- Zahtevane komponente
- Kaj je pH vrednost?
- Kako deluje gravitacijski analogni pH senzor?
- Shema vezja Arduino pH
- Programiranje Arduina za merilnik pH
- Umerjanje pH elektrode
- Testiranje Arduino pH testerja
Lestvica pH se uporablja za merjenje kislosti in bazičnosti tekočine. Odčitki se lahko gibljejo od 1 do 14, kjer 1 prikazuje najbolj kislo tekočino, 14 pa najosnovnejšo tekočino. 7 pH je za nevtralne snovi, ki niso niti kisle niti bazične. Zdaj ima pH zelo pomembno vlogo v našem življenju in se uporablja v različnih aplikacijah. Na primer, v bazenu se lahko uporablja za preverjanje kakovosti vode. Podobno se merjenje pH uporablja v najrazličnejših aplikacijah, kot so kmetijstvo, čiščenje odpadnih voda, industrija, spremljanje okolja itd.
V tem projektu bomo izdelali merilnik pH vrednosti Arduino in se naučili meriti pH tekoče raztopine s pomočjo gravitacijskega pH senzorja in Arduina. Za prikaz vrednosti pH na zaslonu se uporablja LCD 16x2. Naučili se bomo tudi, kako umeriti senzor pH, da določimo natančnost senzorja. Začnimo torej!
Zahtevane komponente
- Arduino Uno
- 16 * 2 alfanumerični LCD
- I2C modul za LCD
- Gravitacijski analogni senzor pH
- Priključne žice
- Breadboard
Kaj je pH vrednost?
Enota, s katero merimo kislost snovi, se imenuje pH . Izraz "H" je opredeljen kot negativni log koncentracije vodikovih ionov. Območje pH ima lahko vrednosti od 0 do 14. Vrednost pH 7 je nevtralna, saj ima čista voda pH vrednost točno 7. Vrednosti, nižje od 7, so kisle in vrednosti, večje od 7, so bazične ali alkalne.
Kako deluje gravitacijski analogni pH senzor?
Analogni pH senzor je zasnovan za merjenje pH vrednosti raztopine in prikaz kislosti ali alkalnosti snovi. Običajno se uporablja v različnih aplikacijah, kot so kmetijstvo, čiščenje odpadnih voda, industrija, spremljanje okolja itd. Modul ima vgrajen čip regulatorja napetosti, ki podpira široko napetost 3,3-5,5V DC, ki je združljiv s 5V in 3,3 V katere koli nadzorne plošče, kot je Arduino. Izhodni signal filtrira strojno nizko tresenje.
Tehnične lastnosti:
Modul za pretvorbo signala:
- Napajalna napetost: 3,3 ~ 5,5V
- BNC priključek sonde
- Visoka natančnost: ± 0,1 @ 25 ° C
- Območje zaznavanja: 0 ~ 14
PH elektroda:
- Območje delovne temperature: 5 ~ 60 ° C
- Ničelna (nevtralna) točka: 7 ± 0,5
- Enostavna kalibracija
- Notranji upor: <250MΩ
Odbor za pretvorbo signala pH:
Opis zatiča:
V +: 5V DC vhod
G: Ozemljitveni zatič
Po: pH analogni izhod
Naredite: 3.3V DC izhod
Do: Izhodna temperatura
Konstrukcija pH elektrode:
Konstrukcija senzorja pH je prikazana zgoraj. PH senzor Izgleda da palice običajno izdelani iz stekla materiala, ki ima konico imenovano "steklena membrana." Ta membrana je napolnjena z pufersko raztopino znanega pH (običajno pH = 7). Ta zasnova elektrode zagotavlja okolje s stalno vezavo ionov H + na notranji strani steklene membrane. Ko se sonda potopi v raztopino, ki jo je treba preskusiti, se vodikovi ioni v preskusni raztopini začnejo izmenjevati z drugimi pozitivno nabitimi ioni na stekleni membrani, kar ustvari elektrokemični potencial čez membrano, ki se napaja v modul elektronskega ojačevalnika, ki meri potencial. med obema elektrodama in ga pretvori v pH enote. Razlika med temi potenciali določa vrednost pH na podlagi Nernstove enačbe.
Nernstova enačba:
Nernstova enačba daje razmerje med celičnim potencialom elektrokemijske celice, temperaturo, količnikom reakcije in standardnim celičnim potencialom. V nestandardnih pogojih se za izračun celičnih potencialov v elektrokemični celici uporablja Nernstova enačba. Nernstovo enačbo lahko uporabimo tudi za izračun celotne elektromotorne sile (EMF) za polno elektrokemijsko celico. Ta enačba se uporablja tudi za izračun vrednosti PH raztopine. Odziv steklene elektrode ureja Nernstova enačba in je lahko podan kot:
E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q Kjer je Q = reakcijski koeficient E = mV izhod iz elektrode E0 = ničelni odmik elektrode R = idealna plinska konstanta = 8,314 J / mol-K T = temperatura v ºK F = Faradayeva konstanta = 95.484,56 C / mol N = ionski naboj
Shema vezja Arduino pH
Shema vezja za ta projekt pH-merilnika Arduino je podana spodaj:
Povezava plošče za pretvorbo signala pH z Arduino:
Povezava med Arduino in ploščo za pretvorbo signala PH je prikazana v spodnji tabeli.
Arduino |
Ploča senzorja PH |
5V |
V + |
GND |
G |
A0 |
Po |
Programiranje Arduina za merilnik pH
Po uspešnih povezavah s strojno opremo je zdaj čas za programiranje Arduina. Popolna koda za ta pH-meter z Arduinom je navedena v spodnjem delu te vadnice. Postopna razlaga projekta je podana spodaj.
V program najprej vključite vse potrebne knjižnice. Tu sem v svoj primer vključil knjižnico “ LiquidCrystal_I2C.h” za uporabo vmesnika I2C LCD zaslona in “ Wire.h ” za uporabo I2C funkcionalnosti na Arduinu .
#include
Nato se določi kalibracijska vrednost, ki jo je mogoče po potrebi spremeniti, da dobimo natančno pH vrednost raztopin. (To je razloženo v nadaljevanju članka)
float calibration_value = 21,34;
Znotraj nastavitve () so LCD-ukazi napisani za prikaz pozdravnega sporočila na LCD-ju.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd. backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Dobrodošli v"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); zamuda (2000); lcd.clear ();
Znotraj zanke () preberite 10 vzorčnih analognih vrednosti in jih shranite v matriko. To je potrebno za glajenje izhodne vrednosti.
for (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); zamuda (30); }
Nato razvrstite analogne vrednosti, prejete v naraščajočem vrstnem redu. To je potrebno, ker moramo v poznejši fazi izračunati tekoče povprečje vzorcev.
for (int i = 0; i <9; i ++) {for (int j = i + 1; j <10; j ++) {if (buffer_arr> buffer_arr) {temp = buffer_arr; buffer_arr = buffer_arr; buffer_arr = temp; }}}
Na koncu izračunamo povprečje 6 sredinskih vzorčnih vrednosti Analog. Nato se ta povprečna vrednost pretvori v dejansko vrednost pH in natisne na LCD zaslon.
za (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5,0 / 1024/6; float ph_act = -5.70 * volt + kalibracijska_vrednost; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); zamuda (1000); }
Umerjanje pH elektrode
Kalibracija PH elektrode je pri tem projektu zelo pomembna. Za to moramo imeti rešitev, katere vrednost nam je znana. To lahko razumemo kot referenčno rešitev za kalibracijo senzorja.
Recimo, da imamo rešitev, katere vrednost PH je 7 (destilirana voda). Zdaj, ko je elektroda potopljena v referenčno raztopino in je vrednost PH, prikazana na LCD-zaslonu, 6,5. Nato ga kalibrirajte, samo dodajte 7-6,5 = 0,5 v umeritveno spremenljivko “ calibration_value” v kodo. to je vrednost 21,34 + 0,5 = 21,84 . Po teh spremembah znova naložite kodo v Arduino in znova preverite pH, tako da potopite elektrodo v referenčno raztopino. Zdaj naj LCD prikaže pravilno vrednost pH, tj. 7 (majhne razlike so precejšnje) . Podobno prilagodite to spremenljivko za umerjanje senzorja. Nato poiščite vse druge rešitve, da dobite natančen izhod.
Testiranje Arduino pH testerja
Ta Arduino pH-meter smo preizkusili tako, da smo ga potopili v čisto vodo in limonino vodo, rezultat lahko vidite spodaj.
Čista voda:
Limonska voda:
Tako lahko z uporabo Arduina zgradimo pH-senzor in z njim preverjamo pH-vrednost različnih tekočin.
Celotna koda in predstavitveni video so navedeni spodaj.