مسبار الماء مع Arduino Uno: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

ستتعلم في هذا البرنامج التعليمي كيفية تجميع مسبار المياه DIY الخاص بك لقياس الموصلية ، ومن ثم درجة تلوث أي سائل.

مسبار الماء هو جهاز بسيط نسبيًا. تعتمد طريقة عملها على حقيقة أن الماء النقي لا يحمل في الواقع شحنة كهربائية جيدًا. لذا فإن ما نفعله حقًا بهذا الجهاز هو تقييم تركيز الجسيمات الموصلة التي تطفو في الماء (غالبًا غير موصل).

نادرًا ما يكون الماء مجرد مجموع صيغته الكيميائية الأساسية: ذرتان من الهيدروجين وواحدة من الأكسجين. عادةً ما يكون الماء خليطًا يشتمل أيضًا على مواد أخرى مذابة فيه ، بما في ذلك المعادن والمعادن والأملاح. في الكيمياء ، الماء هو المذيب ، والمواد الأخرى هي المواد المذابة ، وتصنع مجتمعة المحلول. المذابات تخلق الأيونات: ذرات تحمل شحنة كهربائية. هذه الأيونات هي التي تنقل الكهرباء عبر الماء. هذا هو السبب في أن قياس الموصلية هو طريقة جيدة لمعرفة مدى نقاء عينة المياه (مدى عدم نقاوتها حقًا): فكلما زاد عدد المواد الذائبة في المحلول المائي ، زادت سرعة انتقال الكهرباء خلالها.

اللوازم

• 1x اردوينو أونو
• 1x 5x7 سم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• 1x هيكل جبل ربط آخر سلك صلب صلب
• 1x 10 كيلو أوم المقاوم
• شرائط رؤوس الذكور لاردوينو

الخطوة 1: قم بتجميع المجس

فيديو لعملية التجميع متاح هنا.

قم بلحام شريط من رؤوس الذكور (حوالي 10 دبابيس) على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

احذر من أن دبوسًا يحتاج إلى الدخول إلى GND على لوحة اردوينو ، وآخر في A5 والثالث في A0. احصل على المقاوم 10 كيلو أوم. قم بلحام أحد طرفي دبوس الرأس الذي ينتقل إلى GND على لوحة اردوينو ، والطرف الآخر من المقاوم على دبوس الرأس الذي ينتهي على A0 في لوحة اردوينو. بهذه الطريقة سيخلق المقاوم بشكل أساسي جسرًا بين GND و A0 على لوحة اردوينو.

أمسك قطعتين من الأسلاك المصمتة (طول كل منهما حوالي 30 سم) وقم بفك طرفي كل قطعة. قم بلحام أحد طرفي السلك الأول على دبوس الرأس الذي ينتهي بـ A5 ؛ قم بلحام أحد طرفي قطعة السلك الثانية على دبوس الرأس الذي ينتهي بـ A0 على لوحة اردوينو.

قم بتوصيل الأطراف الأخرى لقطع الأسلاك المصمتة بعمود الربط. يذهب أحد الطرفين إلى الجزء الأحمر من المنشور ، ويذهب الطرف الآخر إلى الجزء الأسود من المنشور الملزم.

قم الآن بقطع قطعتين من الأسلاك الصلبة (طول كل منهما حوالي 10 سم) ، وقم بفك طرفي كل سلك. قم بتوصيل أحد طرفي كل قطعة من الأسلاك بالنهايات المعدنية لعمود الربط. استخدم البراغي لتثبيت سلك القلب المصمت في مكانه. قم بلف الأطراف الأخرى.

أخيرًا ، حاول وضع PCB على لوحة اردوينو ، وتأكد من إدخال دبوس واحد في GND وآخر في A0 ودبوس ثالث في A5.

الخطوة 2: برمجة لوحة Arduino

للحصول على مسبار ماء يعمل ، ستحتاج إلى تحميل برنامج معين على لوحة اردوينو أونو.

إليكم الرسم التخطيطي الذي تريد تحميله:

/ * رسم تخطيطي لمراقبة الموصلية المائية لجهاز Arduino الذي يقيس التوصيل الكهربائي للماء. يعتمد رمز المثال هذا على رمز المثال الموجود في المجال العام. * / const تعويم ArduinoVoltage = 5.00 ؛ // قم بتغيير هذا لـ 3.3 فولت Arduinos const تعويم ArduinoResolution = ArduinoVoltage / 1024 ؛ عنصر ثابت تعويم المقاومValue = 10000.0 ؛ عتبة int = 3 ؛ int inputPin = A0 ؛ int ouputPin = A5 ؛ إعداد باطل () {Serial.begin (9600) ؛ pinMode (ouputPin ، الإخراج) ؛ pinMode (inputPin ، INPUT) ؛ } حلقة فارغة () {int analogValue = 0 ؛ int oldAnalogValue = 1000 ؛ عودة تعويم الجهد = 0.0 ؛ مقاومة التعويم = 0.0 ؛ مزدوج سيمنز تعويم TDS = 0.0 ؛ while ((oldAnalogValue-analogValue)> عتبة) || (oldAnalogValue4.9) Serial.println ("هل أنت متأكد من أن هذا ليس معدنًا؟") ؛ تأخير (5000) ؛}

الكود الكامل متاح هنا أيضًا.

الخطوة الثالثة: استخدام مسبار الماء

بعد تحميل الشفرة ، اغمس الطرفين المتعرجين لمسبار الماء في سائل وافتح الشاشة التسلسلية.

يجب أن تحصل على قراءات من المسبار ، مما يمنحك فكرة تقريبية عن مقاومة السائل ، ومن ثم توصيله.

يمكنك بسهولة اختبار ما إذا كان المسبار الخاص بك يعمل بشكل صحيح ، فقط عن طريق توصيل الطرفين المتعرجين بقطعة من المعدن. إذا عرضت الشاشة التسلسلية الرسالة التالية: "هل أنت متأكد من أن هذا ليس معدنًا؟" ، يمكنك التأكد من أن المسبار يعطيك قراءات دقيقة.

بالنسبة لمياه الصنبور ، يجب أن تحصل على موصلية تبلغ حوالي 60 ميكرو سيمنز.

حاول الآن إضافة بعض سائل الغسيل إلى الماء واطلع على القراءات التي تحصل عليها.

هذه المرة ، ترتفع موصلية السائل إلى حوالي 170 ميكرو سيمنز.

الخطوة الرابعة: تلوث المياه

هناك علاقة مباشرة بين توصيل المياه وتلوث المياه. نظرًا لأن الموصلية هي مؤشر على كمية المواد الغريبة الذائبة في الماء ، فإن ذلك يعني أنه كلما كان السائل أكثر موصلة ، كلما كان أكثر تلوثًا أيضًا.

عواقب تلوث المياه سلبية من نواح كثيرة. يرتبط أحد الأمثلة بمفهوم التوتر السطحي.

بسبب قطبيتها ، تنجذب جزيئات الماء بقوة لبعضها البعض ، مما يعطي الماء توترًا سطحيًا عاليًا. الجزيئات الموجودة على سطح الماء "تلتصق ببعضها البعض" لتشكل نوعًا من "الجلد" على الماء ، قوي بما يكفي لدعم الأجسام الخفيفة جدًا. تستفيد الحشرات التي تمشي على الماء من هذا التوتر السطحي. يتسبب التوتر السطحي في تجمع الماء في شكل قطرات بدلاً من انتشاره في طبقة رقيقة. كما أنه يسمح للماء بالانتقال عبر جذور النباتات وسيقانها وأصغر الأوعية الدموية في جسمك - عندما يتحرك جزيء واحد لأعلى جذر الشجرة أو عبر الشعيرات الدموية ، فإنه "يسحب" الجزيئات الأخرى معه.

ومع ذلك ، عندما يتم إذابة المواد الغريبة (مثل سائل الغسيل) في الماء ، فإن هذا يغير التوتر السطحي للماء تمامًا ، مما يتسبب في عدد من المشكلات.

ستساعدك إحدى التجارب التي يمكنك إجراؤها في المنزل على توضيح التوتر السطحي وعواقب تلوث المياه.

خذ مشبكًا ورقيًا وقم بإنزاله برفق في وعاء مليء بالماء. يجب أن يظل مشبك الورق بعد ذلك على السطح وأن يطفو.

ومع ذلك ، إذا تم إدخال قطرة واحدة من سائل الغسيل أو مادة كيميائية أخرى في وعاء الماء ، فسيؤدي ذلك إلى غرق مشبك الورق على الفور.

والتشابه هنا هو بين مشبك الورق وتلك الحشرات التي تستفيد من التوتر السطحي للماء لتمشي عليه. عندما يتم إدخال مواد غريبة في خزان مياه (سواء كانت بحيرة أو مجرى أو ما إلى ذلك) ، يتغير التوتر السطحي ، ولن تكون هذه الحشرات قادرة على الطفو على السطح. في النهاية هذا يؤثر على دورة حياتهم.

يمكنك مشاهدة مقطع فيديو لهذه التجربة هنا.