หัววัดน้ำด้วย Arduino Uno: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ในบทช่วยสอนนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีประกอบโพรบน้ำ DIY ของคุณเองเพื่อวัดค่าการนำไฟฟ้า ดังนั้นระดับมลพิษของของเหลวใดๆ

หัววัดน้ำเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างง่าย การทำงานขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าน้ำบริสุทธิ์ไม่สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี สิ่งที่เรากำลังทำกับอุปกรณ์นี้คือการประเมินความเข้มข้นของอนุภาคนำไฟฟ้าที่ลอยอยู่ในน้ำ

น้ำแทบจะเป็นเพียงผลรวมของสูตรเคมีพื้นฐานเท่านั้น นั่นคือไฮโดรเจนสองอะตอมและออกซิเจนหนึ่งอะตอม โดยปกติ น้ำเป็นส่วนผสมที่รวมสารอื่นๆ ที่ละลายลงไปด้วย รวมทั้งแร่ธาตุ โลหะ และเกลือ ในวิชาเคมี น้ำคือตัวทำละลาย ส่วนสารอื่นๆ คือตัวถูกละลาย และเมื่อนำมารวมกันทำให้เกิดสารละลาย ตัวถูกละลายสร้างไอออน: อะตอมที่มีประจุไฟฟ้า ไอออนเหล่านี้เป็นสิ่งที่เคลื่อนที่ไฟฟ้าผ่านน้ำได้จริง นั่นเป็นสาเหตุที่การวัดค่าการนำไฟฟ้าเป็นวิธีที่ดีในการเรียนรู้ว่าตัวอย่างน้ำบริสุทธิ์ (จริงๆ แล้วไม่บริสุทธิ์เพียงใด) เพียงใด: ยิ่งสารที่ละลายในสารละลายที่เป็นน้ำมากเท่าใด กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น

เสบียง

• 1x Arduino Uno บอร์ด
• 1x 5x7cm PCB
• 1x โพสต์ยึดติดแชสซี ลวดแกนแข็ง
• ตัวต้านทาน 1x 10kOhm
• แถบส่วนหัวชายสำหรับ arduino

ขั้นตอนที่ 1: ประกอบโพรบ

วิดีโอของกระบวนการประกอบมีอยู่ที่นี่

ประสานแถบส่วนหัวของตัวผู้ (ประมาณ 10 พิน) เข้ากับ PCB

ระวังว่าพินหนึ่งต้องเข้าไปใน GND บนบอร์ด Arduino อีกอันหนึ่งเข้าไปใน A5 และอีกอันหนึ่งเข้าไปใน A0 หยิบตัวต้านทาน 10kOhm ประสานปลายด้านหนึ่งเข้ากับหมุดส่วนหัวซึ่งเข้าสู่ GND บนบอร์ด Arduino ปลายอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทานเข้ากับหมุดส่วนหัวซึ่งสิ้นสุดที่ A0 ในบอร์ด Arduino วิธีนี้โดยทั่วไปแล้วตัวต้านทานจะสร้างสะพานเชื่อมระหว่าง GND และ A0 บนบอร์ด Arduino

หยิบลวดแกนแข็งสองเส้น (แต่ละเส้นยาวประมาณ 30 ซม.) แล้วดึงปลายทั้งสองข้างออก ประสานปลายด้านหนึ่งของสายแรกเข้ากับหมุดส่วนหัวซึ่งลงท้ายด้วย A5; ประสานปลายด้านหนึ่งของลวดชิ้นที่สองเข้ากับหมุดส่วนหัวซึ่งลงท้ายด้วย A0 บนบอร์ด Arduino

เชื่อมต่อปลายอีกด้านของชิ้นส่วนของลวดแกนแข็งเข้ากับเสายึด ปลายด้านหนึ่งเข้าสู่ส่วนสีแดงของเสา ปลายอีกด้านหนึ่งเข้าไปในส่วนสีดำของเสายึด

ตอนนี้ตัดลวดแกนแข็งสองเส้น (แต่ละเส้นยาวประมาณ 10 ซม.) และดึงปลายทั้งสองข้างของลวดแต่ละเส้น เชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งของลวดแต่ละชิ้นเข้ากับปลายโลหะของเสายึด ใช้สลักเกลียวยึดลวดแกนแข็งให้เข้าที่ ม้วนปลายอีกด้าน

สุดท้าย ลองวาง PCB บนบอร์ด Arduino และตรวจสอบให้แน่ใจว่าพินหนึ่งพินเข้าสู่ GND อีกอันใน A0 และพินที่สามใน A5

ขั้นตอนที่ 2: ตั้งโปรแกรมบอร์ด Arduino

ในการมีโพรบวัดน้ำที่ใช้งานได้ คุณจะต้องอัปโหลดโปรแกรมเฉพาะไปยังบอร์ด Arduino uno

นี่คือภาพร่างที่คุณต้องอัปโหลด:

/* ภาพร่างการตรวจสอบค่าการนำไฟฟ้าของน้ำสำหรับอุปกรณ์ Arduino ที่วัดค่าการนำไฟฟ้าของน้ำ โค้ดตัวอย่างนี้อิงตามโค้ดตัวอย่างที่เป็นสาธารณสมบัติ */ const float ArduinoVoltage = 5.00; // เปลี่ยนสิ่งนี้สำหรับ Arduinos 3.3v const float ArduinoResolution = ArduinoVoltage / 1024; const float ตัวต้านทานค่า = 10000.0; เกณฑ์ int = 3; int อินพุตพิน = A0; int ouputPin = A5; การตั้งค่าเป็นโมฆะ () { Serial.begin (9600); โหมดพิน (ouputPin, OUTPUT); pinMode(อินพุทพิน อินพุท); } วงเป็นโมฆะ () { int analogValue=0; int oldAnalogValue=1000; โฟลต returnVoltage=0.0; ความต้านทานลอย=0.0; ซีเมนส์คู่; ลอย TDS=0.0; while(((oldAnalogValue-analogValue)>threshold) || (oldAnalogValue4.9) Serial.println("คุณแน่ใจหรือว่านี่ไม่ใช่โลหะ?"); ล่าช้า (5000); }

รหัสที่สมบูรณ์ยังมีอยู่ที่นี่

ขั้นตอนที่ 3: การใช้หัววัดน้ำ

หลังจากที่คุณได้อัปโหลดโค้ดแล้ว ให้จุ่มปลายหัววัดน้ำที่เป็นลอนทั้งสองข้างลงในของเหลวแล้วเปิดจอภาพแบบอนุกรม

คุณควรอ่านค่าจากโพรบ ซึ่งจะทำให้ทราบคร่าวๆ เกี่ยวกับความต้านทานของของเหลว ซึ่งก็คือค่าการนำไฟฟ้า

คุณสามารถทดสอบได้อย่างง่ายดายว่าหัววัดของคุณทำงานอย่างถูกต้องหรือไม่ โดยเพียงแค่เชื่อมต่อปลายทั้งสองข้างที่เป็นลอนกับชิ้นโลหะ หากมอนิเตอร์แบบอนุกรมแสดงข้อความต่อไปนี้: "คุณแน่ใจหรือไม่ว่านี่ไม่ใช่โลหะ" คุณสามารถมั่นใจได้ว่าโพรบให้การอ่านที่แม่นยำ

สำหรับน้ำประปา คุณควรได้รับค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 60 ไมโครซีเมนส์

ตอนนี้ลองเติมน้ำยาล้างจานลงไปในน้ำแล้วดูว่าได้ค่าอะไรบ้าง

คราวนี้ค่าการนำไฟฟ้าของของเหลวจะเพิ่มขึ้นถึงประมาณ 170 ไมโครซีเมนส์

ขั้นตอนที่ 4: มลพิษทางน้ำ

มีความสัมพันธ์ที่ตรงไปตรงมาระหว่างการนำน้ำและมลพิษทางน้ำ เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าเป็นตัวบ่งชี้ถึงปริมาณของสิ่งแปลกปลอมที่ละลายในน้ำ ดังนั้นยิ่งของเหลวเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากเท่าใด ก็ยิ่งมีมลพิษมากขึ้นเท่านั้น

ผลที่ตามมาของมลพิษทางน้ำส่งผลเสียหลายประการ ตัวอย่างหนึ่งเกี่ยวข้องกับแรงตึงผิวแนวคิด

เนื่องจากขั้วของพวกมัน โมเลกุลของน้ำจึงถูกดึงดูดเข้าหากันอย่างแรง ซึ่งทำให้น้ำมีแรงตึงผิวสูง โมเลกุลที่ผิวน้ำ "เกาะติดกัน" เพื่อสร้าง "ผิวหนัง" ชนิดหนึ่งในน้ำ ซึ่งแข็งแรงพอที่จะรองรับวัตถุที่เบามาก แมลงที่เดินบนน้ำกำลังใช้ประโยชน์จากแรงตึงผิวนี้ แรงตึงผิวทำให้น้ำจับตัวเป็นหยดแทนที่จะกระจายออกเป็นชั้นบางๆ นอกจากนี้ยังช่วยให้น้ำไหลผ่านรากและลำต้นของพืช และหลอดเลือดที่เล็กที่สุดในร่างกายของคุณ เนื่องจากโมเลกุลหนึ่งเคลื่อนขึ้นตามรากของต้นไม้หรือผ่านเส้นเลือดฝอย มันจะ 'ดึง' โมเลกุลอื่นไปด้วย

อย่างไรก็ตาม เมื่อสารแปลกปลอม (เช่น น้ำยาล้างจาน) ละลายลงในน้ำ สิ่งนี้จะทำให้แรงตึงผิวของน้ำเปลี่ยนแปลงไปโดยสิ้นเชิง ทำให้เกิดปัญหาหลายประการ

การทดลองหนึ่งที่คุณสามารถดำเนินการได้ที่บ้านจะช่วยแสดงให้เห็นแรงตึงผิวและผลที่ตามมาของมลพิษทางน้ำ

นำคลิปหนีบกระดาษแล้วค่อยๆ หย่อนลงไปบนชามที่เต็มไปด้วยน้ำ คลิปหนีบกระดาษควรอยู่บนพื้นผิวและลอย

อย่างไรก็ตาม หากน้ำยาล้างจานหรือสารเคมีอื่นๆ หยดลงในอ่างน้ำ จะทำให้คลิปหนีบกระดาษจมลงในทันที

การเปรียบเทียบในที่นี้คือระหว่างคลิปหนีบกระดาษกับแมลงที่ใช้ประโยชน์จากแรงตึงผิวของน้ำเพื่อเดินบนนั้น เมื่อมีสิ่งแปลกปลอมเข้ามาในอ่างเก็บน้ำ (เช่น ทะเลสาบ ลำธาร ฯลฯ) แรงตึงผิวจะเปลี่ยนแปลงไป และแมลงเหล่านี้จะไม่สามารถลอยอยู่บนผิวน้ำได้อีกต่อไป ในที่สุดสิ่งนี้ส่งผลกระทบต่อวงจรชีวิตของพวกเขา

คุณสามารถชมวิดีโอของการทดลองนี้ได้ที่นี่