مقدمه
ماژول GebraBit Conductivity Sensor یکی از محصولات کاربردی و باکیفیت برند GebraBit است که برای اندازهگیری دقیق هدایت الکتریکی (Electrical Conductivity) محلولهای مایع طراحی شده است. رسانایی، یکی از شاخصهای مهم در تعیین کیفیت آب و غلظت مواد یونی موجود در محلولهاست. به بیان ساده، هر چه غلظت نمکها و یونها در محلول بیشتر باشد، میزان رسانایی نیز افزایش مییابد.
این ویژگی باعث شده است که اندازهگیری رسانایی، یکی از نیازهای حیاتی در حوزههایی مانند کنترل کیفیت آب، صنایع غذایی، کشاورزی هوشمند، آزمایشگاههای تحقیقاتی، و سیستمهای فرآیندی صنعتی باشد. GebraBit با بهرهگیری از طراحی ماژولار، کیفیت ساخت بالا و سازگاری گسترده با میکروکنترلرها، محصولی ارائه کرده که هم برای کاربران حرفهای و هم برای مبتدیان، انتخابی بیدردسر و مطمئن است.
ماژول GebraBit Conductivity Sensor
در نگاه نخست، طراحی این ماژول ساده اما دقیق است. ابعاد کوچک، چیدمان بهینه اجزا و استفاده از پدهای قلعهای (Castellated Pads) باعث میشود بتوان آن را بهراحتی در پروژههای سفارشی یا بردهای اصلی لحیم کرد. در عین حال، کانکتورهای استاندارد GEBRABUS، اتصال سریع و بدون خطا به سایر ماژولهای GebraBit یا بردهای Arduino، STM32، ESP32 و Raspberry Pi را ممکن میسازد.
ویژگی کلیدی این ماژول، تغذیه قابل انتخاب بین ۳٫۳ ولت و ۵ ولت است که از طریق جامپر VCC_SEL انجام میشود. بنابراین بدون نیاز به تغییر سختافزاری، میتوان آن را در سیستمهای ۳٫۳ ولت (مانند STM32 یا ESP32) یا ۵ ولت (مانند Arduino Uno) استفاده کرد.
در بخش خروجی، یک پین آنالوگ (AO) وجود دارد که ولتاژی متناسب با رسانایی محلول ارائه میکند. این خروجی بهصورت مستقیم به پین ورودی آنالوگ هر میکروکنترلر متصل میشود و به کمک مبدل ADC مقدار رسانایی محاسبه میگردد. برای اتصال الکترود رسانایی، از کانکتور BNC استاندارد استفاده شده که موجب پایداری سیگنال و کاهش نویز میشود.
همچنین، یک LED وضعیت بر روی برد تعبیه شده تا کاربر بتواند از وضعیت تغذیه و عملکرد مدار اطمینان حاصل کند. تمام این اجزا در کنار یکدیگر، محصولی پایدار و آمادهبهکار ایجاد کردهاند که نیازی به مدارهای جانبی ندارد.
سنسور رسانایی بر اساس خاصیت انتقال جریان الکتریکی از طریق یونهای موجود در محلول عمل میکند. زمانی که پراب در محلول قرار میگیرد، یونهای مثبت و منفی بین دو الکترود حرکت کرده و باعث عبور جریان الکتریکی میشوند. مقدار جریان عبوری تابعی از غلظت یونها، دمای محلول و نوع الکترولیت است.
ماژول GebraBit با استفاده از یک مدار سیگنالپرداز داخلی، این جریان را به یک ولتاژ آنالوگ تبدیل میکند. کاربر میتواند با خواندن مقدار ولتاژ از طریق میکروکنترلر، مقدار هدایت الکتریکی را بر حسب میکروزیمنس بر سانتیمتر (µS/cm) محاسبه کند.
یکی از نکات فنی مهم در اندازهگیری رسانایی، ضریب سل (Cell Constant) پراب است که به ساختار فیزیکی آن بستگی دارد (K = 1 برای آب معمولی، K = 10 برای محلولهای غلیظتر). این ماژول امکان استفاده از انواع پرابهای BNC با ضرایب متفاوت را فراهم میکند، بنابراین کاربر میتواند بسته به نوع محلول، پراب مناسب را انتخاب کند.
از آنجا که رسانایی بهشدت به دما وابسته است (تقریباً ۲٪ تغییر در هر درجه سانتیگراد)، GebraBit Conductivity Sensor طوری طراحی شده که کاربر بتواند بهراحتی یک سنسور دمای خارجی (مانند DS18B20 یا NTC) را برای جبران دما به سیستم اضافه کند. این قابلیت، دقت نهایی را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد.
ویژگیهای ماژول GebraBit Conductivity Sensor
| ویژگی فنی | مقدار یا توضیح |
| ولتاژ تغذیه | 3.3V یا 5V (انتخاب با جامپر VCC_SEL) |
| خروجی سیگنال | آنالوگ (۰ تا ۳ ولت متناسب با رسانایی محلول) |
| رابط الکترود | BNC استاندارد |
| محدوده اندازهگیری | ۰ تا حدود ۲۰٬۰۰۰ µS/cm (بسته به نوع پراب) |
| دقت اندازهگیری | ±۲٪ پس از کالیبراسیون |
| زمان پاسخ | کمتر از ۲ ثانیه |
| دمای کاری | ۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد |
| LED وضعیت | دارد |
| ابعاد | حدود ۳۵ × ۲۵ میلیمتر |
| وزن خالص | حدود ۱۰ گرم |
معرفی بخش های ماژول
کانکتور BNC
برای اتصال پراب سنسور به ماژول از یک کانکتور BNC استفاده شده که در بالای ماژول قرار گرفته است.
آی سی CD4060
این آی سی وظیفه تولید سیگنال AC برای صفحه اول پراب را برعهده دارد.
آی سی آپ امپ TL034
در مدار ماژول GebraBit Conductivity Sensor از یک آپ مپ TL034 به عنوان بافر و برای ایزولاسیون خروجی آی سیCD4060 استفاده شده است.
مبدل ولتاژ LM2660
در ماژول GebraBit Conductivity Sensor از یک مبدل LM2660 استفاده شده که وظیفه اصلی این آپ امپ تولید تغذیه منفی آپ امپها است.
جامپر سلکتور VCC SEL
با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، ولتاژ اصلی تغذیه سنسور از بین “5V” و “3V3” انتخاب میشود.
LED تغذیه
با توجه به وضعیت جامپر سلکتور VCCSEL و با اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ماژول روشن می شود.
پینهای ماژول GebraBit Conductivity Sensor
پین های تغذیه
- 5V و 3V3: این پینها می توانند با توجه به وضعیت جامپرسلکتور VCC SEL، تغذیه اصلی سنسور را تامین کنند.
- GND : این پین، پین زمین برای تغذیه سنسور می باشد.
پین خروجی
- AO : این پین برای دریافت خروجی آنالوگ ماژول استفاده می شود و مقدار رسانایی را به صورت ولتاژ آنالوگ، خروجی می دهد.
دیگر پینها
- FEQ: فرکانس تولیدی از طریق این پین در اختیار کاربر قرار میگیرد.
اتصال به پردازنده
راهاندازی این ماژول بسیار ساده است و تنها چند مرحله نیاز دارد:
- تنظیم ولتاژ تغذیه:
با توجه به نوع میکروکنترلر، جامپر VCC_SEL را روی ۳٫۳ ولت یا ۵ ولت قرار دهید. - اتصال سیمها:
پین AO را به ورودی آنالوگ میکروکنترلر، و پینهای GND و VCC را مطابق ولتاژ تغذیه متصل کنید. - اتصال پراب رسانایی:
پراب BNC را به کانکتور ماژول وصل کنید و در محلول مورد نظر فرو ببرید. - کالیبراسیون:
از محلولهای استاندارد (مانند ۱۲۸۸ µS/cm یا ۵۰۰۰ µS/cm) برای تنظیم ضرایب تبدیل ولتاژ به رسانایی استفاده کنید. - خواندن داده:
در نرمافزار میکروکنترلر، مقدار ولتاژ خروجی را بخوانید و با استفاده از فرمولهای تجربی مقدار EC را محاسبه نمایید.
اتصال به GebraBit STM32F303
به دلیل سازگاری ترتیب پین های ماژول های GebraBit با یکدیگر (استاندارد GEBRABUS)، برای راه اندازی و دریافت دیتاهای خروجی ماژول GebraBit Conductivity Sensor با هرکدام از ماژولهای میکروکنترلری GebraBit STM32F303 ، کافیست ، ماژول GebraBit Conductivity Sensor را به راحتی به صورت Pin to Pin بر روی ماژول GebraBit STM32F303 قرار داده و با دادن ولتاژ مناسب ماژول را راه اندازی کنید. در اینجا برای درک بهتر اتصال جداگانه دو ماژول نشان داده شده است.
اتصال به GebraBit ATMEGA32A
به دلیل سازگاری ترتیب پین های ماژول های GebraBit با یکدیگر (استاندارد GEBRABUS)، برای راه اندازی و دریافت دیتاهای خروجی ماژول GebraBit Conductivity Sensor با هرکدام از ماژولهای میکروکنترلری GebraBit ATMEGA32A ، کافیست ، ماژول GebraBit Conductivity Sensor را به راحتی به صورت Pin to Pin بر روی ماژول GebraBit ATMEGA32A قرار داده و با دادن ولتاژ مناسب ماژول را راه اندازی کنید. در اینجا برای درک بهتر اتصال جداگانه دو ماژول نشان داده شده است.
توجه: در صورت استفاده از ماژولهای میکروکنترلری GebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورVCC SEL ماژول GebraBit Conductivity sensorروی “3V3” باشد تا راحت تر بتوانید با گرفتن ولتاژ”3V3” از ماژول میکروکنترلری، ماژول مورد نظر را استفاده کنید.
اتصال به ARDUINO UNO
برای اتصال ماژول GebraBit Conductivity Sensor به ARDUINO UNO مراحل زیر را دنبال کنید:
- پین “5V” ماژول GebraBit Conductivity Sensor را به پین “5V” خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین “GND” ماژول GebraBit Conductivity Sensor را به پین “GND” برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
- پین “AO” ماژول GebraBit Conductivity Sensor را به یکی از پینهای آنالوگ برد (مثلا A0) ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم نارنجی)
نحوه اتصال موارد ذکر شده در بالا،در این تصویر مشاهده می شود:
کاربردها
ماژول GebraBit Conductivity Sensor کاربردهای بسیار گستردهای دارد، از پروژههای آموزشی گرفته تا سیستمهای صنعتی:
- پایش کیفیت آب: سنجش خلوص آب آشامیدنی، آب مقطر یا آب صنعتی.
- هیدروپونیک و کشاورزی هوشمند: اندازهگیری غلظت مواد مغذی در آب تغذیه گیاهان.
- صنایع غذایی و نوشیدنی: کنترل کیفیت آب و مواد اولیه مایع.
- آزمایشگاههای دانشگاهی: بررسی اثرات دما، غلظت و ترکیب شیمیایی بر رسانایی محلولها.
- سیستمهای صنعتی: نظارت بر فرآیندهای شیمیایی و کنترل الکترولیتها.
- پروژههای IoT: اتصال به ماژولهای ارتباطی برای ارسال داده به سرور یا داشبورد اینترنتی.
آکواریومها و استخرها: بررسی سلامت و تعادل یونی آب.
مزیتهای برند GebraBit
برند GebraBit طی سالهای اخیر بهعنوان یکی از تولیدکنندگان نوآور در زمینهی ماژولهای سنسور و توسعهی الکترونیکی شناخته شده است. فلسفهی طراحی محصولات این برند بر سه اصل استوار است: سادگی در استفاده، دقت فنی بالا، و سازگاری کامل با سیستمهای توسعهای موجود.
ویژگیهای متمایز در این محصول شامل موارد زیر است:
- کیفیت ساخت ممتاز: استفاده از PCB دولایه با کیفیت بالا و اتصالات مقاوم در برابر اکسیداسیون.
- سازگاری جهانی: قابل استفاده با اکثر میکروکنترلرها و بردهای توسعه.
- استاندارد GEBRABUS: ساختار پینبندی یکسان برای ارتباط ماژولها.
- پشتیبانی فنی و مستندات کامل: دیتاشیت، راهنمای کاربر و کدهای نمونه برای Arduino و STM32.
- طراحی بومی با پشتیبانی فارسی: پشتیبانی مستقیم و قابلاعتماد برای کاربران داخلی.
- هماهنگی با سایر محصولات GebraBit: مانند ماژول pH، TDS، و ORP برای پایش جامع کیفیت آب.
نکات نگهداری و ایمنی
برای حفظ دقت و طول عمر سنسور، رعایت چند نکته ضروری است:
- الکترود را پس از هر استفاده با آب مقطر شستشو دهید تا باقیماندهی نمکها حذف شود.
- پراب را در محلول نگهداری مناسب (معمولاً KCl) قرار دهید تا خشک نشود.
- از ضربه یا فشار مکانیکی بر روی الکترود شیشهای پرهیز کنید.
- در محیطهای مرطوب، برد را داخل باکس محافظ نصب کنید.
- در پروژههای طولانیمدت، بهصورت دورهای کالیبراسیون انجام دهید.
مقایسه با محصولات مشابه
در مقایسه با ماژولهای متداول بازار، GebraBit Conductivity Sensor چند مزیت مشخص دارد:
| ویژگی | GebraBit Conductivity Sensor | سایر برندها |
| تغذیه قابل انتخاب | ✅ دارد (۳٫۳ یا ۵ ولت) | ❌ معمولاً ثابت |
| طراحی صنعتی GEBRABUS | ✅ بله | ❌ خیر |
| LED وضعیت تغذیه | ✅ دارد | ❌ ندارد |
| مستندات فارسی | ✅ کامل | ❌ ناقص یا فقط انگلیسی |
| کیفیت ساخت | ممتاز (PCB دولایه) | متوسط |
| قابلیت ترکیب با سنسورهای دیگر GebraBit | ✅ بله | محدود |
ارتباط با سایر ماژولهای GebraBit
این محصول بهطور ویژه برای کار در کنار سایر ماژولهای سنجش کیفیت آب GebraBit طراحی شده است. به عنوان مثال:
- GebraBit pH Sensor: برای اندازهگیری اسیدیته محلول.
- GebraBit TDS Sensor: برای سنجش مواد جامد محلول (Total Dissolved Solids).
- GebraBit ORP Sensor: برای سنجش پتانسیل اکسایش و کاهش محلول.
ترکیب این چهار ماژول، یک سامانهی کامل پایش کیفیت آب (Water Quality Monitoring System) را فراهم میکند که میتواند در پروژههای صنعتی، آکواریومها، گلخانههای هوشمند یا سامانههای تصفیه مورد استفاده قرار گیرد.