Датчик воды с Arduino Uno: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В этом уроке вы узнаете, как собрать свой собственный водный зонд для измерения проводимости, а следовательно, и степени загрязнения любой жидкости.

Датчик воды - относительно простое устройство. Его работа основана на том факте, что чистая вода на самом деле не очень хорошо переносит электрический заряд. То, что мы действительно делаем с этим устройством, - это оценка концентрации проводящих частиц, плавающих в воде (в основном непроводящей).

Вода очень редко бывает просто суммой своей основной химической формулы: два атома водорода и один атом кислорода. Обычно вода представляет собой смесь, которая также включает другие растворенные в ней вещества, в том числе минералы, металлы и соли. В химии вода является растворителем, другие вещества - растворенными веществами, и вместе они образуют раствор. Растворенные вещества создают ионы: атомы, несущие электрический заряд. Эти ионы - то, что на самом деле перемещает электричество через воду. Вот почему измерение проводимости - хороший способ узнать, насколько чистым (на самом деле, насколько нечистым) может быть образец воды: чем больше вещества растворено в водном растворе, тем быстрее через него будет проходить электричество.

Запасы

• 1x плата Arduino Uno
• 1x 5x7 см печатная плата
• 1x Крепежный стержень для крепления на корпусе Проволока с твердым сердечником
• 1x резистор 10кОм
• мужские полоски заголовков для arduino

Шаг 1: соберите зонд

Видео процесса сборки доступно здесь.

Припаяйте полоску штекерных разъемов (около 10 контактов) к печатной плате.

Помните, что один вывод должен входить в GND на плате Arduino, другой - в A5, а третий - в A0. Возьмите резистор 10 кОм. Припаяйте один конец к контакту заголовка, который идет к GND на плате Arduino, а другой конец резистора к контакту заголовка, который заканчивается на A0 на плате Arduino. Таким образом, резистор создаст мост между GND и A0 на плате Arduino.

Возьмите два куска сплошной проволоки (длиной около 30 см каждый) и зачистите оба конца каждого куска. Припаяйте один конец первого провода к контакту заголовка, который заканчивается A5; припаяйте один конец второго куска провода к контакту заголовка, который заканчивается в A0 на плате Arduino.

Присоедините другие концы кусков сплошной проволоки к зажимному столбу. Один конец входит в красную часть столбика, другой конец - в черную часть столбика для переплета.

Теперь отрежьте два куска сплошной проволоки (длиной около 10 см каждый) и зачистите оба конца каждой проволоки. Подсоедините один конец каждой проволоки к металлическим концам стержня для связывания. Используйте болты, чтобы закрепить одножильный провод на месте. Завейте другие концы.

Наконец, попробуйте разместить печатную плату на плате Arduino и убедитесь, что один контакт входит в GND, другой - в A0, а третий - в A5.

Шаг 2: запрограммируйте плату Arduino

Чтобы иметь работающий водяной зонд, вам необходимо загрузить специальную программу на плату Arduino Uno.

Вот скетч, который вам нужно загрузить:

/ * Набросок монитора проводимости воды для гаджета Arduino, который измеряет электропроводность воды. Этот пример кода основан на примере кода, который находится в общественном достоянии. * / const float ArduinoVoltage = 5.00; // ИЗМЕНИТЬ ЭТО ДЛЯ 3,3 В Arduinos const float ArduinoResolution = ArduinoVoltage / 1024; const float resistorValue = 10000.0; int threshold = 3; int inputPin = A0; int ouputPin = A5; void setup () {Serial.begin (9600); pinMode (ouputPin, ВЫХОД); pinMode (inputPin, ВХОД); } void loop () {int analogValue = 0; int oldAnalogValue = 1000; float returnVoltage = 0,0; сопротивление поплавку = 0,0; двойной Сименс; поплавок TDS = 0,0; while (((oldAnalogValue-analogValue)> threshold) || (oldAnalogValue4.9) Serial.println ("Вы уверены, что это не металл?"); delay (5000);}

Полный код также доступен здесь.

Шаг 3: Использование водяного зонда

После того, как вы загрузили код, окуните два изогнутых конца водяного зонда в жидкость и откройте серийный монитор.

Вы должны получать показания датчика, которые дают вам приблизительное представление о сопротивлении жидкости, а следовательно, и о ее проводимости.

Вы можете легко проверить, правильно ли работает ваш зонд, просто подсоединив два фигурных конца к куску металла. Если монитор последовательного порта выдает следующее сообщение: «Вы уверены, что это не металл?», Вы можете быть уверены, что датчик дает вам точные показания.

Для водопроводной воды вы должны получить проводимость около 60 микросименс.

Теперь попробуйте добавить в воду немного жидкости для мытья посуды и посмотрите, какие результаты вы получите.

На этот раз проводимость жидкости повышается примерно до 170 микросименс.

Шаг 4: Загрязнение воды

Между проводимостью воды и загрязнением воды существует прямая связь. Поскольку проводимость является показателем количества растворенных в воде посторонних веществ, отсюда следует, что чем более проводящей является жидкость, тем более она загрязнена.

Последствия загрязнения воды во многом негативны. Один из примеров связан с концепцией поверхностного натяжения.

Из-за своей полярности молекулы воды сильно притягиваются друг к другу, что придает воде высокое поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды «слипаются», образуя на воде своего рода «кожу», достаточно прочную, чтобы удерживать очень легкие предметы. Насекомые, которые ходят по воде, пользуются этим поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение заставляет воду скапливаться каплями, а не растекаться тонким слоем. Он также позволяет воде проходить через корни и стебли растений и мельчайшие кровеносные сосуды в вашем теле - когда одна молекула движется вверх по корню дерева или через капилляр, она «тянет» за собой другие.

Однако, когда инородные вещества (например, жидкость для мытья посуды) растворяются в воде, это полностью изменяет поверхностное натяжение воды, вызывая ряд проблем.

Один эксперимент, который вы можете провести дома, поможет проиллюстрировать поверхностное натяжение и последствия загрязнения воды.

Возьмите скрепку и аккуратно опустите ее в миску с водой. Скрепка должна оставаться на поверхности и плавать.

Если, однако, капля жидкости для мытья посуды или другого химического вещества попадет в таз с водой, скрепка немедленно утонет.

Здесь можно провести аналогию между скрепкой и теми насекомыми, которые используют поверхностное натяжение воды, чтобы ходить по ней. Когда инородные вещества попадают в водоем (будь то озеро, ручей и т. Д.), Поверхностное натяжение изменяется, и эти насекомые больше не могут плавать на поверхности. В конечном итоге это влияет на их жизненный цикл.

Вы можете посмотреть видео об этом эксперименте здесь.