Как-то раз попросили друзья собрать дешевое устройство для мониторинга качества питьевой воды из колодца. Для этого отлично подходит измеритель мутности – он способен анализировать пробу воды, но без точной оптики и электроники. Конечно данный метод хорош только для приблизительного качественного анализа (не количественного анализа). Но благодаря простоте во многих случаях пойдёт.

Мутность – это международный оценки качества питьевой воды, а измеритель мутности – это оптоэлектронный прибор, который оценивает мутность путем измерения рассеяния света, проходящего через образец воды, содержащий коллоидные частицы. Мутность чаще всего определяется количественно с помощью нефелометрической единицы мутности (NTU) или эквивалентной нефелометрической единицы формазина (FNU). Нефелометрия относится к процессу наведения луча света на образец жидкости и измерения интенсивности света, рассеянного под углом 90° к лучу.

Таким образом, измеритель мутности содержит один источник света, который направляется через образец воды, камеру для удерживания образца воды и один или несколько фотодетекторов, размещенных вокруг камеры. Обычный однолучевой измеритель мутности отслеживает только свет, рассеянный взвешенными в воде частицами, чтобы генерировать выходное напряжение, пропорциональное мутности или взвешенным твердым частицам.

Но с оптическим передатчиком и оптическим приемником в качестве внешнего датчика этот измеритель мутности работает по принципу, согласно которому когда свет проходит через образец воды, количество света, проходящего через образец, зависит от количества взвешенных частиц в воде. По мере увеличения общего количества взвешенных твердых частиц (TSS) количество проходящего света уменьшается. Остальная электроника затем измеряет количество прошедшего света, чтобы определить мутность отобранной воды. Короче говоря, измеритель мутности просто измеряет количество света, поступающего от светового излучателя к светоприемнику, и на основе этого вычисляет мутность воды.

Внешний датчик представляет собой оптическое устройство, состоящее из светодиода (передатчика света) и фототранзистора (приемника света). Поскольку модули датчика мутности широко используются в стиральных и посудомоечных машинах, можете купить компактный внешний датчик во многих магазинах электроники.

Вот схема внутренней электроники датчика мутности TSD-10 (GE). Он имеет трехпроводной интерфейс: VCC (+5 В) – GND (0 В) – OUT / SIGNAL (аналоговый V).

Схема драйвера датчика мутности

Внутренняя электроника головки датчика обеспечивает аналоговое выходное напряжение, пропорциональное уровню мутности. Если основная цель состоит в том, чтобы просто определить, когда вода мутная, то можем использовать стандартную схему компаратора для переключения выходной нагрузки, когда мутность достигает заранее определенного порогового значения. Вот схема драйвера датчика мутности на основе м/с LM393.

Модуль на базе микросхемы LMV358 обеспечивает трехконтактный интерфейс для подключения к Arduino (или любому другому микроконтроллеру), а также на модуле имеется переключатель «аналоговый / цифровой» для переключения между аналоговым и цифровым режимами вывода. Официальная документация указывает, что в аналоговом режиме выходное значение уменьшается при высокой мутности, а в цифровом режиме выходной вывод становится высоким, если мутность достигает порогового значения, установленного его встроенным подстроечным регулятором. Вот график с уравнением, которое связывает напряжение датчика с имеющейся мутностью:

Далее несколько тестов по проверке связи между модулем датчика DFR и Arduino Uno с помощью последовательного монитора.

Оно работает как положено. Обратите внимание, что с датчиком DFR получаем выходной сигнал очень близкий к VCC (в цифровом режиме), когда датчик не погружен или находится в чистой воде (и немного ниже, чем в аналоговом режиме).

Вот простой код Arduino для быстрой проверки (подключите выход модуля датчика к аналоговому контакту 1 и переместите его переключатель режима в аналоговое положение).

void setup() {
Serial.begin(9600);

}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A1);
float voltage = sensorValue * (5.0 / 1024.0);

Serial.println (“Sensor Output (V):”);
Serial.println (voltage);
Serial.println();
delay(1000);
}

При кодировании проекта на микроконтроллере помните что уравнение, включенное в график отношений, применимо только в том случае если датчик выдает 4,2 В примерно при нулевой мутности (чистая вода), и это верно только в диапазоне от 2,5 В до 4,2 В (от 3000 до 0 мутности)!