- Szükséges alkatrészek
- Mi a pH-érték?
- Hogyan működik a gravitációs analóg pH-érzékelő?
- Arduino pH-mérő áramkör diagram
- Arduino programozása pH-mérőhöz
- A pH-elektróda kalibrálása
- Az Arduino pH-tesztelő tesztelése
A pH-skálát a folyadék savasságának és lúgosságának mérésére használják. Olvasási értékei 1 és 14 között változhatnak, ahol az 1 a legsavasabb, a 14 pedig a legalaposabb folyadékot mutatja. 7 A pH semleges, sem savas, sem lúgos anyagokra vonatkozik. A pH-nak most nagyon fontos szerepe van az életünkben, és különféle alkalmazásokban használják. Például egy uszodában használható a víz minőségének ellenőrzésére. Hasonlóképpen, a pH-mérést sokféle alkalmazásban használják, például mezőgazdaságban, szennyvízkezelésben, iparban, környezeti monitoringban stb.
Ebben a projektben készítünk egy Arduino pH-mérőt, és megtanuljuk, hogyan kell mérni egy folyékony oldat pH-ját gravitációs pH-érzékelő és Arduino segítségével. Egy 16x2-es LCD-t használnak a pH-érték megjelenítésére a képernyőn. Megtanuljuk azt is, hogyan kell kalibrálni a pH-érzékelőt az érzékelő pontosságának meghatározásához. Tehát kezdjük!
Szükséges alkatrészek
- Arduino Uno
- 16 * 2 alfanumerikus LCD
- I2C modul LCD-hez
- Gravitációs analóg pH-érzékelő
- Csatlakozó vezetékek
- Kenyérlemez
Mi a pH-érték?
Az egységet, amelyet egy anyag savasságának mérésére használunk, pH- nak nevezzük . A „H” kifejezést a hidrogénion-koncentráció negatív logikájaként definiáljuk. A pH-tartomány értéke 0 és 14 között lehet. A 7-es pH-érték semleges, mivel a tiszta víz pH-értéke pontosan 7. A 7-nél alacsonyabb értékek savasak, a 7-nél nagyobbak pedig lúgosak vagy lúgosak.
Hogyan működik a gravitációs analóg pH-érzékelő?
Az analóg pH-érzékelőt az oldat pH-értékének mérésére és az anyag savasságának vagy lúgosságának kimutatására tervezték. Általában különböző alkalmazásokban használják, például mezőgazdaságban, szennyvízkezelésben, iparban, környezeti monitorozásban stb. 3,3 V bármilyen vezérlőpanel, például Arduino. A kimeneti jelet hardver alacsony jitter szűréssel szűrjük.
Műszaki jellemzők:
Jelátalakító modul:
- Tápfeszültség: 3,3 ~ 5,5 V
- BNC szonda csatlakozó
- Nagy pontosság: ± 0,1 @ 25 ° C
- Érzékelési tartomány: 0 ~ 14
PH elektróda:
- Működési hőmérséklet tartomány: 5 ~ 60 ° C
- Nulla (semleges) pont: 7 ± 0,5
- Könnyű kalibrálás
- Belső ellenállás: <250MΩ
pH jel átalakító tábla:
PIN leírás:
V +: 5 V DC bemenet
G: Földelt csap
Po: pH analóg kimenet
Tegye: 3,3 V DC kimenet
Címzett: Hőmérséklet kimenet
pH-elektróda felépítése:
A pH-érzékelő felépítése fent látható. A pH-érzékelő úgy néz ki, mint egy rúd, amely általában üveganyagból készül, amelynek csúcsa „üvegmembrán”. Ezt a membránt ismert pufferoldattal (tipikusan pH = 7) töltjük meg. Ez az elektróda kialakítás biztosítja a H + -ionok állandó megkötését az üvegmembrán belsejében. Amikor a szondát a vizsgálandó oldatba mártják, a tesztoldatban lévő hidrogénionok cserélődni kezdenek az üvegmembrán más pozitív töltésű ionjaival, ami elektrokémiai potenciált hoz létre a membránon, amelyet az elektronikus erősítő modulba táplálnak, amely méri a potenciált mindkét elektróda között és pH-egységekké alakítja. Ezen potenciálok közötti különbség a Nernst-egyenlet alapján határozza meg a pH-értéket.
Nernst-egyenlet:
A Nernst-egyenlet összefüggést ad az elektrokémiai cella sejtpotenciálja, a hőmérséklet, a reakció hányadosa és a standard sejtpotenciál között. Nem szabványos körülmények között a Nernst-egyenletet használják az elektrokémiai cellában lévő sejtpotenciálok kiszámítására. A Nernst-egyenlet felhasználható egy teljes elektrokémiai cella teljes elektromotoros erejének (EMF) kiszámítására is. Ezt az egyenletet használják egy megoldás PH-értékének kiszámítására is. Az üvegelektróda válaszát a Nernst-egyenlet szabályozza:
E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q ahol Q = reakcióegyüttható E = mV kimenet az elektródtól E0 = nulla eltolás az elektródhoz R = ideális gázállandó = 8,314 J / mol-K T = hőmérséklet ºK F = Faraday-állandó = 95 484,56 C / mol N = ionos töltés
Arduino pH-mérő áramkör diagram
Az alábbi Arduino pH-mérő projekt kapcsolási rajza:
A pH jelátalakító tábla összekapcsolása az Arduinóval:
Az Arduino és a PH jelátalakító kártya közötti kapcsolatot az alábbi táblázat mutatja.
|
Arduino |
PH érzékelő tábla |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
Arduino programozása pH-mérőhöz
A sikeres hardverkapcsolatok után itt az ideje az Arduino programozásának. A pH-mérő teljes kódját az Arduino alkalmazással a bemutató alján találja meg. A projekt lépésenkénti magyarázatát az alábbiakban adjuk meg.
Az első tennivaló a programban az összes szükséges könyvtár felvétele. Itt az én esetemben felvettem a „ LiquidCrystal_I2C.h” könyvtárat az LCD-kijelző I2C felületének használatához, és a „ Wire.h ” könyvtárat az I2C funkcionalitás Arduino-n történő használatához.
#include
Ezután meghatározzuk a kalibrációs értéket, amely szükség szerint módosítható az oldatok pontos pH-értékének megszerzéséhez. (Ezt a cikk később részletezi)
úszó kalibrációs_érték = 21,34;
A telepítésen belül () az LCD parancsokat írják az üdvözlő üzenet LCD-n való megjelenítésére.
lcd.init (); lcdbegin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Welcome to"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); késés (2000); lcd.clear ();
Az Inside loop () segítségével olvassa el a 10 analóg minta értékét, és tárolja azokat egy tömbben. Erre a kimeneti érték simításához van szükség.
for (int i = 0; i <10; i ++) {puffer_arr = analógRead (A0); késés (30); }
Ezután rendezze a kapott analóg értékeket növekvő sorrendben. Erre azért van szükség, mert a későbbi szakaszban ki kell számolnunk a minták futási átlagát.
for (int i = 0; i <9; i ++) {for (int j = i + 1; j <10; j ++) {if (buffer_arr> buffer_arr) {temp = puffer_arr; puffer_arr = puffer_arr; puffer_arr = hőmérséklet; }}}
Végül számítsa ki a 6 középső minta analóg értékének átlagát. Ezután ezt az átlagértéket tényleges pH-értékre konvertáljuk és egy LCD-kijelzőre nyomtatjuk.
for (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = puffer_arr; float volt = (float) avgval * 5,0 / 1024/6; float ph_act = -5,70 * volt + kalibrációs_érték; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); késés (1000); }
A pH-elektróda kalibrálása
A projekt során nagyon fontos a PH elektróda kalibrálása. Ehhez olyan megoldásra van szükségünk, amelynek értéke ismert számunkra. Ez tekinthető referencia megoldásnak az érzékelő kalibrálásához.
Tegyük fel, hogy van olyan megoldásunk, amelynek PH értéke 7 (desztillált víz). Most, amikor az elektródát a referenciaoldatba mártjuk, és az LCD-n látható PH érték 6,5. Ezután a kalibráláshoz csak adjon 7-6,5 = 0,5 értéket a kód „ kalibrációs_érték” kalibrációs változójába. azaz adja meg az értéket 21,34 + 0,5 = 21,84 . Miután elvégezte ezeket a módosításokat, töltse fel újra a kódot az Arduino-ba, és ellenőrizze a pH-értéket az elektróda bemerítésével a referenciaoldatba. Most az LCD-nek a helyes pH-értéket kell mutatnia, azaz 7-et (Kevés a változás) . Hasonlóképpen állítsa be ezt a változót az érzékelő kalibrálásához. Ezután ellenőrizze az összes többi megoldást a pontos kimenet megszerzéséhez.
Az Arduino pH-tesztelő tesztelése
Kipróbáltuk ezt az Arduino pH-mérőt úgy, hogy tiszta vízbe és citromvízbe mártottuk, az eredményt alább láthatja.
Tiszta víz:
Citromos víz:
Így építhetünk pH-érzékelőt az Arduino segítségével, és felhasználhatjuk különböző folyadékok pH-szintjének ellenőrzésére.
A teljes kód és a bemutató videó az alábbiakban található.