Messung der Trübung von Wasser zur Bestimmung der Wasserqualität mit Arduino und Trübungssensor

Bei Flüssigkeiten ist Trübung ein wichtiger Begriff. Weil es eine wichtige Rolle in der Flüssigkeitsdynamik spielt und auch zur Messung der Wasserqualität verwendet wird. Lassen Sie uns in diesem Tutorial diskutieren, was Trübung ist und wie die Trübung einer Flüssigkeit mit Arduino gemessen wird. Wenn Sie dieses Projekt weiterentwickeln möchten, können Sie auch ein pH-Messgerät an Arduino anschließen und den pH-Wert von Wasser ablesen, um die Wasserqualität besser beurteilen zu können. Zuvor haben wir auch ein IoT-basiertes Gerät zur Überwachung der Wasserqualität mit ESP8266 gebaut. Sie können dies auch bei Interesse überprüfen. Davon abgesehen, fangen wir an

Was ist Trübung in Flüssigkeit?

Trübung ist der Grad oder Grad der Trübung oder Trübung einer Flüssigkeit. Dies geschieht aufgrund des Vorhandenseins einer großen Anzahl unsichtbarer Partikel (mit bloßem Auge), ähnlich wie weißer Rauch in der Luft. Wenn Licht durch Flüssigkeiten fällt, werden Lichtwellen aufgrund des Vorhandenseins dieser winzigen Partikel gestreut. Die Trübung einer Flüssigkeit ist direkt proportional zu den frei suspendierten Partikeln, dh wenn die Anzahl der Partikel zunimmt, nimmt auch die Trübung zu.

Wie misst man die Trübung mit Arduino?

Wie ich bereits erwähnt habe, tritt Trübung aufgrund der Streuung von Lichtwellen auf. Um die Trübung zu messen, sollten wir die Streuung von Licht messen. Die Trübung wird normalerweise in nephelometrischen Trübungseinheiten (NTU) oder Jackson-Trübungseinheiten (JTLJ) gemessen, abhängig von der für die Messung verwendeten Methode. Die beiden Einheiten sind ungefähr gleich.

Nun wollen wir sehen, wie ein Trübungssensor funktioniert. Er besteht aus zwei Teilen: Sender und Empfänger. Der Sender besteht aus einer Lichtquelle, typischerweise einer LED und einer Treiberschaltung. Auf der Empfängerseite befindet sich ein Lichtdetektor wie eine Fotodiode oder ein LDR. Wir platzieren die Lösung zwischen Sender und Empfänger.

Der Sender sendet einfach das Licht, dass Lichtwellen durch die Lösung gehen und der Empfänger das Licht empfängt. Normalerweise (ohne das Vorhandensein einer Lösung) empfängt das gesendete Licht vollständig auf der Empfängerseite. In Gegenwart einer trüben Lösung ist die Menge des durchgelassenen Lichts jedoch sehr gering. Das heißt, auf der Empfängerseite erhalten wir nur ein Licht geringer Intensität, und diese Intensität ist umgekehrt proportional zur Trübung. Wir können also die Trübung messen, indem wir die Lichtintensität messen, wenn die Lichtintensität hoch ist, die Lösung weniger trüb ist und wenn die Lichtintensität sehr niedrig ist, bedeutet dies, dass die Lösung trüber ist.

Komponenten, die zur Herstellung des Trübungsmessers benötigt werden

Trübungsmodul
Arduino
16 * 2 I2C LCD
Gemeinsame Kathoden-RGB-LED
Steckbrett
Überbrückungsdrähte

Übersicht über den Trübungssensor

Der in diesem Projekt verwendete Trübungssensor ist unten dargestellt.

Wie Sie sehen können, besteht dieses Trübungssensormodul aus 3 Teilen. Ein wasserdichtes Kabel, eine Treiberschaltung und ein Verbindungskabel. Die Prüfsonde besteht sowohl aus dem Sender als auch aus dem Empfänger.

Das obige Bild zeigt, dass dieser Modultyp eine IR-Diode als Lichtquelle und einen IR-Empfänger als Detektor verwendet. Das Arbeitsprinzip ist jedoch das gleiche wie zuvor. Der Treiberteil (siehe unten) besteht aus einem Operationsverstärker und einigen Komponenten, die das erkannte Lichtsignal verstärken.

Der eigentliche Sensor kann über einen JST XH-Anschluss an dieses Modul angeschlossen werden. Es hat drei Pins, VCC, Masse und Ausgang. Vcc wird an 5 V und Masse an Masse angeschlossen. Der Ausgang dieses Moduls ist ein Analogwert, der sich je nach Lichtintensität ändert.

Hauptmerkmale des Trübungsmoduls

Betriebsspannung: 5VDC.
Strom: 30 mA (MAX).
Betriebstemperatur: -30 ° C bis 80 ° C.
Kompatibel mit Arduino, Raspberry Pi, AVR, PIC usw.

Trübungssensor mit Arduino - Schaltplan verbinden

Das vollständige Schema zum Anschluss des Trübungssensors an Arduino ist unten dargestellt. Die Schaltung wurde mit EasyEDA entworfen.

Dies ist ein sehr einfacher Schaltplan. Der Ausgang des Trübungssensors ist analog, so dass er an den A0-Pin von Arduino, das I2C-LCD an die I2C-Pins von Arduino, SCL an A5 und SDA an A4 angeschlossen ist. Dann wird die RGB-LED an die digitalen Pins D2, D3 und D4 angeschlossen. Nachdem die Verbindungen hergestellt wurden, sieht mein Hardware-Setup wie folgt aus.

Schließen Sie den VCC des Sensors an Arduino 5v an und verbinden Sie dann Masse mit Masse. Der Ausgangspin des Sensors auf analog 0 von Arduino. Verbinden Sie anschließend VCC und Masse des LCD-Moduls mit 5 V und Masse von Arduino. Dann SDA zu A4 und SCL zu A5, diese beiden Pins sind die I2C-Pins von Arduino. Verbindet schließlich die Masse der RGB-LED mit der Masse von Arduino und verbindet Grün mit D3, Blau mit D4 und Rot mit D5.

Programmieren von Arduino zur Messung der Trübung in Wasser

Es ist geplant, die Trübungswerte von 0 bis 100 anzuzeigen. Das heißt, das Messgerät sollte 0 für reine Flüssigkeit und 100 für stark trübe anzeigen. Dieser Arduino-Code ist ebenfalls sehr einfach und der vollständige Code befindet sich unten auf dieser Seite.

Zuerst habe ich die I2C-Flüssigkristallbibliothek aufgenommen, da wir ein I2C-LCD verwenden, um die Verbindungen zu minimieren.

# include

Dann setze ich eine Ganzzahl für die Sensoreingabe.

int sensorPin = A0;

Im Setup-Bereich habe ich die Pins definiert.

PinMode (3, OUTPUT); PinMode (4, OUTPUT); PinMode (5, OUTPUT);

Wie bereits erwähnt, ist der Ausgang des Sensors im Schleifenabschnitt ein Analogwert. Also müssen wir diese Werte lesen. Mit Hilfe der Arduino AnalogRead- Funktion können wir die Ausgangswerte im Loop-Bereich lesen.

int sensorValue = analogRead (sensorPin);

Zunächst müssen wir das Verhalten unseres Sensors verstehen, dh wir müssen den Minimal- und Maximalwert des Trübungssensors ablesen. Wir können diesen Wert auf dem seriellen Monitor mit der Funktion serial.println lesen.

Um diese Werte zu erhalten, lesen Sie zuerst den Sensor frei, der keine Lösung enthält. Ich habe einen Wert um 640 und danach platzieren Sie eine schwarze Substanz zwischen Sender und Empfänger. Wir erhalten einen Wert, der der Mindestwert ist. Normalerweise ist dieser Wert Null. Also haben wir 640 als Maximum und Null als Minimum. Jetzt müssen wir diese Werte in 0-100 konvertieren

Dafür habe ich die Kartenfunktion von Arduino verwendet.

int Trübung = Karte (sensorValue, 0,640, 100, 0);

Dann habe ich diese Werte im LCD-Display angezeigt.

lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Trübung:"); lcd.print (""); lcd.setCursor (10, 0); lcd.print (Trübung);

Danach gab ich mit Hilfe von if- Bedingungen verschiedene Bedingungen an.

if (Trübung <20) { digitalWrite (2, HIGH); digitalWrite (3, LOW); digitalWrite (4, LOW); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("its CLEAR"); }}

Dies aktiviert die grüne LED und zeigt "es ist klar" auf dem LCD an, wenn der Trübungswert unter 20 liegt.

if ((Trübung> 20) && (Trübung <50)) { digitalWrite (2, LOW); digitalWrite (3, HIGH); digitalWrite (4, LOW); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("sein CLOUDY"); }}

Dies aktiviert die blaue LED und zeigt "ihre Trübung" auf dem LCD an, wenn der Trübungswert zwischen 20 und 50 liegt.

if ((Trübung> 50) { digitalWrite (2, LOW); digitalWrite (3, HIGH); digitalWrite (4, LOW); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("its DIRTY"); }

Dies aktiviert die rote LED und zeigt "es ist verschmutzt" auf dem LCD an, wenn der Trübungswert größer als 50 ist, wie unten gezeigt.

Folgen Sie einfach dem Schaltplan und laden Sie den Code hoch. Wenn alles richtig läuft, sollten Sie in der Lage sein, die Trübung des Wassers zu messen, und das LCD sollte die Qualität des Wassers wie oben gezeigt anzeigen.

Beachten Sie, dass dieses Trübungsmessgerät den Prozentsatz der Trübung anzeigt und möglicherweise keinen genauen industriellen Wert darstellt. Dennoch kann es zum Vergleichen der Wasserqualität von zwei Gewässern verwendet werden. Die vollständige Arbeitsweise dieses Projekts finden Sie im folgenden Video. Ich hoffe, Ihnen hat das Tutorial gefallen und Sie haben etwas Nützliches gelernt, wenn Sie Fragen haben. Sie können diese im Kommentarbereich unten hinterlassen oder die CircuitDigest-Foren verwenden, um Ihre technischen Fragen zu veröffentlichen oder eine relevante Diskussion zu beginnen.