- Componente necesare
- Ce este valoarea pH-ului?
- Cum funcționează senzorul de gravitate analogic pH?
- Diagrama circuitului contorului pH-ului Arduino
- Programarea Arduino pentru pH-metru
- Calibrarea electrodului de pH
- Testarea Arduino pH Tester
Scara pH-ului este utilizată pentru a măsura aciditatea și basicitatea unui lichid. Poate avea citiri cuprinse între 1-14, unde 1 prezintă cel mai acid lichid și 14 prezintă cel mai bazic lichid. 7 pH-ul este pentru substanțele neutre care nu sunt nici acide, nici bazice. Acum, pH-ul joacă un rol foarte important în viața noastră și este utilizat în diferite aplicații. De exemplu, poate fi folosit într-o piscină pentru a verifica calitatea apei. În mod similar, măsurarea pH-ului este utilizată într-o mare varietate de aplicații, cum ar fi agricultura, tratarea apelor uzate, industrii, monitorizarea mediului etc.
În acest proiect, vom face un Arduino pH Meter și vom învăța cum să măsurăm pH-ul unei soluții lichide folosind un senzor de gravitație și Arduino. Un ecran LCD de 16x2 este utilizat pentru a arăta valoarea pH-ului pe ecran. De asemenea, vom învăța cum să calibrăm senzorul de pH pentru a determina acuratețea senzorului. Deci sa începem!
Componente necesare
- Arduino Uno
- 16 * 2 LCD alfanumeric
- Modul I2C pentru LCD
- Senzor analogic de gravitate pentru pH
- Conectarea firelor
- Breadboard
Ce este valoarea pH-ului?
Unitatea pe care o folosim pentru a măsura aciditatea unei substanțe se numește pH . Termenul „H” este definit ca jurnalul negativ al concentrației ionilor de hidrogen. Intervalul de pH poate avea valori de la 0 la 14. O valoare de pH de 7 este neutră, deoarece apa pură are o valoare de pH de exact 7. Valorile mai mici de 7 sunt acide și valorile mai mari de 7 sunt bazice sau alcaline.
Cum funcționează senzorul de gravitate analogic pH?
Senzorul analogic de pH este conceput pentru a măsura valoarea pH-ului unei soluții și pentru a arăta aciditatea sau alcalinitatea substanței. Este utilizat în mod obișnuit în diverse aplicații, cum ar fi agricultura, tratarea apelor uzate, industrii, monitorizarea mediului, etc. 3,3V al oricărei plăci de control precum Arduino. Semnalul de ieșire este filtrat de jitter hardware scăzut.
Caracteristici tehnice:
Modulul de conversie a semnalului:
- Tensiunea de alimentare: 3.3 ~ 5.5V
- Conector BNC Probe
- Precizie ridicată: ± 0,1@25°C
- Gama de detectare: 0 ~ 14
Electrod PH:
- Gama de temperatură de funcționare: 5 ~ 60 ° C
- Punct zero (neutru): 7 ± 0,5
- Calibrare ușoară
- Rezistență internă: <250MΩ
Placă de conversie a semnalului pH:
Descrierea pinului:
V +: intrare 5V DC
G: Știft de împământare
Po: ieșire analogică pH
Faceți: ieșire de 3.3V DC
Către: Temperatura de ieșire
Construcția electrodului pH:
Construcția unui senzor de pH este prezentată mai sus. Senzorul pH arata ca o baghetă de obicei, realizat dintr - un material de sticlă având un vârf numit „membrană de sticlă“. Această membrană este umplută cu o soluție tampon cu pH cunoscut (de obicei pH = 7). Acest design de electrod asigură un mediu cu legarea constantă a ionilor H + pe interiorul membranei de sticlă. Când sonda este cufundată în soluția de testat, ionii de hidrogen din soluția de testare încep schimbul cu alți ioni încărcați pozitiv de pe membrana de sticlă, ceea ce creează un potențial electrochimic prin membrană care este alimentat către modulul amplificator electronic care măsoară potențialul între ambii electrozi și îl convertește în unități de pH. Diferența dintre aceste potențiale determină valoarea pH-ului pe baza ecuației Nernst.
Ecuația Nernst:
Ecuația Nernst oferă o relație între potențialul celulei unei celule electrochimice, temperatura, coeficientul de reacție și potențialul celulei standard. În condiții non-standard, ecuația Nernst este utilizată pentru a calcula potențialul celulei într-o celulă electrochimică. Ecuația Nernst poate fi, de asemenea, utilizată pentru a calcula forța electromotivă totală (EMF) pentru o celulă electrochimică completă. Această ecuație este utilizată și pentru a calcula valoarea PH a unei soluții. Răspunsul electrodului de sticlă este guvernat de ecuația Nernst care poate fi dată astfel:
E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q Unde Q = Coeficient de reacție E = mV ieșire din electrod E0 = Zero compensat pentru electrod R = Constanta de gaz ideal = 8,314 J / mol-K T = Temperatura în ºK F = Constanta Faraday = 95.484,56 C / mol N = Încărcare ionică
Diagrama circuitului contorului pH-ului Arduino
Diagrama circuitului pentru acest proiect Arduino pH-metru este prezentată mai jos:
Conectarea plăcii de conversie a semnalului pH cu Arduino:
Conexiunea dintre placa de conversie a semnalului Arduino și PH este prezentată în tabelul de mai jos.
|
Arduino |
Placă senzor PH |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
Programarea Arduino pentru pH-metru
După conexiuni hardware reușite, acum este timpul pentru programarea Arduino. Codul complet pentru acest pH-metru cu Arduino este dat în partea de jos a acestui tutorial. Explicația în trepte a proiectului este dată mai jos.
Primul lucru de făcut în program este să includeți toate bibliotecile necesare. Aici, în cazul meu, am inclus biblioteca „LiquidCrystal_I2C.h” pentru utilizarea interfeței I2C a unui afișaj LCD și „ Wire.h ” pentru utilizarea funcționalității I2C pe Arduino.
#include
Apoi, este definită valoarea de calibrare, care poate fi modificată după cum este necesar pentru a obține o valoare exactă a pH-ului soluțiilor. (Acest lucru este explicat mai târziu în articol)
floare calibration_value = 21,34;
În interiorul configurării (), comenzile LCD sunt scrise pentru afișarea unui mesaj de întâmpinare pe LCD.
lcd.init (); lcd.inceput (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print („Bun venit la”); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); întârziere (2000); lcd.clear ();
În bucla interioară (), citiți 10 exemple de valori analogice și stocați-le într-o matrice. Acest lucru este necesar pentru a netezi valoarea de ieșire.
for (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); întârziere (30); }
Apoi, sortați valorile analogice primite în ordine crescătoare. Acest lucru este necesar deoarece trebuie să calculăm media de rulare a eșantioanelor în etapa ulterioară.
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; }}}
În cele din urmă, calculați media unui eșantion de 6 valori analogice. Apoi, această valoare medie este convertită în valoarea reală a pH-ului și imprimată pe un ecran LCD.
for (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5.0 / 1024/6; float ph_act = -5,70 * volt + calibrare_valor; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); întârziere (1000); }
Calibrarea electrodului de pH
Calibrarea electrodului PH este foarte importantă în acest proiect. Pentru aceasta, trebuie să avem o soluție a cărei valoare să ne fie cunoscută. Aceasta poate fi luată ca soluție de referință pentru calibrarea senzorului.
Să presupunem că avem o soluție a cărei valoare PH este 7 (apă distilată). Acum, când electrodul este scufundat în soluția de referință și valoarea PH afișată pe LCD este de 6,5. Apoi pentru a-l calibra, adăugați doar 7-6,5 = 0,5 în variabila de calibrare „calibration_value” din cod. adică faceți valoarea 21,34 + 0,5 = 21,84 . După efectuarea acestor modificări, încărcați din nou codul pe Arduino și verificați din nou pH-ul prin scufundarea electrodului în soluția de referință. Acum LCD ar trebui să arate valoarea corectă a pH-ului, adică 7 (Variațiile mici sunt considerabile) . În mod similar, reglați această variabilă pentru a calibra senzorul. Apoi verificați toate celelalte soluții pentru a obține rezultatul exact.
Testarea Arduino pH Tester
Am încercat acest pH-metru Arduino scufundându-l în apă pură și apă de lămâie, puteți vedea rezultatul mai jos.
Apa pura:
Apă cu lămâie:
Acesta este modul în care putem construi un senzor de pH folosind Arduino și îl putem folosi pentru a verifica nivelul pH-ului diferitelor lichide.
Codul complet și videoclipul demonstrativ sunt prezentate mai jos.