- Potrebne komponente
- Što je pH vrijednost?
- Kako funkcionira analogni pH gravitacijski senzor?
- Kružni dijagram Arduino pH metra
- Programiranje Arduina za pH metar
- Kalibracija pH elektrode
- Ispitivanje Arduino pH ispitivača
pH skala koristi se za mjerenje kiselosti i bazičnosti tekućine. Može imati očitanja u rasponu od 1-14 gdje 1 prikazuje najkiseliju tekućinu, a 14 najosnovniju tekućinu. 7 pH je za neutralne tvari koje nisu ni kisele ni bazne. Sada pH ima vrlo važnu ulogu u našem životu i koristi se u raznim primjenama. Na primjer, može se koristiti u bazenu za provjeru kvalitete vode. Slično tome, mjerenje pH koristi se u širokom spektru primjena poput poljoprivrede, pročišćavanja otpadnih voda, industrije, praćenja okoliša itd.
U ovom ćemo projektu izraditi Arduino pH-mjerač i naučiti kako izmjeriti pH tekuće otopine pomoću gravitacijskog pH senzora i Arduina. LCD 16x2 koristi se za prikaz pH vrijednosti na zaslonu. Također ćemo naučiti kako kalibrirati pH senzor kako bismo odredili točnost senzora. Pa krenimo!
Potrebne komponente
- Arduino Uno
- 16 * 2 alfanumerički LCD
- I2C modul za LCD
- Gravitacijski analogni pH senzor
- Spajanje žica
- Breadboard
Što je pH vrijednost?
Jedinica kojom mjerimo kiselost tvari nazivamo pH . Pojam "H" definiran je kao negativni log koncentracije vodikovih iona. Raspon pH može imati vrijednosti od 0 do 14. pH vrijednost 7 je neutralna, jer čista voda ima pH vrijednost točno 7. Vrijednosti niže od 7 su kisele, a vrijednosti veće od 7 bazične ili alkalne.
Kako funkcionira analogni pH gravitacijski senzor?
Analogni pH senzor dizajniran je za mjerenje pH vrijednosti otopine i pokazivanje kiselosti ili lužnatosti tvari. Uobičajeno se koristi u raznim primjenama kao što su poljoprivreda, pročišćavanje otpadnih voda, industrija, nadzor okoliša itd. Modul ima ugrađeni čip za regulaciju napona koji podržava široko napajanje napona od 3,3-5,5 V DC, koji je kompatibilan s 5 V i 3,3 V bilo koje upravljačke ploče poput Arduina. Izlazni signal filtrira hardversko nisko podrhtavanje.
Tehničke značajke:
Modul za pretvorbu signala:
- Napon napajanja: 3,3 ~ 5,5V
- BNC priključak sonde
- Visoka preciznost: ± 0,1 @ 25 ° C
- Raspon detekcije: 0 ~ 14
PH elektroda:
- Raspon radne temperature: 5 ~ 60 ° C
- Nulta (neutralna) točka: 7 ± 0,5
- Jednostavna kalibracija
- Unutarnji otpor: <250MΩ
Odbor za pretvorbu pH signala:
Opis pribadače:
V +: 5V DC ulaz
G: Prizemni klin
Po: pH analogni izlaz
Učinite: 3.3V DC izlaz
Do: Izlaz temperature
Konstrukcija pH elektrode:
Konstrukcija pH senzora prikazana je gore. Senzor pH izgleda kao štap obično izrađena od staklenog materijala koji savjet pod nazivom „Staklo membrana”. Ova je membrana napunjena puferskom otopinom poznatog pH (obično pH = 7). Ovakav dizajn elektroda osigurava okoliš uz stalno vezivanje H + iona na unutarnjoj strani staklene membrane. Kada se sonda uroni u otopinu koja se ispituje, vodikovi ioni u ispitnoj otopini počinju se izmjenjivati s drugim pozitivno nabijenim ionima na staklenoj membrani, što stvara elektrokemijski potencijal preko membrane koji se dovodi u modul elektroničkog pojačala koji mjeri potencijal između obje elektrode i pretvara je u pH jedinice. Razlika između ovih potencijala određuje pH vrijednost na temelju Nernstove jednadžbe.
Nernstova jednadžba:
Nernstova jednadžba daje vezu između staničnog potencijala elektrokemijske stanice, temperature, kvocijenta reakcije i standardnog staničnog potencijala. U nestandardnim uvjetima Nernstova jednadžba koristi se za izračunavanje potencijala stanice u elektrokemijskoj ćeliji. Nernstova jednadžba također se može koristiti za izračunavanje ukupne elektromotorne sile (EMF) za punu elektrokemijsku ćeliju. Ova se jednadžba koristi i za izračunavanje PH vrijednosti rješenja. Odziv staklene elektrode reguliran Nernstovom jednadžbom može se dati kao:
E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q Gdje je Q = koeficijent reakcije E = mV izlaz iz elektrode E0 = Nulti pomak za elektrodu R = Idealna plinska konstanta = 8,314 J / mol-K T = Temperatura u ºK F = Faradayeva konstanta = 95.484,56 C / mol N = jonski naboj
Kružni dijagram Arduino pH metra
Dijagram kruga za ovaj projekt Arduino pH metra dat je u nastavku:
Povezivanje ploče za pretvorbu pH signala s Arduinom:
Veza između Arduina i ploče za pretvorbu signala PH prikazana je u donjoj tablici.
|
Arduino |
Ploča senzora PH |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
Programiranje Arduina za pH metar
Nakon uspješnih hardverskih veza, sada je vrijeme za programiranje Arduina. Kompletni kod za ovaj pH-metar s Arduinom dan je u donjem dijelu ovog vodiča. Postepeno objašnjenje projekta dano je u nastavku.
Prvo što treba učiniti u programu je uključiti sve potrebne knjižnice. Ovdje sam u svoj slučaj uključio biblioteku “ LiquidCrystal_I2C.h” za upotrebu I2C sučelja LCD zaslona i “ Wire.h ” za upotrebu I2C funkcionalnosti na Arduinu.
#include
Zatim se definira kalibracijska vrijednost koja se prema potrebi može modificirati kako bi se dobila točna pH vrijednost otopina. (Ovo je objašnjeno kasnije u članku)
vrijednost kalibracije plovka = 21,34;
Unutar podešavanja (), LCD naredbe su napisane za prikaz poruke dobrodošlice na LCD-u.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.pozadinsko svjetlo (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Dobrodošli u"); lcd.setCursor (0,1); lcd.print ("Circuit Digest"); kašnjenje (2000); lcd.clear ();
Unutar petlje () pročitajte 10 primjera analognih vrijednosti i spremite ih u niz. To je potrebno za izravnavanje izlazne vrijednosti.
za (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); kašnjenje (30); }
Zatim sortirajte primljene analogne vrijednosti u rastućem redoslijedu. To je potrebno jer u kasnijoj fazi moramo izračunati tekući prosjek uzoraka.
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 kraju, izračunajte prosjek analognih vrijednosti od 6 središnjih uzoraka. Tada se ova prosječna vrijednost pretvara u stvarnu pH vrijednost i ispisuje na LCD zaslonu.
za (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; plutajući volt = (plutajući) avgval * 5,0 / 1024/6; plutajuće ph_act = -5.70 * volt + vrijednost kalibracije; lcd.setCursor (0, 0); lcd.tisak ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); kašnjenje (1000); }
Kalibracija pH elektrode
Kalibracija PH elektrode vrlo je važna u ovom projektu. Za to moramo imati rješenje čija nam je vrijednost poznata. To se može uzeti kao referentno rješenje za kalibraciju senzora.
Pretpostavimo da imamo rješenje čija je PH vrijednost 7 (destilirana voda). Sada, kada je elektroda uronjena u referentnu otopinu, a PH vrijednost prikazana na LCD-u iznosi 6,5. Zatim ga kalibrirajte, samo dodajte 7-6,5 = 0,5 u kalibracijsku varijablu " calibration_value" u kodu. tj. napravite vrijednost 21,34 + 0,5 = 21,84 . Nakon ovih promjena, ponovo prenesite kod na Arduino i ponovno provjerite pH umočivanjem elektrode u referentnu otopinu. Sada bi LCD trebao pokazati ispravnu pH vrijednost, tj. 7 (Male su varijacije znatne) . Slično tome, prilagodite ovu varijablu za kalibriranje senzora. Zatim provjerite imaju li sva ostala rješenja kako biste dobili točan izlaz.
Ispitivanje Arduino pH ispitivača
Isprobali smo ovaj Arduino pH metar umočivši ga u čistu vodu i limunsku vodu, rezultat možete vidjeti u nastavku.
Čista voda:
Voda s limunom:
Na ovaj način možemo izgraditi pH senzor pomoću Arduina i pomoću njega možemo provjeriti razinu pH različitih tekućina.
Kompletni kod i demonstracijski video dani su u nastavku.