- Požadované komponenty
- Čo je hodnota pH?
- Ako funguje gravitačný analógový senzor pH?
- Schéma zapojenia pH merača Arduino
- Programovanie Arduina pre pH meter
- Kalibrácia pH elektródy
- Testovanie Arduino pH testeru
Stupnica pH sa používa na meranie kyslosti a zásaditosti kvapaliny. Môže mať hodnoty od 1 do 14, kde 1 ukazuje najkyslejšiu kvapalinu a 14 ukazuje najzákladnejšiu kvapalinu. 7 pH je pre neutrálne látky, ktoré nie sú ani kyslé, ani zásadité. Teraz hrá pH v našich životoch veľmi dôležitú úlohu a používa sa v rôznych aplikáciách. Môže sa napríklad použiť v bazéne na kontrolu kvality vody. Meranie pH sa podobne používa v najrôznejších aplikáciách, ako je poľnohospodárstvo, čistenie odpadových vôd, priemysel, monitorovanie životného prostredia atď.
V tomto projekte pripravíme Arduino pH meter a naučíme sa merať pH tekutého roztoku pomocou gravitačného pH senzora a Arduina. Na zobrazenie hodnoty pH na obrazovke sa používa 16x2 LCD. Naučíme sa tiež, ako kalibrovať senzor pH, aby sme určili presnosť senzora. Tak poďme na to!
Požadované komponenty
- Arduino Uno
- 16 * 2 alfanumerický LCD
- Modul I2C pre LCD
- Gravitačný analógový pH senzor
- Pripojovacie vodiče
- Nepál
Čo je hodnota pH?
Jednotka, ktorú používame na meranie kyslosti látky, sa nazýva pH . Pojem „H“ je definovaný ako záporný logaritmus koncentrácie vodíkových iónov. Rozsah pH môže mať hodnoty od 0 do 14. Hodnota pH 7 je neutrálna, pretože čistá voda má hodnotu pH presne 7. Hodnoty nižšie ako 7 sú kyslé a hodnoty väčšie ako 7 zásadité alebo zásadité.
Ako funguje gravitačný analógový senzor pH?
Analógový snímač pH je navrhnutý na meranie hodnoty pH roztoku a na preukázanie kyslosti alebo zásaditosti látky. Bežne sa používa v rôznych aplikáciách, ako je poľnohospodárstvo, čistenie odpadových vôd, priemysel, monitorovanie životného prostredia atď. Modul má zabudovaný čip regulátora napätia, ktorý podporuje široké napájacie napätie 3,3-5,5V DC, ktoré je kompatibilné s 5V a 3,3 V ľubovoľnej riadiacej dosky, ako je Arduino. Výstupný signál je filtrovaný hardvérovým nízkym chvením.
Technické vlastnosti:
Modul premeny signálu:
- Napájacie napätie: 3,3 ~ 5,5 V.
- Konektor sondy BNC
- Vysoká presnosť: ± 0,1 @ 25 ° C
- Rozsah detekcie: 0 ~ 14
PH elektróda:
- Rozsah prevádzkových teplôt: 5 ~ 60 ° C
- Nulový (neutrálny) bod: 7 ± 0,5
- Ľahká kalibrácia
- Vnútorný odpor: <250 MΩ
Doska na premenu signálu pH:
Popis kolíka:
V +: 5V DC vstup
G: Uzemňovací kolík
Po: pH analógový výstup
Robte: výstup 3,3 V DC
Do: Výstup teploty
Konštrukcia pH elektródy:
Konštrukcia senzora pH je uvedená vyššie. Senzora pH vyzerá ako tyč zvyčajne zhotovená zo skla materiálu, ktorý má špičku s názvom "Glass membrána". Táto membrána je naplnená tlmivým roztokom so známym pH (zvyčajne pH = 7). Táto konštrukcia elektródy zaisťuje prostredie s konštantným viazaním iónov H + na vnútornej strane sklenenej membrány. Keď sa sonda ponorí do testovaného roztoku, vodíkové ióny v testovacom roztoku sa začnú vymieňať s inými kladne nabitými iónmi na sklenenej membráne, čo vytvára elektrochemický potenciál cez membránu, ktorá sa privádza do modulu elektronického zosilňovača, ktorý meria potenciál medzi obidvoma elektródami a prevádza ich na jednotky pH. Rozdiel medzi týmito potenciálmi určuje hodnotu pH na základe Nernstovej rovnice.
Nernstova rovnica:
Nernstova rovnica dáva vzťah medzi bunkovým potenciálom elektrochemického článku, teplotou, reakčným kvocientom a štandardným bunkovým potenciálom. V neštandardných podmienkach sa na výpočet bunkových potenciálov v elektrochemickom článku používa Nernstova rovnica. Nernstovu rovnicu možno tiež použiť na výpočet celkovej elektromotorickej sily (EMF) pre celý elektrochemický článok. Táto rovnica sa používa aj na výpočet hodnoty PH roztoku. Odozvu sklenenej elektródy riadi Nernstova rovnica, ktorú môžeme určiť ako:
E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q kde Q = reakčný koeficient E = výstup mV z elektródy E0 = nulová odchýlka pre elektródu R = konštanta ideálneho plynu = 8,314 J / mol-K T = teplota v ºK F = Faradayova konštanta = 95 484,56 C / mol N = iónový náboj
Schéma zapojenia pH merača Arduino
Schéma zapojenia tohto projektu pH metra Arduino je uvedená nižšie:
Pripojenie dosky na premenu signálu pH s Arduino:
Spojenie medzi doskou na konverziu signálu Arduino a PH je uvedené v nasledujúcej tabuľke.
Arduino |
Doska snímača PH |
5V |
V + |
GND |
G |
A0 |
Po |
Programovanie Arduina pre pH meter
Po úspešnom hardvérovom pripojení je teraz čas na programovanie Arduina. Celý kód tohto pH metra s Arduinom je uvedený v spodnej časti tohto tutoriálu. Postupné vysvetlenie projektu je uvedené nižšie.
Prvá vec, ktorú musíte v programe urobiť, je zahrnúť všetky požadované knižnice. Tu v mojom prípade som zahrnul knižnicu „ LiquidCrystal_I2C.h“ na používanie I2C rozhrania LCD displeja a „ Wire.h “ na používanie I2C funkčnosti na Arduine.
#include
Ďalej je definovaná kalibračná hodnota, ktorú je možné podľa potreby upraviť, aby sa získala presná hodnota pH roztokov. (Toto je vysvetlené ďalej v článku)
float kalibračná_hodnota = 21,34;
Vo vnútri setup () sú písané príkazy LCD pre zobrazenie uvítacej správy na LCD.
lcd.init (); lcd.začiatok (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print („Vitajte na“); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Prehľad okruhov"); meškanie (2000); lcd.clear ();
Vo vnútri loop () si prečítajte 10 vzorových analógových hodnôt a uložte ich do poľa. Toto je potrebné na vyrovnanie výstupnej hodnoty.
pre (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); oneskorenie (30); }
Potom zoraďte prijaté analógové hodnoty vzostupne. Je to potrebné, pretože v neskoršej fáze musíme vypočítať kĺzavý priemer vzoriek.
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 = teplota; }}}
Nakoniec vypočítajte priemer 6 stredových vzoriek analógových hodnôt. Potom sa táto priemerná hodnota prevedie na skutočnú hodnotu pH a vytlačí sa na LCD displej.
pre (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5,0 / 1024/6; float ph_act = -5,70 * volt + kalibračná_hodnota; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); oneskorenie (1 000); }
Kalibrácia pH elektródy
Kalibrácia PH elektródy je v tomto projekte veľmi dôležitá. Na to potrebujeme riešenie, ktorého hodnota je nám známa. Toto je možné považovať za referenčné riešenie pre kalibráciu snímača.
Predpokladajme, že máme riešenie, ktorého hodnota PH je 7 (destilovaná voda). Teraz, keď je elektróda ponorená do referenčného roztoku a hodnota pH zobrazená na LCD je 6,5. Pre jeho kalibráciu stačí pridať 7-6,5 = 0,5 do kalibračnej premennej „ kalibračná_hodnota“ v kóde. tj urobte hodnotu 21,34 + 0,5 = 21,84 . Po vykonaní týchto zmien znova nahrajte kód do Arduina a znova skontrolujte pH ponorením elektródy do referenčného roztoku. Teraz by mal LCD ukazovať správnu hodnotu pH, tj 7 (malé odchýlky sú značné) . Podobne upravte túto premennú na kalibráciu snímača. Potom skontrolujte všetky ďalšie riešenia, aby ste dosiahli presný výstup.
Testovanie Arduino pH testeru
Vyskúšali sme tento pH meter Arduino ponorením do čistej vody a citrónovej vody, výsledok vidíte nižšie.
Čistá voda:
Citrónová voda:
Takto môžeme zostaviť senzor pH pomocou Arduina a pomocou neho skontrolovať hladinu pH rôznych tekutín.
Kompletný kód a ukážkové video sú uvedené nižšie.