Прибор для измерения оптической плотности раствора
Состав команды
  • Михаил Чумерин
    Лидер команды, техник и дизайнер
  • Марк Ренькас
    Программист и техник
Проблематика проекта
Для измерения концентрации некоторых растворов, мониторинга загрязнения сточных вод нередко используют приборы, в которых в основе работы лежит оптический метод. Одним из таких приборов является денситометр
Аналоги и прототипы
  • Денситометр DEN-1
    Цена: от 27810 рублей
  • Денситометр DEN-1B
    Цена: от 44437 рублей
  • Денситометр ДНС - 2
    Цена: от 34800 рублей
Актуальность проекта
В аналитике и контроле денситометры являются эффективными, но дорогими приборами. На рынке не было найдено более экономичных аналогов
Потенциальные заказчики и стейкхолдеры
Компании, базирующиеся на пищевой, фармацевтической, химической и т.д. промышленностях
Цель
Создать экономичный аналог денситометра
Задачи
1
Написать код программы и собрать схему

2
Разработать дизайн прибора

3
Проверить эффективность работы прибора на практике

Этапы выполнения
  • Схема построена на базе микроконтроллера Freeduino 2009 (см. фотографию), который является полным аналогом Arduino Duemilanove. Она состоит из: фоторезистора GL5516, светодиода, ЖК-дисплея
  • Программа для работы прибора была написана на языке С++ в среде разработки Arduino IDE.

    Первая строчка программы вводит новую константу, которая говорит о том, что в любом месте программы, где будет написано "PIN_PHOTO_SENSOR", там будут браться показания с аналогового порта А0. Далее, две следующие строки кода предназначены для подключения двух библиотек. Библиотека Wire.h используется для связи микроконтроллера с устройствами и модулями через интерфейс I2C. Следующая библиотека LiquidCrystal_I2C.h нужна для подключения ЖК-дисплея к Arduino через модуль I2С. Этот модуль нужен для того, что бы уменьшить кол-во подключаемых выходов. Он позволяют подключить символьный дисплей к плате по двум сигнальным проводам. Далее идут строчки функции void setup, команды в которой микроконтроллер выполняет только один раз при загрузке программы, а потом "забывает" про них. Внутри этой функции происходит инициализация LCD (ЖК) монитора, включение подсветки и установка курсора в начальное положение. Затем командой lcd.print("Renkas Mark") выводится на экран соответствующий текст. Затем в бесконечном цикле создаем переменную val, которая равна показаниям с фоторезистора, устанавливаем курсор в начальное положение и выводим на экран показания переменной. Далее происходит задержка на 0,5 секунды перед выводом следующего показания
  • Для измерения оптической плотности раствора была сделана прозрачная колба, куда заливается сам раствор. Свет, исходящий от светодиода, проходит через колбу с раствором и попадает на фоторезистор. В зависимости от того, какую оптическую плотность имеет раствор, на фоторезистор попадает разное количество света, которое в количественном соотношении выводится на дисплей (см. фотографию)
  • Для удобства и исключения любых внешних источников света была сделана коробка с крышкой из фанеры, куда помещается схема и колба (рис.2.)

  • В процессе сборки и использования прибора были выявлены следующие проблемы: дисплей выводит значения в условных единицах, которых нет в СИ; диапазон показаний прибора зависит от цвета окраски раствора.
    Первая проблема решалась путём измерения различных концентраций одного раствора и сравнение показаний с показаниями чистой воды.
    Для решения второй проблемы планируется сделать разъём, куда будут вставляться светодиоды с разной цветовой палитрой
  • Для проверки эффективности и правильности работы прибора был взят раствор медного купороса с разной концентрацией. В серии экспериментов было выявлено, что зависимость показаний прибора от концентрации является линейной (см. фотографию). Это позволяет выявить разность в концентрациях там, где этого не увидит человеческий глаз

Результаты проекта


Следующие заключения позволяют сделать вывод, что прибор является эффективным и экономичным аналогом денситометра:
1. Прибор способен выявить разность между близкими по значениям концентрациями раствора
2. Прибор в несколько раз дешевле своих аналогов
Перспективы: прибор позволяет быстро и точно фиксировать изменение концентрации, исходя из окраски раствора, что позволяет его применять для контроля концентрации в пищевой, химической, фармацевтической и т.д. промышленностях. Также его можно использовать в школах для обучения основам аналитической химии
Экономика проекта
  • Микроконтроллер
    Цена: 700 рублей
  • Фоторезистор GL5516
    Цена: 83 рубля
  • Светодиод
    Цена: 17 рублей
  • ЖК-дисплей
    Цена: 500 рублей
  • Фанера 4 мм
    Цена: 250 рублей
  • Материалы ( клей, провода и т.д. )
    Цена: 100 рублей
  • Итого: 1650 рублей
Продвижение проекта
Участие в конференциях



Made on
Tilda