Project

Spectrofotometrie

Met dit project kan je aan de hand van een fotospectrometer bepalen welke vloeistof er zich in je proefbuis bevindt. De sensor zal de RGB-waardes aflezen en hierdoor kunnen leerlingen de vloeistof bepalen die in hun proefbuis zit. We doen het dus op een vereenvoudigde manier zodat leerlingen niet de hoeveelheid vloeistof bepalen, maar enkel welke vloeistof er in de proefbuis zit.
De afbeeldingen hiernaast zijn nog van een prototype dat op dit moment op punt wordt gezet.

Op dit moment niet verkrijgbaar via onze webshop.

#
#
#
#
#

Omhulsel van sensor

Het omhulsel - de blauwe delen op de figuur hiernaast - bestaat uit onderdelen allemaal gemaakt met een 3D-printer. Er zijn een aantal belangrijke punten waar rekening mee moet gehouden worden bij het ontwerpen van een omhulsel. Deze 3D-onderdelen zijn niet inbegrepen in het pakket. Leerlingen moeten deze zelf ontwerpen en deze ontwerpen kunnen, op aanvraag, wel geprint worden.

Ten eerste willen we zo veel mogelijk omgevingslicht vermijden. Dit licht beïnvloedt de metingen en is op elke plaats op elk moment anders.

Vervolgens willen we zo veel mogelijk voorkomen dat licht, afkomstig van de LED’s, rechtstreeks op de sensor schijnt. De LED's zijn de gele delen aangeduid op de figuur hiernaast.

Hierdoor moet de afstand tussen de proefbuis en de sensor voor elke individuele meting hetzelfde zijn. Kleine afwijkingen in deze afstand kunnen de resultaten sterk beïnvloeden.

De sensor

De sensor bestaat uit 64 verschillende fotodiodes. Hiervan zijn er 16 met een rode filter, 16 met een groene filter, 16 met een blauwe filter en 16 met een doorschijnende filter. Afhankelijk van de waardes (1 of 0) op de S2 en S3 pinnen kan je selecteren welke fotodiodes de sensor zal uitlezen. De witte LED’s branden altijd vanaf dat de sensor aangesloten is op 5V.

De gevoeligheid van de sensoren vind je terug in onderstaande grafiek, de sensoren zijn ook gevoelig voor IR- licht. Je kan IR-licht ook meten als je IR-LED’s toevoegt aan het ontwerp. Deze LED’s kan je dan aansturen met de overige digitale poorten van de Arduino. Afhankelijk van de waardes (1 of 0) op de S2 en S3 pinnen kan je de maximale uitgaande frequentie selecteren. Dit is afhankelijk van de kloksnelheid van de microcontroller om een goed resultaat te krijgen. Voor een Arduino Nano selecteren we 20%, wat overeenkomt met S0: 1 en S1: 0. De functie PulseIn() van Arduino meet dan de tijd tussen twee 1 punten of twee 0 punten. De frequentie die de sensor uitstuurt is evenredig met de hoeveelheid licht de sensor ontvangt.

#
#
>
#

De code

In de code worden er een aantal optimalisaties gemaakt die ervoor zorgen dan er een stabiel en eenvoudig te interpreteren resultaat wordt bekomen.

Bij het deel setup worden de waardes gekalibreerd. Tijdens het opstarten van de Arduino steek je er een proefbuis met bijvoorbeeld water in, dit is dan de gemiddelde waarde. Er zijn altijd stoffen die bepaalde lichtkleuren beter doorlaten dan water. Als je er nadien een andere proefbuis in steekt, krijg je een waarde tussen 0 en 255 voor de RGB-waardes waarbij 127,5 overeenkomt met water.

Telkens de pulseIn() functie van Arduino wordt gebruikt voor het timen van de halve periode van de frequentie die de sensor uitgeeft, lezen we die waarde 3 keer uit met een telkens een kleine pauze en nemen het gemiddelde van deze waarde. Kleine meetfouten die optreden bij het uitlezen, worden zo voorkomen. De oorzaken van deze fouten kunnen we op meerdere plaatsen zoeken, zoals de lage kloksnelheid van de Arduino of bijvoorbeeld een LED die zeer kort net iets minder fel brandt.

Projecteigenschappen

Niveau
Gemakkelijk
Leeftijd
12-14j
Tijdsduur
Meerdere weken
Categorie
Klimaat, biologie, informatica...
Kostprijs met Arduino
€30
Kostprijs zonder Arduino
€19
Ontworpen door
Lowie
Inhoud
  • Jumper wires
  • Arduino (indien gewenst)
  • Sensor
  • PCB en 12V adapter
  • Handleiding Ardublock en mogelijke experimenten