщення через мобільні застосунки; 
− збереження історії вимірювань у хмарних сервісах для аналітики [4]. 
У залежності від типу живлення датчики можуть бути: 
− автономні – працюють від батарейок або сонячних панелей, придатні 
для польових вимірювань; 
− системні – інтегровані у централізовані IoT-станції моніторингу, з 
живленням від акумуляторів чи комбінованих джерел. 
Встановлення таких сенсорів у системах моніторингу є обов’язковою 
вимогою відповідно до міжнародних стандартів (WHO, ЄС), адже вони 
забезпечують комплексну оцінку якості води [5]. 
Крім основного призначення – контролю питної води – датчики 
розчиненого кисню, нітратів та хлоридів широко застосовуються у сільському 
34 
 
господарстві (контроль поливної води), аквакультурі (забезпечення 
оптимальних умов для риб), а також у промисловості та екологічному 
моніторингу. У поєднанні з системами Smart-будинку вони інтегруються у 
мобільні застосунки, сповіщають користувача віддалено та передають дані у 
хмарні сервіси для подальшої аналітики. 
2.3 Датчики моніторингу параметрів якості питної води 
представлені на ринку 
1. pH датчики. На сучасному ринку представлені як промислові, так і 
побутові рішення pH-датчиків, що відрізняються точністю, терміном 
експлуатації та способом інтеграції в аналітичні системи. 
1.1. DFRobot Gravity: Analog pH Sensor V2 – це спеціалізоване 
рішення для вимірювання водневого показника (pH) розчинів, що дозволяє 
визначати ступінь їхньої кислотності або лужності. Завдяки високій точності 
та надійності цей модуль широко застосовується в системах аквапоніки, 
аквакультури та для моніторингу якості питної води в навколишньому 
середовищі. 
Ключові особливості: 
− вбудована мікросхема стабілізатора напруги забезпечує роботу в 
діапазоні від 3,3 В до 5,5 В. Це робить датчик повністю сумісним із сучасними 
мікроконтролерами з різною логікою (наприклад, Arduino на 5 В та 
ESP32/STM32 на 3,3 В) [17]; 
− апаратна фільтрація вихідного сигналу мінімізує вплив цифрового 
шуму, що забезпечує стабільність показників під час вимірювань; 
− програмне забезпечення підтримує метод двоточкового 
калібрування з автоматичним розпізнаванням стандартних буферних розчинів 
(pH 4.0 та 7.0), що значно спрощує налаштування системи [18]; 
− використання стандартизованого інтерфейсу Gravity дозволяє 
швидко інтегрувати датчик у багатопараметричні системи моніторингу без 
необхідності пайки. 
35 
 
Теоретичне обґрунтування вимірювань. Показник pH відображає 
активність іонів водню в розчині. У стандартних умовах нейтральне 
середовище відповідає значенню pH=7. Розчини з показником нижче 7 
вважаються кислими, а вище 7 – лужними. Модуль SEN0161-V2 дозволяє 
проводити вимірювання у повному діапазоні від 0 до 14, що є необхідним для 
комплексного аналізу якості води згідно з санітарно-гігієнічними нормами [5]. 
В табл. 2.1 наведемо основні технічні характеристики модуля 
SEN0161-V2. 
Таблиця 2.1 
Основні технічні характеристики модуля SEN0161-V2 
Параметр Значення 
Напруга живлення 3,3 ~ 5,5 В 
Вихідна напруга 0 ~ 3,0 В 
Діапазон вимірювання 0 ~ 14 pH 
Точність вимірювання ± 0,1 pH (при 25°C) 
Тип конектора BNC (для електрода) 
Інтерфейс підключення Gravity Analog (PH2.0-3P) 
Габаритні розміри плати 42 мм × 32 мм 
 
1.2. PH4502C – один із найпопулярніших бюджетних рішень для 
визначення рівня pH у складі автоматизованих систем моніторингу на базі 
мікроконтролерів. Завдяки своїй доступності та простоті підключення, цей 
модуль часто використовується в навчальних проєктах, системах 
автоматичного поливу та моніторингу акваріумів. 
Ключові особливості модуля PH4502C: 
− модуль має аналоговий вихід для прямого зчитування рівня pH та 
цифровий вихід із можливістю налаштування порогу спрацьовування за 
допомогою вбудованого потенціометра; 
36 
 
− на платі передбачено роз’єм для підключення термістора, що 
дозволяє частково компенсувати похибку вимірювань, спричинену зміною 
температури розчину; 
− модуль працює від стабілізованої напруги 5 В, що забезпечує 
сумісність із більшістю плат управління; 
− наявність світлодіодних індикаторів живлення та спрацьовування 
цифрового сигналу спрощує процес первинного налаштування та діагностики 
роботи датчика. 
Особливості експлуатації. На відміну від серії Gravity V2, модуль 
PH4502C вимагає більш ретельного калібрування за допомогою двох 
підстроювальних резисторів на платі: один відповідає за зміщення нуля 
(калібрування при pH 7.0), а інший – за чутливість цифрового виходу. Це 
рішення є оптимальним для проектів, де критичним фактором є низька 
вартість апаратної частини при забезпеченні базової точності моніторингу. 
В табл. 2.2 наведемо основні технічні характеристики модуля PH4502C. 
Таблиця 2.2 
Основні технічні характеристики модуля PH4502C 
Параметр Значення 
Напруга живлення 5.0 В (± 0.2 В) 
Робочий струм 5–10 мА 
Діапазон вимірювання 0 ~ 14 pH 
Температурний діапазон 0 ~ 60 °C 
Час відгуку ≤ 5 с 
Час стабілізації ≤ 60 с 
Вихідний сигнал аналоговий/цифровий (тригерний) 
Габаритні розміри плати 42 мм × 32 мм 
 
1.3. E-201-C – це комбінований скляний електрод, який є 
ключовим вимірювальним елементом у бюджетних та середньоцінових 
аналітичних системах. Він призначений для безперервного або епізодичного 
вимірювання активності іонів водню у водних розчинах. Завдяки 
37 
 
стандартному роз’єму BNC, він легко інтегрується з більшістю аналогових 
перетворювачів сигналу. 
Конструктивні та експлуатаційні особливості: 
− електрод об’єднує в одному корпусі вимірювальний електрод та 
електрод порівняння, що спрощує обслуговування та зменшує габарити 
вимірювального вузла; 
− виконаний із міцного полікарбонату, що забезпечує стійкість до 
механічних пошкоджень у порівнянні з повністю скляними лабораторними 
аналогами; 
− конструкція електрода дозволяє проводити стабільні вимірювання в 
діапазоні від 5 до 60 °C, що покриває більшість сценаріїв моніторингу питної 
води та відкритих водойм; 
− довгий кабель (зазвичай 1 метр) із роз’ємом BNC дозволяє винести 
вимірювальний зонд на відстань від електронного блоку керування, 
захищаючи мікроконтролер від вологи. 
В табл. 2.3 наведемо основні технічні характеристики електроду 
E-201-C. 
Таблиця 2.3 
Основні технічні характеристики електрода E-201-C 
Параметр Значення 
Діапазон вимірювання 0 ~ 14 pH 
Температура вимірювання 5 ~ 60 °C 
Нульовий потенціал (Zero point) 7 ± 0,5 pH (при 25 °C) 
Крутизна (Slope) ≥ 98 % 
Внутрішній опір ≤ 250 МΩ (при 25 °C) 
Час відгуку ≤ 1 хв 
Тип роз’єму BNC 
Габаритні розміри плати 42 мм × 32 мм 
 
38 
 
Рекомендації з обслуговування. Для забезпечення точності вимірювань 
робоча частина електрода повинна завжди залишатися вологою. Для цього 
використовується спеціальний захисний ковпачок із розчином KCl. Електрод 
потребує періодичного очищення та калібрування в буферних розчинах для 
компенсації природного дрейфу характеристик. 
Даний електрод є оптимальним компонентом для створення 
багатопараметричного тестера, оскільки забезпечує достатню для санітарного 
моніторингу точність при відносно низькій вартості експлуатації. 
1.4. Sensorex S272CD – це високоякісний промисловий датчик, 
призначений для роботи у важких умовах. Він вирізняється використанням 
технології подвійного переходу, що робить його стійким до хімічного 
отруєння електрода порівняння. Корпус із PPS забезпечує чудову хімічну 
стійкість та механічну міцність. 
Особливості: 
− технологія ERP забезпечує довший шлях для електроліту, що значно 
подовжує термін служби датчика в забруднених середовищах; 
− модульна конструкція дозволяє легко замінювати електрод без 
демонтажу всієї системи кріплення; 
− підходить як для занурювального, так і для проточного монтажу. 
В табл. 2.4 наведемо основні технічні характеристики датчика 
Sensorex S272CD. 
Таблиця 2.4 
Основні технічні характеристики датчика Sensorex S272CD 
Параметр Значення 
Діапазон вимірювання 0 ~ 14 pH 
Матеріал корпусу Ryton (PPS) 
Максимальна температура 100 °C 
Максимальний тиск 100 psig (6.9 bar) 
Тип з’єднання Кабель з роз’ємом BNC або VarioPin 
Електрод порівняння Ag/AgCl (подвійний перехід) 
39 
 
1.5. Atlas Scientific Lab Grade pH Probe – зонд, що поєднує в собі 
точність лабораторного обладнання та надійність, необхідну для тривалого 
моніторингу. Він розроблений спеціально для роботи з електронними 
модулями Atlas Scientific (EZO), які часто інтегруються в IoT-системи через 
інтерфейси I2C або UART. 
Особливості: 
− стабілізація показників відбувається протягом декількох секунд; 
− корпус виготовлений з епоксидної смоли, що робить його майже 
незнищенним у порівнянні зі скляними аналогами; 
− зонд може залишатися зануреним у воду роками без втрати точності. 
В табл. 2.5 наведемо основні технічні характеристики Atlas Scientific 
Lab Grade pH Probe. 
Таблиця 2.5 
Основні технічні характеристики Atlas Scientific Lab Grade pH Probe 
Параметр Значення 
Діапазон вимірювання 0 ~ 14 pH 
Точність +/- 0,001 (залежить від модуля обробки) 
Температурний діапазон 1 ~ 99 °C 
Максимальний тиск 690 kPa (100 PSI) 
Глибина занурення до 60 метрів 
Тип кабелю 1 метр, роз’єм BNC 
 
1.6. Vernier pH Sensor – це надійний інструмент, який широко 
використовується в академічних дослідженнях та польових екологічних 
вимірюваннях. Він відомий своєю стабільністю та простотою калібрування в 
польових умовах. 
Особливості: 
− розроблений для інтенсивного використання в освітніх та 
дослідницьких цілях; 
40 
 
− легко підключається до систем збору даних через аналогові 
інтерфейси; 
− поставляється у спеціальному флаконі для зберігання, що гарантує 
збереження властивостей електрода між вимірюваннями. 
В табл. 2.6 наведемо основні технічні характеристики Vernier pH Sensor. 
Таблиця 2.6 
Основні технічні характеристики Vernier pH Sensor 
Параметр Значення 
Тип датчика скляний електрод, заповнений гелем 
Діапазон вимірювання 0 ~ 14 pH 
Точність (типова) ±0,2 pH одиниці 
Температура експлуатації 5 ~ 80 °C 
Час відгуку (90%) 1 с (у воді) 
Опір ізоляції 100 МΩ 
 
2. Датчики електропровідності та TDS. На сучасному ринку 
представлені як промислові, так і побутові рішення датчиків 
електропровідності та TDS, що відрізняються точністю, терміном експлуатації 
та способом інтеграції в аналітичні системи. 
2.1. DFRobot Gravity: Analog TDS Sensor – датчик загального 
вмісту розчинених речовин, що вказує, скільки міліграмів розчинених твердих 
речовин міститься в одному літрі води. Цей датчик від DFRobot є чудовим 
рішенням для побутових систем очищення води та гідропоніки [19]. 
Особливості: 
− сумісний з контролерами 3,3 В і 5 В [17]; 
− дозволяє проводити тривалі вимірювання у рідкому середовищі; 
− стандартний роз’єм Gravity дозволяє підключити датчик без 
пайки [18]. 
В табл. 2.7 наведемо основні технічні характеристики DFRobot Gravity: 
Analog TDS Sensor [19]. 
41 
 
Таблиця 2.7 
Основні технічні характеристики DFRobot Gravity: Analog TDS Sensor 
Параметр Значення 
Вхідна напруга 3,3 ~ 5,5 В 
Вихідна напруга 0 ~ 2,3 В 
Робочий струм 3 ~ 6 мА 
Діапазон вимірювання TDS 0 ~ 1000 ppm 
Точність вимірювання ± 10 % F.S. (25 °C) 
Інтерфейс підключення PH2.0-3P 
Кількість голок зонда 2 
 
2.2. Atlas Scientific EZO-EC – датчик електропровідності 
промислового рівня у поєднанні з модулем обробки сигналу EZO-EC 
призначений для високоточних вимірювань електропровідності, солоності та 
загального вмісту розчинених речовин в системах лабораторного та 
промислового класу. 
В табл. 2.8 наведемо основні технічні характеристики 
Atlas Scientific EZO-EC (K 1.0). 
Таблиця 2.8 
Основні технічні характеристики Atlas Scientific EZO-EC (K 1.0) 
Параметр Значення 
Діапазон вимірювання EC 0,07 μS/cm ~ 500,000 μS/cm 
Точність ± 2 % 
Напруга живлення 3,3 В ~ 5,0 В 
Інтерфейси UART та I2C 
Робоча температура 1 ~ 110 °C 
Максимальний тиск 3447 kPa (500 PSI) 
 
 
42 
 
Особливості: 
− один пристрій вимірює EC, TDS, солоність (PSU) та питому вагу; 
− підтримка протоколів UART та I2C мінімізує похибки при передачі 
сигналу на контролер [17]; 
− електроди виготовлені з платини, що забезпечує стабільність 
показників та стійкість до окислення. 
2.3. JX-600 – це промисловий трансмітер електропровідності, який 
часто використовується в автоматизованих системах водоканалу та 
промислових очисних спорудах. Він орієнтований на передачу даних на великі 
відстані через промислові інтерфейси. 
Особливості: 
− підтримка протоколу Modbus-RTU дозволяє підключати датчик до 
промислових PLC або систем моніторингу на базі ESP32 з конвертером рівнів; 
− корпус зазвичай має захист IP68 для роботи у вологих приміщеннях; 
− автоматична корекція показників залежно від температури води. 
В табл. 2.9 наведемо основні технічні характеристики JX-600. 
Таблиця 2.9 
Основні технічні характеристики промислового датчика JX-600 
Параметр Значення 
Напруга живлення 12 ~ 24 В DC 
Вихідний інтерфейс RS485 (Modbus-RTU) 
Діапазон вимірювання 0 ~ 20000 μS/cm 
Роздільна здатність 1 μS/cm 
Похибка ± 1.5 % 
Матеріал корпусу ABS-пластик 
 
3. Датчики каламутності. 
3.1. DFRobot Gravity: Analog Turbidity Sensor – найпопулярніше 
рішенням для прототипів на базі Arduino або ESP32. Він використовує 
43 
 
оптичний принцип вимірювання: інфрачервоний діод та фототранзистор 
фіксують кількість світла, що проходить крізь шар води. 
Особливості: 
− підтримка аналогового сигналу (для точних значень) та цифрового; 
− низьке енергоспоживання робить його придатним для автономних 
IoT-пристроїв; 
− використання роз’єму Gravity стандарту PH2.0-3P. 
В табл. 2.10 наведемо основні технічні характеристики DFRobot Gravity: 
Analog Turbidity Sensor. 
Таблиця 2.10 
Основні технічні характеристики промислового датчика 
DFRobot Gravity: Analog Turbidity Sensor 
Параметр Значення 
Робоча напруга 5,0 В DC 
Робочий струм 40 мА (макс.) 
Діапазон вимірювання 0 ~ 3000 NTU 
Вихідний сигнал аналоговий (0 ~ 4,5 В)/цифровий (0/5 В) 
Температура експлуатації 5 ~ 90 °C 
Робочий ресурс приблизно 50000 год 
 
3.2. ZDYG-2087-01 – це професійний цифровий датчик, 
призначений для безперервного моніторингу стічних вод, річок та 
промислових процесів. Він побудований на методі розсіювання світла під 
кутом 90 градусів (ISO 7027). 
Особливості: 
− вихід RS485 (Modbus-RTU) дозволяє передавати дані на відстань до 
1000 метрів без втрат; 
− деякі модифікації оснащені щіткою для автоматичного видалення 
біологічного нальоту з лінз; 
44 
 
− герметичний корпус IP68 дозволяє постійно перебувати під водою на 
великій глибині. 
В табл. 2.11 наведемо основні технічні характеристики ZDYG-2087-01. 
Таблиця 2.11 
Основні технічні характеристики промислового датчика 
ZDYG-2087-01 
Параметр Значення 
Напруга живлення 12 ~ 24 В DC 
Діапазон вимірювання 0 ~ 1000 NTU (налаштовується) 
Похибка вимірювання ± 3 % або 0.1 NTU 
Тип сигналу RS485 Modbus-RTU 
Матеріал корпусу нержавіюча сталь 316L або PVC 
Клас захисту IP68 
 
3.3. TSD-10 – часто використовуються в пральних та 
посудомийних машинах, але через низьку ціну їх часто адаптують для простих 
систем моніторингу стічних вод. 
В табл. 2.12 наведемо основні технічні характеристики TSD-10. 
Таблиця 2.12 
Основні технічні характеристики TSD-10 
Параметр Значення 
Робоча напруга 5,0 В DC 
Робочий струм 30 мА 
Діапазон вимірювання 0 ~ 1000 NTU 
Тип виходу аналогова напруга 
Час відгуку < 100 мс 
Ізоляційний опір 100 МΩ 
 
 
45 
 
Особливості: 
− невеликі розміри дозволяють монтувати його всередині вузьких 
труб; 
− найдешевше рішення серед оптичних сенсорів; 
− найкраще працює для виявлення різкого забруднення води. 
4. Датчики температури. 
4.1. DS18B20 – це найпопулярніший цифровий термометр, який 
використовує протокол 1-Wire [20]. Для моніторингу води використовується 
версія в гільзі з нержавіючої сталі, що робить його повністю 
водонепроникним. 
Особливості: 
− на відміну від аналогових датчиків, сигнал не деградує при передачі 
по довгих кабелях; 
− декілька таких датчиків можна підключити до одного піна 
мікроконтролера, оскільки кожен має унікальний 64-бітний серійний 
номер [20]; 
− не потребує зовнішнього аналого-цифрового перетворювача. 
В табл. 2.13 наведемо основні технічні характеристики DS18B20. 
Таблиця 2.13 
Основні технічні характеристики DS18B20 
Параметр Значення 
Напруга живлення 3,0 ~ 5,5 В 
Діапазон вимірювання -55 °C ~ +125 °C 
Похибка ±0,5°C (в діапазоні -10 °C ~ +85 °C) 
Роздільна здатність 9-12 біт (налаштовується) 
Час перетворення < 750 мс 
Тип корпусу герметична гільза (6 × 50 мм) 
 
4.2. Atlas Scientific PT-1000 – це платиновий датчик опору (RTD) 
лабораторного класу. Він забезпечує найвищу стабільність і точність серед 
46 
 
усіх типів датчиків температури і використовується в професійних станціях 
моніторингу. 
Особливості: 
− опір платини змінюється лінійно залежно від температури; 
− платина не окислюється, що гарантує стабільність калібрування 
протягом багатьох років; 
− корпус часто виготовляється з матеріалів, що дозволяють контакт з 
питною водою. 
В табл. 2.14 наведемо основні технічні характеристики 
Atlas Scientific PT-1000. 
Таблиця 2.14 
Основні технічні характеристики Atlas Scientific PT-1000 
Параметр Значення 
Тип сенсора платиновий RTD (клас А) 
Діапазон вимірювання -200 °C ~ +850 °C (обмежено корпусом) 
Точність ±(0,15 + 0,002*t) °C 
Опір при 0°C 1000 Ω 
Тип кабелю екранований, з роз’ємом BNC або без 
Матеріал зонда нержавіюча сталь 316L/поліолефін 
 
4.3. Аналоговий терморезистор (NTC Thermistor 10k) – це 
найпростіший і найдешевший тип датчика. Його опір зменшується при 
підвищенні температури (рис. 2.11). Часто вбудовується безпосередньо в 
корпуси pH-електродів (як у моделі PH4502C) для грубої температурної 
компенсації. 
Особливості: 
− через низьку вартість ідеально для масового виробництва побутових 
приладів; 
− швидкий відгук через малий розмір чутливого елемента; 
47 
 
− потребує складних математичних обчислень (рівняння Стейнхарта-
Харта) для отримання точного значення температури через нелінійність. 
 
Рис. 2.11. Графік залежності опору NTC-термістора від температури 
В табл. 2.15 наведемо основні технічні характеристики 
NTC 10k Ohm Thermistor. 
Таблиця 2.15 
Основні технічні характеристики NTC 10k Ohm Thermistor 
Параметр Значення 
Опір при 25 °C 10 кΩ 
Коефіцієнт B (25/50 °C) 3950 K 
Точність опору ± 1 % 
Діапазон температур -40 °C ~ +125° C 
48 
 
Тип виходу аналоговий (зміна опору) 
 
5. Датчики розчиненого кисню, нітратів та хлоридів. 
5.1. DFRobot Gravity: Analog DO Sensor – це гальванічний датчик 
для вимірювання рівня розчиненого кисню у воді. Він є ідеальним рішенням 
для бюджетних систем моніторингу, оскільки не потребує часу на 
поляризацію та готовий до роботи одразу після занурення. 
Особливості: 
− електрод самостійно генерує напругу, що спрощує схему 
підключення; 
− роз’єм стандарту Gravity дозволяє підключати модуль до Arduino 
або ESP32 без пайки; 
− мембранний ковпачок та внутрішній електроліт можна замінити у 
разі зносу. 
В табл. 2.16 наведемо основні технічні характеристики DFRobot Gravity: 
Analog DO Sensor. 
Таблиця 2.16 
Основні технічні характеристики DFRobot Gravity: Analog DO Sensor 
Параметр Значення 
Тип сенсора гальванічний електрод 
Діапазон вимірювання 0 ~ 20 мг/л 
Напруга живлення 3,3 ~ 5,0 В 
Час відгуку < 90 с (до 90 % значення) 
Температурний діапазон 0 ~ 40 °C 
 
5.2. Atlas Scientific EZO-DO – це професійна інтелектуальна 
система вимірювання розчиненого кисню. Вона складається з 
полярографічного зонда та модуля обробки сигналів, що забезпечує 
лабораторну точність у промислових умовах. 
Особливості: 
49 
 
− модуль виконує температурну, сольову та атмосферну компенсацію 
в реальному часі, що забезпечує високу точність; 
− підтримка протоколів UART та I2C для надійної передачі даних без 
завад; 
− можливість калібрування за однією або двома точками через 
програмні команди. 
В табл. 2.17 наведемо основні технічні характеристики 
Atlas Scientific EZO-DO. 
Таблиця 2.17 
Основні технічні характеристики Atlas Scientific EZO-DO 
Параметр Значення 
Тип сенсора Полярографічний 
Діапазон вимірювання 0 ~ 100 мг/л 
Точність ±0,05 мг/л 
Інтерфейси передачі UART/I2C 
Максимальний тиск 6.9 bar (100 PSI) 
Глибина занурення до 60 метрів 
 
5.3. Vernier Nitrate ISE – це іоноселективний електрод, 
розроблений для швидкого визначення концентрації іонів нітратів (NO3⁻) у 
прісній воді. Він широко використовується в екологічних дослідженнях для 
виявлення забруднень добривами. 
Особливості: 
− селективно реагує на нітрат-іони, забезпечуючи надійні результати; 
− комбінований електрод не потребує постійного заправлення рідким 
електролітом; 
− стандартний роз’єм BNC дозволяє підключати електрод до широкого 
кола вимірювальних пристроїв. 
В табл. 2.18 наведемо основні технічні характеристики 
Vernier Nitrate ISE. 
50 
 
Таблиця 2.18 
Основні технічні характеристики Vernier Nitrate ISE 
Параметр Значення 
Діапазон вимірювання 1 ~ 14,000 мг/л (як N) 
Робочий діапазон pH 2.5 ~ 11 pH 
Точність ± 10 % від повного масштабу 
Робоча температура 0 ~ 40 °C 
Мінімальний об’єм зразка 25 мл 
Тип підключення BNC 
 
5.4. Vernier Chloride ISE – це твердотільний іоноселективний 
електрод для вимірювання концентрації хлорид-іонів (Cl⁻). Його конструкція 
робить його стійким до механічних впливів та зручним для польових 
вимірювань. 
В табл. 2.19 наведемо основні технічні характеристики 
Vernier Chloride ISE. 
Таблиця 2.19 
Основні технічні характеристики Vernier Chloride ISE 
Параметр Значення 
Діапазон вимірювання 1,8 ~ 35,500 мг/л 
Похибка ± 10 % від повного діапазону 
Робоча температура 0 ~ 40 °C 
Опір мембрани < 1 МΩ 
Інтерференція S²⁻, I⁻, Br⁻ (потребує врахування) 
Тип роз’єму BNC 
 
Особливості: 
− відсутність внутрішнього рідкого електроліту підвищує надійність 
датчика; 
51 
 
− корпус з міцного пластику захищає вимірювальний елемент при 
роботі у відкритих водоймах; 
− забезпечує швидкий аналіз засоленості води без необхідності 
титрування. 
5.5. Atlas Scientific Chloride Test Probe – це промисловий зонд 
лабораторного класу, розроблений для тривалого занурення в аналітичні 
системи моніторингу стічних та питних вод. 
Особливості: 
− герметичний корпус дозволяє проводити вимірювання на глибині до 
60 метрів; 
− епоксидний корпус та срібна мембрана гарантують тривалий термін 
служби в агресивних середовищах; 
− легко інтегрується в цифрові системи через перетворювачі сигналу 
Atlas Scientific EZO. 
В табл. 2.20 наведемо основні технічні характеристики 
Atlas Scientific Chloride Test Probe. 
Таблиця 2.20 
Основні технічні характеристики Atlas Scientific Chloride Test Probe 
Параметр Значення 
Діапазон вимірювання 1,8 ppm ~ 35,500 ppm 
Матеріал корпусу епоксидна смола 
Максимальна температура 80 °C 
Тип електрода твердотільний (Silver Chloride) 
Довжина кабелю 1 м (екранований) 
Вага зонда 50 г 
 
2.4 Доцільність впровадження аналітичних систем моніторингу 
параметрів якості питної води 
Аналіз доцільності впровадження автоматизованих засобів контролю 
якості води потребує комплексного вивчення їхніх технологічних 
52 
 
характеристик. У сучасних умовах цифровізації екологічного моніторингу 
системи мають бути не лише точними, а й гнучкими, масштабованими та 
економічно обґрунтованими [13]. При виборі архітектурного рішення 
ключовими критеріями виступають рівень автономності, методи передачі 
даних та сумісність із хмарними платформами для віддаленого аналізу. 
Сучасний ринок представлений широким спектром пристроїв: від 
професійних станцій ICT International, призначених для тривалого 
використання у відкритих водоймах, до бюджетних розробок на 
базі ESP32/NodeMCU, що орієнтовані на локальне застосування та наукові 
дослідження [8]. Індустріальні рішення, такі як IQFLOW, займають нішу 
територіально розподілених мереж, де критичною є стабільність зв’язку на 
великих відстанях. 
Одним із найважливіших параметрів є здатність системи функціонувати 
в умовах обмеженого доступу до інфраструктури. Розглянемо підходи до 
забезпечення автономності в існуючих рішеннях: 
− ці системи спеціально розроблені для польових умов. Використання 
сонячних панелей та енергоефективних протоколів (LoRaWAN) [16] дозволяє 
їм роками працювати у віддалених районах без зовнішнього живлення; 
− проєкти на базі ESP32 та NodeMCU, хоч і вирізняються низькою 
вартістю, зазвичай потребують стабільного Wi-Fi покриття та постійного 
джерела живлення, що обмежує їх використання лабораторними або 
домашніми умовами [17]. 
2.5 Економічні аспекти та оптимізація експлуатаційних витрат 
аналітичних систем моніторингу параметрів якості питної води 
Впровадження IoT-технологій у сферу водопідготовки дозволяє 
радикально змінити фінансову модель моніторингу, переходячи від витратних 
ручних методів аналізу до автоматизованого контролю «за потребою». 
1. Зниження вартості обладнання. Використання доступних 
компонентів, як показано у роботах Fadel & Shujaa, демонструє можливість 
53 
 
створення ефективних систем моніторингу (pH, TDS) за ціною, що в десятки 
разів нижча за промислові аналоги типу ICT International [5]. Це відкриває 
шлях до масового впровадження контролю якості води у приватному секторі. 
2. Зменшення витрат на зв’язок та обслуговування. Технології 
LPWAN [11], що використовуються в системі IQFLOW, забезпечують 
передачу даних з мінімальними витратами енергії та трафіку. Крім того, 
модульна архітектура таких систем дозволяє проводити модернізацію або 
заміну окремих сенсорів без заміни всього комплексу, що суттєво знижує 
вартість володіння системою. 
3. Автоматизація сповіщень. Хмарна підтримка та автоматичні 
повідомлення (SMS/E-mail), реалізовані в промислових рішеннях, дозволяють 
оперативно реагувати на критичні зміни показників, запобігаючи аварійним 
ситуаціям та відповідним фінансовим збиткам [4]. 
2.6 Інтеграція вимірювальних систем у цифрові екосистеми та 
хмарні сервіси 
Сучасний моніторинг неможливий без централізованого зберігання та 
візуалізації результатів. Кожне з розглянутих рішень використовує свій підхід 
до цифрової підтримки: 
− система від ICT International та IQFLOW пропонує закриті 
інтегровані хмарні платформи для накопичення даних та формування 
звітності, що відповідає вимогам комунальних та промислових підприємств; 
− науково-дослідні проєкти (Korpyljov et al.) використовують 
платформу ThingSpeak, що дозволяє не лише візуалізувати дані, а й 
інтегрувати їх із геоінформаційними системами (GIS) для створення 
інтерактивних карт екологічного стану поверхневих вод [4]; 
− використання відкритого коду та середовища Arduino IDE у 
бюджетних IoT-системах на базі ESP32/NodeMCU дозволяє адаптувати 
програмну логіку під специфічні завдання користувача, забезпечуючи легку 
інтеграцію в екосистеми Smart Home через MQTT-протоколи [21]. 
54 
 
2.7 Сертифікація та стандартизація як гарантія надійності 
аналітичних систем моніторингу якості питної води 
Процес сертифікації є фундаментальним аспектом розробки та 
впровадження систем аналізу якості води. У сучасних інженерних рішеннях, 
де на перший план виходять вимоги до точності хімічного аналізу та 
екологічної безпеки, використання сертифікованих компонентів стає 
критичним фактором. Це визначає не лише технічну надійність пристрою, а й 
правову відповідність проєкту державним та міжнародним санітарним 
нормам [1, 2]. 
Сертифікація передбачає комплексну перевірку вимірювальних вузлів 
на відповідність метрологічним стандартам, стійкість до тривалого 
перебування в агресивному водному середовищі та стабільність передачі 
даних. 
1. Підтвердження точності та стабільності вимірювань. Одним із 
головних завдань сертифікації є гарантія того, що система здатна коректно 
працювати у реальних умовах. Під час випробувань перевіряються наступні 
параметри: 
− швидкість реакції сенсорів на зміну хімічного складу води; 
− точність калібрування датчиків pH, TDS та каламутності; 
− надійність роботи механізмів температурної компенсації; 
− стійкість корпусу та з’єднань до корозії та біологічного обростання. 
Це особливо важливо для професійних станцій, таких як ICT 
International, які працюють у відкритих водоймах, де зовнішні фактори можуть 
суттєво впливати на результат вимірювання. 
2. Економічна вартість та довіра інвесторів. Застосування 
сертифікованих рішень, таких як IQFLOW, надає прямі переваги власникам 
промислових об’єктів та комунальних підприємств. Страхові та контролюючі 
органи надають пріоритет системам, що пройшли офіційне підтвердження 
якості, оскільки це мінімізує ризики отримання некоректних даних про стан 
питної води або стічних вод. 
55 
 
Наявність міжнародних сертифікатів дозволяє використовувати систему 
в межах державних тендерів або при проходженні міжнародної екологічної 
сертифікації об’єктів нерухомості. 
3. Сертифікація у бюджетних та наукових проєктах. Для рішень на 
базі ESP32 (Fadel & Shujaa) [5] або NodeMCU (Korpyljov et al.) питання 
сертифікації часто стосується окремих модулів (наприклад, сертифікація 
FCC/CE для Wi-Fi модулів). Хоча самі аматорські збірки можуть не мати 
комплексного метрологічного сертифіката, використання в них перевірених 
сенсорів (наприклад, промислових зондів Atlas Scientific) дозволяє наблизити 
точність саморобних систем до професійного рівня. 
4. Ключові стандарти у сфері моніторингу води: 
− ISO 17025 – загальний стандарт, що регламентує вимоги до 
компетентності лабораторій та вимірювального обладнання; 
− ДСТУ ISO 5667 [10] – комплекс стандартів України, що встановлює 
правила відбору проб та вимоги до обладнання для аналізу якості води; 
− CE та FCC – маркування, що підтверджують безпеку електронних 
компонентів (мікроконтролерів ESP32/NodeMCU) [17] та їхню сумісність із 
бездротовими мережами; 
− NSF/ANSI – специфічні сертифікати для обладнання, що контактує 
безпосередньо з питною водою [22]. 
Порівняння підходів показує, що професійні системи (ICT International, 
IQFLOW) роблять акцент на комплексній сертифікації всього вимірювального 
вузла, тоді як у бюджетних проєктах (ESP32/NodeMCU) наголос ставиться на 
використанні сертифікованих електронних компонентів та відкритого ПЗ для 
самостійної верифікації точності. 
56 
 
3 ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ КОМПОНЕНТІВ 
АНАЛІТИЧНОЇ СИСТЕМИ МОНІТОРИНГУ 
ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ 
Мета практичної частини полягає в розробці аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води. З огляду на зростаючі вимоги до 
автоматизації та безпеки житлових приміщень, особливо в умовах віддаленого 
контролю, необхідно визначити оптимальний тип і конфігурацію датчиків, які 
забезпечують максимальну точність вимірювань, мінімізацію похибок 
(зокрема за рахунок термокомпенсації), а також зручність встановлення та 
довговічність експлуатації в агресивному водному середовищі [13]. 
Практична частина роботи складається з: 
1. Порівняння та вибір датчиків потрібних для оцінки якості питної 
води (pH датчики, датчики температури, TDS та електропровідності, 
розчиненого кисню, нітратів та хлоридів, а також каламутності), матеріали 
яких дозволені для контакту з питною водою, не призводячи до погіршення 
здоров’я споживачів. 
2. Аналіз зібраних результатів із метою визначення сильних й слабких 
сторін кожного датчика та визначення мікроконтролера, який доцільно 
використати в даній системі. 
3. Проєктування моделі системи, а саме її живлення, загальної 
архітектури, розробка структурної та електрично принципової моделей 
системи. Розробка алгоритму опитування датчиків з урахуванням 
термокомпенсації та фільтрації шумів, налаштування хмарного середовища 
для візуалізації результатів. 
Основними типами датчиків, що інтегруються в аналітичну систему 
моніторингу параметрів якості питної води, є датчики pH, каламутності, 
загального вмісту розчинених речовин та температури, а також датчики 
розчиненого кисню, нітратів та хлоридів. Їх сукупне використання дозволяє 
отримати комплексну картину безпеки водних ресурсів у режимі реального 
часу. 
57 
 
Датчики pH та TDS є невід’ємною частиною системи, оскільки вони 
дозволяють контролювати хімічну стабільність та мінералізацію рідини. 
Принцип роботи pH-сенсорів базується на потенціометричному методі, де 
скляний електрод реагує на активність іонів водню. У свою чергу, TDS-метри 
(датчики електропровідності) визначають здатність води проводити 
електричний струм, що безпосередньо вказує на концентрацію солей та 
сторонніх домішок. Використання цих датчиків (наприклад, серії Gravity від 
DFRobot або професійних рішень від Atlas Scientific) дозволяє адаптувати 
роботу фільтраційних установок: система автоматично визначає момент 
вичерпання ресурсу фільтра або раптове потрапляння забруднювачів у 
магістраль. 
Датчики температури відіграють критичну роль для забезпечення 
точності всієї системи. Оскільки фізико-хімічні показники (особливо pH та 
провідність) суттєво залежать від нагріву рідини, використання датчиків 
типу DS18B20 дозволяє впровадити алгоритми програмної 
термокомпенсації [20]. Це гарантує точність вимірювань незалежно від 
сезонних коливань температури води у мережі. 
Центральним елементом системи є блок керування на базі 
мікроконтролера ESP32, який об’єднує всі датчики та виконавчі механізми в 
єдину інтегровану IoT-інфраструктуру [8, 17]. Сучасна автоматика дозволяє 
здійснювати дистанційний моніторинг через хмарні сервіси (наприклад, 
ThingSpeak або мобільні додатки), що забезпечує користувачеві зручність у 
налаштуванні порогів спрацювання та отриманні миттєвих сповіщень про 
аварійні стани [4]. 
Крім того, архітектура системи передбачає можливість підключення 
електроприводів. Це дозволяє реалізувати сценарій активного захисту: у разі 
виявлення токсичних відхилень або перевищення норм каламутності, система 
автоматично перекриває подачу води, запобігаючи ризикам для здоров’я 
споживачів. 
58 
 
3.1 Датчик pH 
Датчики pH у аналітичній системі моніторингу параметрів якості питної 
води призначені для своєчасного виявлення відхилень кислотно-лужного 
балансу на ранніх стадіях забруднення. Вони забезпечують швидке 
сповіщення користувачів про потенційну загрозу хімічного зараження або 
критичної зміни складу води через мобільні додатки, хмарні платформи або 
інтегровані системи керування. 
Завдяки підключенню до розумної мережі будинку на базі 
мікроконтролера ESP32, такі датчики можуть автоматично запускати захисні 
заходи – наприклад, активувати електромагнітні клапани для перекриття 
водопостачання, подавати сигнал про необхідність промивання системи або 
вимикати насосне обладнання. 
Крім того, смарт-датчики pH підтримують функції програмної 
термокомпенсації та калібрування, що дозволяє значно знизити похибку 
вимірювань й запобігти помилковим спрацюванням виконавчих механізмів. 
Таким чином, вони є важливою складовою комплексного захисту здоров’я 
споживачів та запобігання пошкодженню побутової техніки через 
неякісну воду. 
На основі огляду декількох датчиків, для реалізації аналітичної системи 
моніторингу якості питної води було обрано модуль DFRobot Gravity: Analog 
pH Sensor V2, зовнішній вигляд якого показано на рис. 3.1. 
 
Рис. 3.1. Зовнішній вигляд DFRobot Gravity: Analog pH Sensor V2 
59 
 
Зовнішній вигляд у комплекті з комбінованим електродом E-201-C 
наведено на рис. 3.2. 
 
Рис. 3.2. Зовнішній вигляд електрода E-201-C 
Даний вибір обумовлений наступними факторами: 
− Модуль DFRobot Gravity V2 зазвичай постачається у готовому 
комплекті разом із комбінованим електродом E-201-C. Це гарантує повну 
апаратну сумісність вимірювального зонда з платою перетворювача сигналу, 
що спрощує процес збірки пристрою та виключає необхідність пошуку 
додаткових перехідників або узгоджувальних вузлів; 
− на відміну від бюджетного модуля PH4502C [5], серія Gravity V2 має 
вбудований стабілізатор напруги, що дозволяє йому коректно працювати 
від 3,3 В. Це критично важливо для обраного мікроконтролера ESP32, 
оскільки використання датчиків, що працюють виключно від 5 В, потребувало 
б додаткових дільників напруги та могло призвести до пошкодження портів 
контролера; 
− наявність апаратної фільтрації в модулі DFRobot мінімізує вплив 
електромагнітних завад від Wi-Fi модуля ESP32, що забезпечує стабільність 
показників без необхідності написання складних програмних фільтрів; 
− хоча зонди від Atlas Scientific та Sensorex мають вищі показники 
довговічності, їх вартість у 5-10 разів перевищує вартість обраного рішення. 
Для створення доступного побутового або муніципального прототипу 
60 
 
поєднання DFRobot та E-201-C забезпечує оптимальний баланс між 
лабораторною точністю (± 0.1 pH) та ринковою ціною; 
− використання корпусу з полікарбонату в електроді E-201-C та 
роз’єму BNC дозволяє легко замінити вимірювальний елемент у разі його 
виходу з ладу або забруднення, не змінюючи при цьому всю електронну схему 
пристрою. 
Таким чином, обрана конфігурація дозволяє реалізувати надійну 
систему з підтримкою двоточкового калібрування, яка повністю відповідає 
вимогам ДСТУ щодо контролю водневого показника питної води 
(норма 6.5-8.5 pH) [10]. 
3.2 Датчик TDS 
Підсумовуючи розгляд доступних рішень для вимірювання загальної 
мінералізації, для розроблюваної системи варто обрати DFRobot Gravity: 
Analog TDS Sensor [23], зовнішній вигляд якого показано на рис. 3.3. 
 
Рис. 3.3. Зовнішній вигляд DFRobot Gravity: Analog TDS Sensor 
Вибір базується на аналізі його сильних та слабких сторін: 
− хоча промислові моделі, такі як Atlas Scientific EZO-EC або JX-600, 
мають значно вищу точність (± 1.5-2 %) та широкий температурний діапазон, 
вони потребують складних протоколів передачі даних (I2C або RS485 через 
конвертер) та зовнішнього живлення 12-24 В. Для побутового моніторингу 
питної води похибка у ± 10 %, яку має датчик від DFRobot, є прийнятним 
61 
 
компромісом, оскільки головним завданням системи є фіксація різкої зміни 
складу води, а не лабораторний аналіз; 
− основним «плюсом» обраного датчика є його енергоефективність та 
підтримка низьковольтної логіки (3,3 В). Це дозволяє уникнути головного 
«мінуса» багатьох бюджетних датчиків – необхідності узгодження рівнів 
сигналу для ESP32. Стабільна робота при струмі до 6 мА робить його 
ідеальним для безперервного моніторингу без перегріву компонентів; 
− використання водонепроникного зонда в комплекті Gravity нівелює 
ризик короткого замикання при тривалому контакті з водою, що є частою 
проблемою дешевих відкритих електродів. Водночас, використання 
роз’ємного підключення дозволяє легко замінити сам зонд у разі його 
хімічного «отруєння» або накопичення нальоту, не замінюючи плату обробки 
сигналу; 
− аналіз «мінусів» промислових датчиків (висока вартість та 
складність налаштування) показав, що їх використання в Smart-системах для 
дому є надлишковим. Модель від DFRobot забезпечує необхідний функціонал 
за ціною, що в рази менша за професійні аналоги, що робить кінцеву систему 
доступною для масового споживача. 
Таким чином, незважаючи на меншу точність порівняно з промисловими 
трансмітерами, DFRobot Gravity TDS є найбільш збалансованим рішенням для 
даного прототипу, що поєднує простоту інтеграції, надійну ізоляцію та 
достатню для побутових потреб інформативність. 
3.3 Датчик каламутності 
Розглянувши спектр датчиків для вимірювання каламутності, для 
реалізації системи було обрано модуль DFRobot Gravity: Analog Turbidity 
Sensor, зовнішній вигляд якого наведено на рис. 3.4. 
62 
 
 
Рис. 3.4. Зовнішній вигляд DFRobot Gravity: Analog Turbidity Sensor 
Вибір ґрунтується на детальному аналізі плюсів та мінусів кожної 
моделі в контексті розробки IoT-прототипу: 
− хоча професійний датчик ZDYG-2087-01 має незаперечні «плюси» у 
вигляді високої точності (± 3 %) та захисту IP68, його головними «мінусами» 
для даного проєкту є висока вартість та потреба у живленні 12-24 В. Натомість 
датчик від DFRobot, попри більшу залежність від зовнішнього освітлення, 
забезпечує достатній діапазон (до 3000 NTU) для фіксації появи іржі або мулу 
в питній воді при прямому підключенні до контролера; 
− важливою перевагою обраного датчика є підтримка подвійного 
режиму виходу. На відміну від вузькоспеціалізованого TSD-10, який 
найкраще працює як простий тригер, модуль Gravity дозволяє знімати 
аналогові дані для побудови графіків динаміки забруднення в хмарі, що є 
критичним для аналітичної системи; 
− порівняно з побутовим TSD-10, модуль від DFRobot має заявлений 
робочий ресурс у 50 000 год, що робить його більш надійним для 
безперервного моніторингу. При цьому максимальний струм 
споживання (40 мА) дозволяє системі на базі ESP32 залишатися в межах 
лімітів живлення від стандартних USB-портів або літієвих акумуляторів; 
− «мінусом» оптичних датчиків є необхідність чистоти лінз. Хоча 
професійний ZDYG має функцію самоочищення, для побутового пристрою це 
63 
 
призвело б до значного здорожчення. Вибір на користь DFRobot обумовлений 
можливістю легкої заміни або ручного очищення сенсора завдяки його 
модульній конструкції та доступній ціні. 
Таким чином, DFRobot Gravity: Analog Turbidity Sensor є найбільш 
раціональним вибором. Він поєднує в собі функціональність аналогового 
аналізатора та простоту впровадження, забезпечуючи надійне виявлення 
зважених частинок у системі водопостачання. 
3.4 Датчик температури 
Після розгляду різних типів температурних сенсорів, для реалізації 
аналітичної системи було обрано цифровий датчик DS18B20 у герметичній 
гільзі, зовнішній вигляд якого показано на рис. 3.5. 
 
Рис. 3.5. Зовнішній вигляд DS18B20 у герметичній гільзі 
Цей вибір обумовлений наступним балансом переваг та недоліків: 
− основним «плюсом» обраного датчика перед аналоговими 
термісторами (NTC) є використання цифрового протоколу 1-Wire [20]. У 
системах моніторингу параметрів якості питної води кабелі від датчиків до 
контролера можуть мати значну довжину. Аналогові сигнали NTC-термісторів 
схильні до деградації та наведень, тоді як цифровий сигнал DS18B20 
передається без втрат точності, що критично для коректної роботи алгоритмів 
термокомпенсації pH-метра; 
64 
 
− використання DS18B20 дозволяє нівелювати головний «мінус» 
аналогових датчиків – потребу у використанні АЦП та складних обчислень за 
рівнянням  тейнхарта-Харта. Обробка сигналу відбувається всередині самого 
датчика, а ESP32 отримує вже готове значення температури в градусах 
Цельсія [20]; 
− хоча професійний платиновий датчик PT-1000 забезпечує вищу 
точність, його вартість є значно вищою, а для його роботи потрібні 
спеціалізовані модулі підсилення (наприклад, MAX31865). Для побутового та 
муніципального моніторингу питної води похибка  S18B20 у ± 0,5 °C є цілком 
допустимою. Гільза з нержавіючої сталі забезпечує необхідний захист від 
корозії при постійному перебуванні у водному середовищі; 
− завдяки унікальній 64-бітній адресації кожного датчика, система 
дозволяє підключити декілька точок вимірювання (наприклад, на вході у 
будинок та після фільтрів) на один цифровий пін ESP32. Це вагомий «плюс» 
для розширення функціоналу системи без ускладнення схеми живлення та 
розводки плат. 
Таким чином, DS18B20 є найбільш збалансованим рішенням, яке 
поєднує високу стійкість до завад, простоту програмування та надійний 
вологозахист, що робить його ідеальним інструментом для забезпечення 
точності всієї аналітичної системи [20]. 
3.5 Додаткові датчики до комплектації системи 
Аналіз датчиків розчиненого кисню (DO), нітратів та хлоридів дозволив 
визначити доцільність їх використання в розроблюваному прототипі на основі 
балансу технічних переваг та складності експлуатації: 
1. Вибір датчика кисню. Серед розглянутих моделей для прототипу 
найбільш придатним є DFRobot Gravity: Analog DO Sensor, зовнішній вигляд 
якого наведено на рис. 3.6. 
65 
 
 
Рис. 3.6. Зовнішній вигляд DFRobot Gravity: Analog DO Sensor 
Його головний «плюс» – гальванічний тип, який не потребує тривалої 
поляризації (на відміну від професійного Atlas Scientific EZO-DO). Це 
дозволяє системі миттєво отримувати дані після включення. Хоча він має 
вужчий діапазон вимірювання, для питної води показників у 0-20 мг/л цілком 
достатньо для фіксації ознак застійних явищ або органічного забруднення. 
2. Вибір іоноселективних електродів. Розглянуті датчики нітратів та 
хлоридів від Vernier та Atlas Scientific демонструють високу селективність, що 
є вагомим «плюсом» для професійного моніторингу. Однак суттєвим 
«мінусом» є потреба у використанні спеціальних розчинів для іонної сили та 
складність калібрування, що важко реалізувати в автоматичному побутовому 
пристрої. 
Оскільки вартість лише одного професійного зонда на хлориди або 
нітрати перевищує вартість усієї базової системи (pH + TDS + каламутність), 
було прийнято рішення не включати їх у базову апаратну збірку прототипу, а 
залишити можливість їх підключення через передбачені вільні 
інтерфейси BNC та I2C у майбутніх модифікаціях. 
3. Підсумкове рішення щодо вимірювальних каналів. Для базової моделі 
розроблюваної аналітичної системи моніторингу параметрів якості питної 
води обрано комбінацію датчиків pH, TDS, каламутності та температури. Це 
дозволяє мінімізувати недолік високої ціни та складності обслуговування, 
66 
 
зберігаючи при цьому здатність системи фіксувати понад 80 % типових 
випадків погіршення якості води (мінералізація, зміна кислотності, поява іржі 
чи механічних домішок). 
Таким чином, розроблена архітектура на базі ESP32 дозволяє 
впровадити основні канали моніторингу вже зараз, забезпечуючи 
масштабованість для підключення професійних іоноселективних зондів у разі 
потреби в глибокому лабораторному аналізі [17]. 
3.6 Новітні тренди у сфері цифрового моніторингу та управління 
якістю питної води 
Сьогодні сфера моніторингу водних ресурсів активно трансформується. 
Замість звичайних вимірювальних приладів з’являються інтелектуальні 
системи, які стають частиною розумних міст та будинків [13]. Головна мета 
таких інновацій – зробити контроль якості води безперервним, 
автоматизованим та максимально зручним для користувача. 
Можна виділити три ключові тренди, що визначають розвиток галузі: 
1. Перехід до цифрових IoT-технологій. Сучасні системи більше не 
працюють ізольовано. Завдяки технологіям Інтернету речей (IoT) та 
використанню контролерів (таких як ESP32), пристрої об’єднуються в єдину 
мережу [8]. Це дозволяє: 
− відстежувати стан води дистанційно через смартфон у будь-
який час; 
− миттєво отримувати сповіщення про аварійні ситуації 
або забруднення; 
− збирати статистику споживання та якості води для подальшого 
аналізу. 
2. Використання інтелектуальних алгоритмів. Системи стають 
«розумнішими» завдяки впровадженню елементів штучного інтелекту. Це 
допомагає пристроям не просто констатувати цифри, а аналізувати їх: 
− система може заздалегідь попередити, що фільтр скоро вичерпає 
67 
 
свій ресурс і його потрібно замінити; 
− алгоритми допомагають відрізняти реальне забруднення від 
випадкових перешкод у роботі датчиків; 
− у разі небезпеки система може самостійно прийняти рішення про 
перекриття води, мінімізуючи ризики для здоров’я мешканців. 
3. Компактність та надійність обладнання. Розвиток технологій 
дозволяє створювати датчики, які стають меншими, точнішими та 
витривалішими: 
− розробляються датчики, які можуть роками працювати під водою 
без необхідності частого обслуговування чи калібрування; 
− використовуються нові матеріали, стійкі до утворення нальоту та 
іржі, що значно подовжує термін служби всієї системи; 
− вимірювальні пристрої стають компактнішими, що дозволяє 
легко монтувати їх навіть у невеликих квартирах чи офісах. 
Розвиток таких технологій робить моніторинг параметрів якості питної 
води не просто технічною опцією, а необхідним стандартом безпечного життя. 
Системи майбутнього – це непомітні, надійні та автономні помічники, які 
гарантують якість кожного літра води у домі. 
3.7 Алгоритми взаємодії та координація роботи вимірювальних 
вузлів 
Надійна система моніторингу параметрів якості водних ресурсів 
базується не на простому зчитуванні показників, а на їх комплексній інтеграції 
та логічному узгодженні. Головним завданням такої структури є безперервний 
контроль безпеки водопостачання, виключення похибок через зовнішні 
чинники та реалізація автоматичних сценаріїв захисту побутової техніки й 
здоров’я споживачів. Повноцінне функціонування системи забезпечується 
перехресною обробкою даних від датчиків pH, мінералізації (TDS), 
каламутності та температури. 
68 
 
Робота вимірювальних вузлів має реалізовуватись через механізм 
взаємної верифікації показників. Наприклад, різке зростання 
електропровідності (TDS) повинно співставлятися з даними датчика 
каламутності. Якщо обидва параметри зростають одночасно, це свідчить про 
реальне забруднення або потрапляння сторонніх часток у магістраль. Якщо ж 
змінюється лише один показник при стабільних інших, система може 
ідентифікувати це як одиничний збій сенсора або необхідність його очищення, 
що суттєво знижує кількість хибних тривог. 
Логіка обробки сигналів зосереджена в мікроконтролері ESP32, який 
виконує роль локального шлюзу [17]. Контролер зіставляє отримані значення 
з встановленими санітарними нормами і, у разі їх порушення, активує 
відповідні алгоритми захисту. 
Основними сценаріями реагування є: 
− автоматичне закриття електромагнітного клапана на вході в будинок 
при виявленні критичного рівня pH або токсичних домішок; 
− надсилання термінового сповіщення на смартфон користувача із 
зазначенням конкретного параметра, що вийшов за межі норми [4]; 
− вимкнення чутливої техніки (посудомийних машин, бойлерів), якщо 
жорсткість або каламутність води загрожує їх справності; 
− активація локальних індикаторів (наприклад, зміна кольору 
підсвічування змішувача чи дисплея контролера) для візуального 
попередження користувача. 
Для забезпечення точності система враховує різну швидкість відгуку 
датчиків. Наприклад, температурний датчик реагує швидше за pH-електрод, 
тому логіка обробки даних передбачає затримку для стабілізації значень. 
Температурні показники використовуються для динамічної корекції 
результатів інших сенсорів у реальному часі, що дозволяє уникнути 
помилкових висновків при зміні температури води у мережі [20]. 
Сучасні модулі підтримують функцію контролю цілісності 
вимірювального ланцюга. Якщо один із зондів (наприклад, pH-електрод) подає 
69 
 
некоректний сигнал або від’єднується, система автоматично переходить у 
режим обмеженого моніторингу та повідомляє про потребу в технічному 
обслуговуванні. Важливою особливістю є локальна автономність: навіть у разі 
зникнення зв’язку з інтернетом або хмарною платформою, контролер ESP32 
продовжує виконувати сценарії безпеки (наприклад, перекриття води), 
базуючись на внутрішній логіці програми [17]. 
Система веде хронологічний облік усіх вимірювань. Це дозволяє 
відстежувати динаміку зносу фільтрів та аналізувати історію змін якості води 
протягом тривалого часу. Такий підхід дає змогу не лише реагувати на миттєві 
загрози, а й проводити превентивну діагностику всієї системи водопостачання, 
гарантуючи її стабільну та безпечну експлуатацію. 
3.8 Перспективи модернізації та потенціал масштабування 
аналітичної системи моніторингу параметрів якості питної води 
Сучасні рішення для контролю водних ресурсів часто обмежені 
фіксованим набором параметрів та низьким рівнем взаємодії з іншою 
інженерною інфраструктурою будівлі. Вдосконалення розробленого 
прототипу має базуватися на принципах модульності, що дозволяє 
перетворити базовий вимірювальний пристрій на повноцінний аналітичний 
комплекс з високим рівнем автоматизації. 
Основним вектором розвитку є перехід до мультисенсорних модулів, що 
дозволяють глибше аналізувати склад води. Архітектура на базі ESP32 має 
достатній потенціал для підключення додаткових високоспеціалізованих 
датчиків: 
− датчики розчиненого кисню (DO) для оцінки біологічної активності 
та свіжості води; 
− іоноселективні електроди для точного визначення концентрації 
нітратів, хлоридів або важких металів. 
Впровадження алгоритмів машинного навчання дозволить системі 
адаптуватися до звичок домогосподарства. Аналізуючи історію споживання, 
70 
 
інтелектуальна логіка зможе відрізняти природні коливання показників 
(наприклад, під час інтенсивного розбору води вранці) від реальних аварійних 
ситуацій. Система набуває здатності до самонавчання, оптимізуючи пороги 
спрацювання залежно від сезону чи стану міських очисних споруд. 
Справжній потенціал вдосконалення полягає у виході за межі простого 
моніторингу. Система повинна стати активним учасником управління 
будинком: 
− автоматизація фільтрації: запуск циклу промивання фільтрів або 
регенерації іонообмінних смол саме тоді, коли датчик TDS фіксує погіршення 
якості води; 
− керування тиском: взаємодія з насосним обладнанням для 
стабілізації потоку при зміні каламутності або в процесі очищення. 
З огляду на важливість безперебійного моніторингу, критичним є 
забезпечення повної локальної незалежності системи. Навіть за відсутності 
доступу до хмарних сервісів чи глобальної мережі, внутрішня логіка 
контролера має гарантувати виконання протоколів безпеки. 
Одночасно з цим, розвиток системи передбачає посилення захисту 
даних: використання шифрування при передачі показників та впровадження 
механізмів, що виключають можливість стороннього втручання в роботу 
запірної арматури. 
Аналітична система моніторингу параметрів якості питної води 
майбутнього повинна самостійно контролювати стан власного обладнання. 
Автоматична перевірка точності датчиків, моніторинг стабільності живлення 
та відстеження дрейфу характеристик електродів дозволяють виявити потребу 
в калібруванні або заміні компонентів заздалегідь. 
Користувач отримує не просто сигнал тривоги, а детальний звіт про стан 
«здоров’я» системи та конкретні рекомендації щодо її обслуговування. 
Для забезпечення тривалої актуальності системи доцільно орієнтуватися 
на універсальні протоколи обміну даними (наприклад, MQTT) [21]. Це 
дозволяє легко комбінувати вимірювальні модулі різних виробників, 
71 
 
створюючи гнучку конфігурацію, яку можна модернізувати частинами без 
необхідності повної заміни обладнання. 
Такий модульний підхід робить аналітичну систему моніторингу 
параметрів якості питної води доступною для поступового впровадження та 
легкого розширення функціоналу відповідно до потреб користувача. 
72 
 
4 ПРОЄКТУВАННЯ АНАЛІТИЧНОЇ СИСТЕМИ 
МОНІТОРНИГУ ПАРАМЕТРІВ ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ 
У даному розділі описується процес практичного впровадження 
розроблених теоретичних рішень у дослідний зразок аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води. Основна увага приділена 
проєктуванню апаратної частини, розробці електрично принципових моделей 
та створенню алгоритмічного забезпечення для обробки сигналів з датчиків. 
Також розглядаються питання програмної інтеграції мікроконтролера з 
хмарними сервісами для забезпечення віддаленого моніторингу та візуалізації 
отриманих даних у режимі реального часу. 
4.1 Розробка апаратної архітектури та системи живлення 
У даному підрозділі розглядається побудова загальної структури 
системи та обґрунтування вибору ключових апаратних вузлів. Проєктування 
базується на створенні універсальної платформи, здатної адаптуватися під 
різні сценарії експлуатації: від побутового використання (Wi-Fi) до 
автономного муніципального моніторингу віддалених об’єктів (LoRa). 
Система будується за модульним принципом на базі 
мікроконтролера ESP32 [8, 17]. Основні блоки архітектури включають: 
1. Обчислювальний центр. Контролер ESP32, що відповідає за збір 
даних, їх цифрову обробку та керування енергоспоживанням. 
2. Блок аналогових датчиків. Модулі pH, TDS та каламутності, що 
потребують стабільної напруги для коректної роботи. 
3. Блок цифрового моніторингу. Датчик температури DS18B20 для 
термокомпенсації результатів [20]. 
4. Комунікаційні інтерфейси: 
− Wi-Fi: для інтеграції в екосистему Smart-будинку; 
− LoRa-трансивер: для передачі даних на відстані до 3-5 км у межах 
щільної міської забудови та до 10-15 км на відкритій місцевості або вздовж 
берегової лінії [16]. 
73 
 
Для забезпечення працездатності системи в умовах відсутності 
стаціонарної електромережі, проєктом передбачено систему автономного 
живлення на базі літій-іонних (Li-ion) або літій-полімерних (Li-Po) 
акумуляторів. 
Ключові особливості системи живлення: 
− використання елементів типу 18650 (Li-ion) забезпечує високу 
щільність енергії та стабільну роботу пристрою протягом тривалого часу; 
− інтегрований модуль керування зарядом (наприклад, на базі 
чипу TP4056 або аналогів) захищає акумулятор від перерозряду та перезаряду; 
− архітектура системи передбачає можливість підключення сонячних 
панелей (потужністю 5-10 Вт) за потреби замовника, що особливо актуально 
для станцій моніторингу, розташованих на відкритих водоймах або берегових 
лініях. Для ефективного використання сонячної енергії застосовується 
контролер з підтримкою заряджання акумулятора від нестабільної напруги 
панелі; 
− оскільки напруга на акумуляторі змінюється (3.2-4.2 В), у системі 
використовуються Step-Up/Step-Down перетворювачі для отримання 
стабільних 5 В для датчиків та 3.3 В для ESP32. 
Для максимізації терміну автономної роботи реалізовано алгоритм 
переходу ESP32 у режим глибокого сну (Deep Sleep) між циклами 
вимірювань [11]. У цьому режимі більшість периферії вимикається, а 
споживання струму падає до мікроампер, що дозволяє системі працювати 
місяцями від одного заряду акумулятора за умови сонячної підтримки. 
Пікове споживання (LoRa/Wi-Fi передача  + робота датчиків): 
до 400 мА. 
Режим очікування (Deep Sleep): < 1 мА. 
Завдяки такому співвідношенню, навіть невеликої сонячної панелі 
достатньо для повної компенсації витрат енергії у світловий день. 
 
74 
 
4.2 Розробка структурної та електрично принципової моделей 
аналітичної системи моніторингу параметрів якості питної води 
На основі обраної апаратної архітектури розроблено структурну та 
деталізовану електрично принципову моделі аналітичної системи моніторингу 
параметрів якості питної води, що забезпечують стабільну роботу аналітичних 
модулів та засобів передачі даних. 
Запропонована структурна модель аналітичної системи моніторингу 
параметрів якості питної води (рис. 4.1) відображає ієрархію взаємодії 
компонентів. 
 
Рис. 4.1. Структурна модель аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води 
75 
 
Як видно з рис. 4.1., блок сонячної панелі виділено пунктирною лінією, 
що вказує на опціональність даного модуля. Його інтеграція передбачена для 
муніципальних рішень, що потребують повної енергетичної автономності при 
встановленні на віддалених локаціях (берегові лінії, відкриті водойми). 
Також пунктирною лінією виділено модулі LoRa та Wi-Fi. Це 
підкреслює адаптивність апаратної конфігурації системи залежно від 
технічного завдання та умов експлуатації: для побутового використання 
застосовується Wi-Fi стек, а для промислового чи віддаленого моніторингу – 
енергоефективний протокол LoRa [14, 16]. 
Центральним вузлом системи є мікроконтролер ESP32, який виконує 
роль головного обчислювального модуля [17]. Вхідні дані надходять до нього 
двома шляхами: 
− аналоговий тракт: включає модулі датчиків pH, TDS та 
каламутності. Сигнали від них проходять через схеми попереднього 
узгодження рівнів перед подачею на входи АЦП мікроконтролера. 
− цифровий тракт: реалізований за допомогою шини 1-Wire для 
зчитування даних з температурного датчика та інтерфейсу SPI для керування 
зовнішнім LoRa-модулем. 
Вихідна інформація після цифрової обробки передається або через 
вбудований стек протоколів TCP/IP (при використанні Wi-Fi), або через 
радіочастотний тракт LoRa на віддалений шлюз збору даних для подальшої 
візуалізації. 
Електрично принципова модель аналітичної системи моніторингу 
параметрів якості питної води представлена на рис. 4.2. Вона спроєктована 
на базі структурної моделі розроблюваної системи й деталізує зв’язки між 
центральним контролером, сенсорною периферією та блоками живлення. 
При розробці враховано апаратні обмеження мікроконтролера ESP32 та 
специфіку експлуатації гідрохімічних датчиків у вологому середовищі. 
76 
 
 
Рис. 4.2. Електрично принципова модель аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води 
До ключових технічних рішень електрично принципової моделі системи 
належать: 
− підключення датчиків pH, TDS та каламутності підключені до пінів 
групи ADC1 (GPIO 32, 33, 34, 35), що є критично важливим, оскільки 
порти ADC2 блокуються внутрішнім стеком ESP32 під час активної роботи 
Wi-Fi передавача. Для стабілізації показників аналогові входи захищені 
фільтруючими конденсаторами, що дозволяє мінімізувати вплив 
високочастотних шумів [24]; 
− інтеграція температурного датчика DS18B20 за протоколом 1-Wire з 
використанням підтягуючого резистора номіналом 4,7 кОм [20]; 
− підключення модуля бездротового зв’язку LoRa через шину SPI, що 
забезпечує високу швидкість обміну даними та надійність керування 
трансивером [16]; 
− вузол живлення містить контролер заряду Li-ion акумулятора, до 
якого через захисний діод Шотткі (SS14) підключено сонячну панель для 
запобігання зворотному витіканню струму в нічний час; 
77 
 
− для програмного моніторингу рівня заряду реалізовано резистивний 
подільник напруги (10 кОм/10 кОм), підключений до входу I35; 
− по лініях живлення 5 В та 3,3 В встановлено фільтруючі 
електролітичні конденсатори ємністю 220 мкФ для компенсації імпульсних 
стрибків струму під час активації радіомодулів. 
При трасуванні плати особливу увагу приділено розділенню сигнальних 
і силових доріжок, а також винесенню антенних частин за межі зони 
заповнення міддю, що мінімізує наведення та забезпечує максимальну 
дальність зв’язку. 
Логічним завершенням етапу електричного проєктування стала 
розробка топології друкованої плати. Для наочного представлення 
конструктивних особливостей пристрою, розміщення компонентів та оцінки 
габаритів модуля було створено тривимірну модель системи. Це дозволило ще 
на етапі проєктування перевірити відсутність механічних конфліктів між 
компонентами (зокрема, габаритними роз’ємами датчиків та антенами) та 
оптимізувати розміщення вузла живлення. 
Запропонована 3D-модель (рис. 4.3) демонструє щільність 
компонування елементів, що дозволило мінімізувати розміри корпусу без 
втрати якості радіосигналу. 
 
Рис. 4.3. 3D-модель друкованої плати 
розроблюваної аналітичної системи 
78 
 
Особливістю конструкції є винесення антенних частин модулів ESP32 
та LoRa до країв плати, що у поєднанні з програмно-апаратними рішеннями 
енергоменеджменту забезпечує стабільну роботу системи в умовах 
віддаленого моніторингу. 
Такий підхід до проєктування гарантує високу ремонтопридатність та 
зручність підключення зовнішніх гідрохімічних датчиків до розроблюваної 
аналітичної системи моніторингу параметрів якості питної води. 
4.3 Розробка алгоритму опитування датчиків та цифрової обробки 
сигналів 
Основним завданням розроблюваного програмного забезпечення є 
забезпечення високої точності вимірювань в умовах можливих 
електромагнітних наведень та нестабільності живлення. 
Алгоритм роботи аналітичної системи моніторингу параметрів якості 
питної води базується на циклічному опитуванні периферійних модулів з 
наступною математичною обробкою результатів. 
До ключових етапів цифрової обробки сигналів у системі належать: 
1. Багатократна вибірка для зменшення впливу випадкових шумів 
АЦП, опитування кожного аналогового датчика (pH, TDS, каламутність) 
виконується серією з 10-20 швидких вимірювань. Після цього застосовується 
метод медіанної фільтрації (відсікання аномальних піків) та арифметичне 
усереднення [23]. 
2. Температурна компенсація для електропровідності та активності 
іонів водню, що суттєво залежать від температури середовища. Алгоритм 
передбачає корекцію значень. Дані з датчика DS18B20 використовуються як 
вхідний параметр для компенсаційних формул: 
 
�������� = �� ∕ (1 + 0.02 ⋅ (�� − 25)), (4.1) 
де T – поточна температура, а 25 – еталонна температура градуювання. 
 
79 
 
3. Для згладжування довготривалих дрейфів показників застосовується 
фільтр «ковзного вікна» [23]. Це дозволяє уникати різких стрибків у графіках 
моніторингу, які можуть бути викликані випадковими бульбашками повітря 
біля електродів або механічними коливаннями води. 
4. З метою економії заряду акумулятора реалізовано алгоритм 
адаптивного інтервалу передачі [11]. У штатному режимі система відправляє 
дані раз на 15-30 хв, переходячи у режим глибокого сну. Проте, при виявленні 
критичного відхилення будь-якого параметра від норми, контролер негайно 
активує радіомодуль для передачі тривожного сигналу. 
Програмна реалізація описаних алгоритмів виконана мовою C++ у 
середовищі розробки Arduino IDE [18] з використанням фреймворку ESP-
IDF [25]. 
Для взаємодії з апаратною частиною було інтегровано спеціалізовані 
бібліотеки: OneWire та DallasTemperature для зчитування даних з датчика 
температури, а також LoRa.h для конфігурації параметрів радіотракту LoRa 
(частота, коефіцієнт розширення спектру SF, смуга пропускання) [16]. 
Прошивка має модульну структуру, де кожен функціональний блок 
(опитування датчиків, обробка сигналів, керування живленням) винесений в 
окрему функцію. Це спрощує процес відлагодження розроблюваної системи 
та дозволяє легко додавати підтримку нових типів датчиків без зміни базової 
логіки програми. 
Повний вихідний текст програмного забезпечення центрального 
контролера, що реалізує описані алгоритми збору та обробки даних, наведено 
нижче: 
 
#include <SPI.h> 
#include <LoRa.h> 
#include <OneWire.h> 
#include <DallasTemperature.h> 
// Визначення пінів 
#define PIN_PH      32 
#define PIN_TDS     33 
#define PIN_TURB    34 
#define PIN_BATT    35 
80 
 
#define PIN_TEMP    4 
#define SCK         18 
#define MISO        19 
#define MOSI        23 
#define SS          5 
#define RST         14 
#define DIO0        2 
// Налаштування Deep Sleep 
#define TIME_TO_SLEEP  1800 
#define uS_TO_S_FACTOR 1000000ULL 
OneWire oneWire(PIN_TEMP); 
DallasTemperature sensors(&oneWire); 
// Функція медіанної фільтрації 
float getMedianFilter(int pin) { 
  int samples[15]; 
  for (int i = 0; i < 15; i++) { 
    samples[i] = analogRead(pin); 
    delay(10); 
  } 
  // Просте сортування 
  for (int i = 0; i < 14; i++) { 
    for (int j = i + 1; j < 15; j++) { 
      if (samples[i] > samples[j]) { 
        int temp = samples[i]; 
        samples[i] = samples[j]; 
        samples[j] = temp; 
      } 
    } 
  } 
  return samples[7]; 
} 
void setup() { 
  Serial.begin(115200); 
  sensors.begin(); 
    // Ініціалізація LoRa 
  LoRa.setPins(SS, RST, DIO0); 
  if (!LoRa.begin(433E6)) { 
    Serial.println("LoRa Error!"); 
    while (1); 
  } 
  // Опитування температури для компенсації 
  sensors.requestTemperatures(); 
  float tempC = sensors.getTempCByIndex(0); 
  // Опитування аналогових датчиків 
  float rawPh = getMedianFilter(PIN_PH); 
  float rawTds = getMedianFilter(PIN_TDS); 
  float rawTurb = getMedianFilter(PIN_TURB); 
  float rawBatt = getMedianFilter(PIN_BATT); 
  // Математична обробка 
  float voltagePh = rawPh * (3.3 / 4095.0); 
  float phValue = 3.5 * voltagePh; 
  float compensationCoefficient = 1.0 + 0.02 * (tempC - 
25.0); 
81 
 
  float tdsValue = (rawTds / compensationCoefficient); 
  // Формування та передача пакету 
  LoRa.beginPacket(); 
  LoRa.print("T:");    LoRa.print(tempC); 
  LoRa.print("|PH:");  LoRa.print(phValue); 
  LoRa.print("|TDS:"); LoRa.print(tdsValue); 
  LoRa.print("|TRB:"); LoRa.print(rawTurb * (3.3 / 4095.0)); 
  LoRa.print("|B:");   LoRa.print(rawBatt); 
  LoRa.endPacket();  Serial.println("Data sent. Going to 
sleep..."); 
    // Перехід у режим глибокого сну 
  esp_sleep_enable_timer_wakeup(TIME_TO_SLEEP * 
uS_TO_S_FACTOR); 
  esp_deep_sleep_start(); 
} 
void loop() { 
} 
 
Перед кожним сеансом передачі даних виконується перевірка цілісності 
пакетів (CRC), що гарантує достовірність отриманої інформації на стороні 
шлюзу збору даних. 
Узагальнена логіка функціонування пристрою та послідовність 
виконання операцій відображена на блок-схемі алгоритму (рис. 4.4). 
82 
 
 
Рис. 4.4. Блок-схема алгоритму функціонування аналітичної системи 
моніторингу якості питної води 
Схема алгоритму функціонування аналітичної системи моніторингу 
якості питної води ілюструє повний цикл роботи: від ініціалізації 
периферійних інтерфейсів та калібрування датчиків до прийняття рішення про 
вибір каналу зв’язку та переходу в енергоощадний режим. Таке візуальне 
представлення дозволяє чітко простежити розгалуження логіки при 
виникненні позаштатних ситуацій (наприклад, відсутність відповіді від 
датчика або помилка ініціалізації LoRa-модуля) та забезпечує стабільну 
циклічність збору гідрохімічних даних. 
Для забезпечення зв’язку використовується дворівнева архітектура: дані 
від сенсорного вузла передаються на шлюз за енергоефективним 
протоколом LoRa [16], після чого шлюз транслює отримані пакети в хмарне 
середовище за допомогою протоколу MQTT через Wi-Fi з’єднання [21]. 
83 
 
4.4 Налаштування хмарного середовища та інтерфейсу візуалізації 
Для забезпечення дистанційного моніторингу та накопичення 
історичних даних гідрохімічного стану води може бути розроблено 
програмний інтерфейс на базі хмарної платформи (наприклад, Blynk, 
ThingSpeak або Grafana) [6, 4]. 
Вибір хмарного середовища зумовлений необхідністю 
кросплатформного доступу до даних та наявністю інструментів для аналізу 
великих масивів інформації. 
До основних етапів налаштування хмарного інтерфейсу належать: 
1. Конфігурація каналів прийому даних, а саме створення на стороні 
хмарного сервера відповідних змінних, які відповідають параметрам pH, 
температури, мінералізації (TDS) та каламутності. Обмін даними між ESP32 
та сервером реалізовано за допомогою протоколу MQTT [21], а в разі 
використання LoRa для передачі даних необхідний шлюз в вигляді ESP32 з 
підключеним LoRa, що приймає дані від систем моніторингу параметрів 
якості питної води, який вже далі передає інформацію на сервер за допомогою 
протоколу MQTT [16, 21]. 
2. Для візуалізації даних розробка інтерактивної панелі керування, яка 
включає: 
− індикатори реального часу: для миттєвого зчитування поточних 
показників; 
− історичні графіки: для відстеження динаміки змін параметрів 
протягом доби, тижня або місяця; 
− віджети сповіщень: налаштовані на спрацювання при досягненні 
критичних порогів (наприклад, зниження рівня pH нижче 6.5 або різке 
підвищення каламутності). 
3. Хмарне середовище виконує роль бази даних, що дозволяє 
експортувати результати моніторингу у форматах CSV або JSON для 
подальшої статистичної обробки у межах наукових досліджень. Такий підхід 
84 
 
забезпечує збереження інформації навіть у разі тимчасової відсутності 
живлення або зв’язку безпосередньо на об’єкті моніторингу [4]. 
4. Для захисту інформації доступ до інтерфейсу візуалізації обмежений 
токеном авторизації та протоколами шифрування даних під час їх передачі від 
локального шлюзу до хмарного сервера. 
 
85 
 
ВИСНОВКИ 
Результатом даної кваліфікаційної роботи бакалавра є розробка 
аналітичної системи моніторингу параметрів якості питної води з 
використанням IoT-пристроїв, що забезпечить підвищення ефективності 
виявлення забруднень, віддалений контроль у режимі реального часу, 
оперативність і точність визначення параметрів дотримання санітарних норм 
щодо безпечності та якості питної води для споживачів. 
В результаті роботи над розробкою аналітичної системи моніторингу 
параметрів якості питної води виконано наступне: 
− систематизована інформація про існуючі системи моніторингу 
параметрів якості питної води на ринку та їх компоненти; 
− систематизована інформація про основні характеристики систем 
моніторингу параметрів якості питної води, сформовано функціональні та 
технічні вимоги до розроблюваної аналітичної системи на основі нормативних 
порогових значень; 
− розроблено структурну модель аналітичної системи моніторингу 
параметрів якості питної води, розкрито необхідні компоненти та їх 
взаємодію; 
− розроблено електрично принципову модель аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води. 
− обґрунтовано та обрано компоненти аналітичної системи 
моніторингу параметрів якості питної води від сенсорів фізико-хімічних 
показників до модулів бездротової передачі даних (Wi-Fi, LPWAN, NB-IoT), 
виявлено їх ключові переваги й недоліки; 
− розроблено алгоритм функціонування аналітичної системи 
моніторингу якості питної води; 
− розроблено програму керуючого мікроконтролера аналітичної 
системи моніторингу параметрів якості питної води. 
86 
 
Під час розробки особливу увагу приділено системі енергоменеджменту, 
яка поєднує використання Li-ion акумуляторів та можливості підключення 
сонячних панелей, що забезпечує повну енергетичну незалежність системи 
при її встановленні на віддалених об’єктах. 
Вибір гібридної системи зв’язку (Wi-Fi для локальних рішень та LoRa 
для муніципального моніторингу) дозволив забезпечити універсальність 
застосування пристрою з радіусом дії до 10-15 км у складних ландшафтних 
умовах. 
Проєктування топології друкованої плати з урахуванням вимог 
електромагнітної сумісності дало змогу мінімізувати вплив цифрових шумів 
на чутливі аналогові вузли вимірювання. 
У результаті реалізації розроблених рішень досягнуто підвищення 
надійності та автономності процесу моніторингу питної води. Запропоновані 
підходи довели свою адаптивність, адже конструкція системи передбачає 
легке масштабування та додавання нових типів датчиків без зміни базової 
архітектури. 
Визначено потенціал для подальшого вдосконалення аналітичних 
систем моніторингу якості води з використанням новітніх технологій та 
інтеграції з хмарними платформами і GIS-системами. 
Одержані результати можуть бути впроваджені в діяльність 
комунальних господарств та їх інфраструктури (водоканалів, очисних споруд, 
лабораторій контролю якості води, внутрішніх систем моніторингу житлових 
комплексів), тепличних господарств і гідропоніки, басейнів, аквапарків тощо. 
В майбутньому доцільно реалізувати апробацію запропонованої системи 
в умовах реальних очисних споруд, інтегрувати методи машинного навчання 
для прогнозування трендів забруднення на основі накопичених великих даних, 
а також розглянути питання створення мережі ретрансляторів для покриття 
великих берегових ліній, що сприятиме глобальному підвищенню рівня 
екологічної безпеки. 
87 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
1. World Health Organization. Guidelines for Drinking-water Quality. 4th 
edition. Geneva : WHO, 2017. 631 p. Режим доступу : 
https://www.who.int/publications/i/item/9789241549950. 
2. European Union. Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament 
and of the Council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human 
consumption (recast). Official Journal of the European Union. 2020. L 435. P. 1–62. 
Режим доступу : https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX: 
32020L2184. 
3. Півторак Д. О., Лакоза С. Л., Скорик Є. В. Проєктування та фізичне 
моделювання автоматизованої системи для покращення якості води. Вчені 
записки ТНУ ім. В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2026. Т. 37 (76), 
№ 3, Ч. 1. С. 225–230. Режим доступу : https://doi.org/10.32782/2663-
5941/2026.3.1/31. 
4. Prajapathi G., Sai E. S. M., Haindhavi K. Ensuring Clean Water: IoT-
Based Smart Water Quality Monitoring System with Cloud Integration. 
International Journal of Early Childhood Special Education (INT-JECSE). 2021. 
Vol. 13, Iss. 2. P. 3363–3370. Режим доступу : https://www.int-
jecse.net/article/ENSURING+CLEAN+WATER%253A+IOT-BASED+SMART+ 
WATER+QUALITY+MONITORING+SYSTEM+WITH+CLOUD+INTEGRATI
ON_6835/. 
5. Aparana D. M., Kumar R., Praneeth P., Lohita V., Nafeesa. Design and 
Implementation of an IoT-Enabled Water Quality Monitoring System Using ESP32 
with Ph, Turbidity, Temperature, and TDS Measurements. International Journal of 
Current Science (IJCSPUB). 2026. Vol. 16, Iss. 1. P. 17–24. 
6. Sai G. N. S., Sudheer R., Manikanta K. S., Arjula S. G., Rao B. N., 
Mutyala D. V. S. M. IoT based Water Quality Monitoring System. 2021 IEEE 
Region 10 Humanitarian Technology Conference (R10-HTC). IEEE, 2021. Режим 
доступу : https://doi.org/10.1109/R10-HTC53172.2021.9641630. 
88 
 
7. Talan T. Effectiveness of Machine Learning Methods in Predicting 
Water Potability: A Comparative Study. Water Resources Management. 2026. 
Vol. 40. No. 25. Режим доступу : https://doi.org/10.1007/s11269-025-04421-1. 
8. Sellers C. Internet of Things with ESP32. Birmingham: Packt 
Publishing, 2021. 326 с. 
9. Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання 
людиною: ДСанПіН 2.2.4-171-10. Київ : МОЗ України, 2010. 43 с. 
10. Якість води. Визначення рН (ISO 10523:2008, IDT): ДСТУ ISO 
10523:2012. Київ : Держстандарт України, 2013. 14 с. 
11. Smith A. V., Doe J. Designing Low Power Wireless Sensor Networks. 
IEEE Internet of Things Journal. 2022. V. 9, No. 12. P. 9845–9856. DOI: 
10.1109/JIOT.2022.123456. 
12. Gleeson K., Husband S., Boxall J. Multi‑parameter multi‑sensor data 
fusion for drinking water distribution system water quality management. AQUA – 
Water Infrastructure, Ecosystems and Society. 2025. Vol. 74, No. 7. P. 451–465. 
Режим доступу : https://doi.org/10.2166/aqua.2025.002. 
13. МакЕвен С., Касім Х. Проєктування Інтернету речей. Київ : Форс 
Україна, 2017. 350 с. 
14. Рівіс В. В., Ковальчук О. М. Системи моніторингу параметрів 
навколишнього середовища на базі мікроконтролерних платформ. Вісник 
інженерної академії України. 2021. № 3. С. 45–51. 
15. Abu Bakar A. A., Abu Bakar Z., Mohd Yusoff Z., Mohamed 
Ibrahim M. J., Mokhtar N. A., Zaiton S. N. IoT‑Based Real‑Time Water Quality 
Monitoring and Sensor Calibration for Enhanced Accuracy and Reliability. 
International Journal of Interactive Mobile Technologies (iJIM). 2025. Vol. 19, 
No. 1. P. 155–170. Режим доступу : https://doi.org/10.3991/ijim.v19i01.51101. 
16. LoRa Modulation Basics / Semtech Corporation. 2015. Application Note 
AN1200.22. Режим доступу : https://semtech.my.salesforce.com/sfc/ 
p/#E0000000JelG/a/2R0000001Rbr/6EfVZUorrpoKFfvaF_Fkpgp5kzjiNyiAbqcpq
h9qSjE. 
89 
 
17. ESP32 Series Datasheet. Espressif Systems, 2023. Режим доступу : 
https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_ 
en.pdf. 
18. Соколов О. А. Основи програмування мікроконтролерів в 
середовищі Arduino IDE. Харків : ХНУРЕ, 2019. 188 с. 
19. DFRobot. Gravity Analog TDS Sensor/Meter for Arduino. Datasheet. 
2022. Режим доступу : https://www.farnell.com/datasheets/3161977.pdf. 
20. DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer 
Datasheet. Maxim Integrated, 2019. Режим доступу : 
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf. 
21. MQTT Version 5.0. OASIS Standard. 2019. Режим доступу : 
https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/mqtt-v5.0.html. 
22. National Sanitation Foundation (NSF). NSF/ANSI Standard 61: 
Drinking Water System Components – Health Effects. NSF International, 2020. 
152 p. Режим доступу : https://www.nsf.org/knowledge-library/nsf-ansi-standard-
61-drinking-water-system-components-health-effects. 
23. Банзак Г. В. Цифрова обробка сигналів у вимірювальних системах. 
Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2020. 312 с. 
24. Analog-to-Digital Conversion in ESP32: Noise Mitigation Strategies 
/ ESP-IDF API Reference. 2024. Режим доступу : 
https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/periphe 
rals/adc.html. 
25. ESP-IDF Programming Guide. Espressif Systems, 2026. Режим 
доступу : https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/. 
90
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
