Πλευρικό έργο: Δοκιμαστής καθαρότητας νερού: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Αυτό το έργο ήταν μέρος του προγράμματος σπουδών μου στο μάθημα Principles of Engineering με την κ. Berbawy. Μας διέθεσε ο καθένας με έναν προϋπολογισμό 50 $ για να καταλήξει σε μια λογική πρόταση έργου, κάτι που θα ήταν εφικτό, αλλά θα αμφισβητούσε τις ικανότητές μας.

Αυτό το έργο βασίζεται σε αυτό το μοντέλο από το MakeMagezine.com. Μετράει την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός υγρού και παίζει έναν ήχο με βάση την αγωγιμότητα. Όσο πιο δυνατός είναι ο ήχος τόσο πιο καθαρό το νερό. Αυτό βασίζεται στην έννοια του διαχωριστή τάσης. Όσο πιο αγώγιμο το δείγμα, τόσο περισσότερη τάση τραβιέται προς το πάνω μέρος του κυκλώματος, μακριά από το ηχείο. Αυτό προκαλεί το ηχείο να λαμβάνει μικρότερη τάση μειώνοντας την ένταση του ήχου που παράγει.

Το Arduino χρησιμεύει ως μέσο μεταξύ του κυκλώματος και του υπολογιστή όπου καταγράφονται οι ενδείξεις. Αυτό το έργο ήταν εμπνευσμένο από ένα πρόσφατο έργο που είχα κάνει σε μια τάξη που ήταν εισαγωγή στο Arduino και την επιβίβαση στο ψωμί. Ως ένα βήμα μπροστά για να αμφισβητήσω τον εαυτό μου και να εφαρμόσω τις έννοιες που είχα μάθει, προσπάθησα να κάνω αυτό το πιο περίπλοκο έργο.

Προμήθειες

1. Διπλό λεωφορείο Breadboard

2. Arduino UNO

3. Καλώδια βραχυκυκλωτήρων

4. Σετ τσιπ LM741

5. τσιπ χρονοδιακόπτη 555

6. Ηχείο 2-3 ιντσών

7. Ποτενσιόμετρο 10K ohm

8. LED

9. Βάλτε κορδόνια με κλιπ αλιγάτορα

10. Χαρτόνι (Για κατασκευή κουτιού)

11. Πένες (Ηλεκτρόδια χαλκού)

Βήμα 1: Δημιουργία κυκλώματος

Το πρώτο βήμα είναι η κατασκευή του κυκλώματος. Το κύκλωμα που χρησιμοποιήθηκε για αυτήν την κατασκευή ήταν αρχικά αρκετά τρομακτικό για μένα λόγω της πολυπλοκότητάς του. Πριν αγγίξετε το φυσικό κύκλωμα, είναι καλύτερο αν μπορείτε να κάνετε μια προσομοίωση ή κάποιο είδος χαρτογράφησης των εξαρτημάτων σας σε έναν εικονικό πίνακα που θα σας διευκόλυνε να κάνετε το φυσικό κύκλωμα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποίησα το TinkerCAD. Ο ευκολότερος τρόπος διάσπασης του κυκλώματος είναι να το χωρίσετε σε 2 κύρια τμήματα: Το επάνω τμήμα γύρω από το τσιπ LM741 και το κάτω τμήμα γύρω από το χρονόμετρο 555 και το ηχείο. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν καλώδια προσωρινών βραχυκυκλωτήρων στο έργο καθώς ήταν εύκολο να μετακινηθούν και να χειριστούν. Αυτά αντικαταστάθηκαν αργότερα με τα ίσια καλώδια άλματος στο τελικό έργο. Αυτό διευκολύνει την αντιμετώπιση προβλημάτων και την παρακολούθηση των στοιχείων του κυκλώματος. Αυτή η φάση κράτησε το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και δεν ολοκληρώθηκε μέχρι σχεδόν το τέλος του έργου.

Βήμα 2: Ρύθμιση του κυκλώματος (Fine Tuning)

Μόλις ολοκληρώθηκε το υποτυπώδες κύκλωμα, χρειάζονταν ακόμη να γίνουν λεπτότερες προσαρμογές. Το ποτενσιόμετρο έπρεπε να βαθμονομηθεί έτσι ώστε ο ήχος που παράγεται από το ηχείο να μην είναι ούτε πολύ αμυδρός ούτε πολύ δυνατός. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αυτό είναι το βήμα όπου τα προσωρινά καλώδια άλλαξαν στα μόνιμα που υπήρχαν στο τελικό κύκλωμα. Αυτό πήρε αρκετό χρόνο λόγω του μεγάλου αριθμού καλωδίων που χρησιμοποιήθηκαν. Τα καλώδια στο ηχείο κόπηκαν επίσης για να γίνει όσο το δυνατόν μικρότερη η σύνδεση που συνδέει το ηχείο με το ψωμί. Επιπλέον για τη βελτίωση της αισθητικής του κυκλώματος καθώς και τη μείωση της πιθανότητας θραύσης, οι αντιστάσεις και οι λυχνίες LED κόπηκαν.

Υπήρχε ένα σχέδιο ενσωμάτωσης ενός αισθητήρα έντασης για τη μέτρηση της έντασης του ήχου που παράγεται από το ηχείο. Ο αισθητήρας θα ήταν αρχικά συνδεδεμένος στη θύρα Arduino Analogue. Στη συνέχεια, θα δημιουργηθεί ένα πρόγραμμα Arduino για τον αισθητήρα να λαμβάνει ενδείξεις. Αυτή η ιδέα διαγράφηκε αργότερα καθώς ο αισθητήρας δεν λειτούργησε όπως έπρεπε και αντικαταστάθηκε με έναν υπολογιστή που θα έπαιρνε τις ενδείξεις μέσω μικροφώνου. Αυτό δεν είναι ιδανικό, καθώς ένας υπολογιστής είναι μεγάλος και ογκώδης, αλλά ήταν η καλύτερη επιλογή.

Βήμα 3: Φάση δοκιμής

Αυτό είναι ένα από τα πιο ζωτικά στάδια στη ζωή οποιουδήποτε έργου και μερικές φορές μπορεί να είναι πολύ ενοχλητικό. Τα προβλήματα εντοπισμού σε ένα κύκλωμα όπως αυτό μπορεί να είναι πολύ χρονοβόρα και απογοητευτικά. Σε αυτό το σενάριο, η χρήση LED μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη. Η τοποθέτηση ενός led στο τμήμα σε κάθε μεμονωμένο στοιχείο σειράς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ελέγξει εάν το ρεύμα ρέει μέσω αυτού του τμήματος του κυκλώματος.

Αυτή η φάση ήταν ο χρόνος κατά τον οποίο έγιναν οι περισσότερες σημαντικές αλλαγές στο έργο. Αλλαγές όπως η συμπερίληψη εισόδου 5V αντί εισόδου 9V ήταν μία από τις αλλαγές που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου. Η είσοδος των 9V δημιουργούσε έναν πολύ δυνατό ήχο από το ηχείο. Αλλάζοντας την είσοδο ισχύος σε 5V από το Arduino, λειτούργησε πολύ καλύτερα.

Βήμα 4: Το κουτί

Αυτό το μέρος του έργου ήταν για αισθητική και για να γίνει πιο συμπαγές και εύκολο στο χειρισμό. Αυτό το βήμα σε καμία περίπτωση δεν είχε καμία επίδραση στη λειτουργικότητα του έργου. Το κιβώτιο είναι κατασκευασμένο από χαρτόνι, με το πάνω μέρος και μια από τις πλευρές να είναι ανοιχτά για ολίσθηση των εξαρτημάτων μέσα και έξω με ευκολία. Αυτό έγινε έχοντας υπόψη ότι το καλώδιο Arduino πρέπει να μπορεί να συνδεθεί εύκολα στο κύκλωμα. Επιπλέον, αυτός ο σχεδιασμός κάνει το κύκλωμα πιο ελκυστικό οπτικά. Θα έπρεπε να έχω φτιάξει ένα κουτί με λέιζερ από ξύλο, αλλά να μου τελείωσε ο χρόνος στην τάξη λόγω του Covid-19.

Βήμα 5: Μονάδες

Αυτό το έργο δεν θα ήταν δυνατό χωρίς την κ. Berbawy που παρείχε τη χρηματοδότηση και τα υλικά για να πραγματοποιηθεί αυτό το έργο. Είμαι επιπλέον ευγνώμων στους Sven και David που με βοήθησαν στην εκπόνηση του έργου δίνοντας χρήσιμες συμβουλές και καθοδηγώντας με για το πώς λειτουργούσαν ορισμένα μέρη.