- Nepieciešamās sastāvdaļas
- Kas ir pH vērtība?
- Kā darbojas gravitācijas analogais pH sensors?
- Arduino pH mērītāja shēmas shēma
- Arduino programmēšana pH mērītājam
- PH elektroda kalibrēšana
- Arduino pH testera pārbaude
pH skalu izmanto, lai izmērītu šķidruma skābumu un bāziskumu. Tā rādījumi var būt diapazonā no 1 līdz 14, kur 1 parāda visskābāko šķidrumu un 14 - pamata šķidrumu. 7 pH ir neitrālām vielām, kas nav ne skābas, ne bāziskas. Tagad pH ir ļoti svarīga loma mūsu dzīvē, un to izmanto dažādos gadījumos. Piemēram, to var izmantot peldbaseinā, lai pārbaudītu ūdens kvalitāti. Līdzīgi pH mērīšana tiek izmantota visdažādākajos pielietojumos, piemēram, lauksaimniecībā, notekūdeņu attīrīšanā, rūpniecībā, vides monitoringā utt.
Šajā projektā mēs izgatavosim Arduino pH mērītāju un uzzināsim, kā izmērīt šķidra šķīduma pH, izmantojot gravitācijas pH sensoru un Arduino. Lai parādītu pH vērtību ekrānā, tiek izmantots 16x2 LCD. Mēs arī uzzināsim, kā kalibrēt pH sensoru, lai noteiktu sensora precizitāti. Tātad sāksim!
Nepieciešamās sastāvdaļas
- Arduino Uno
- 16 * 2 burtciparu LCD
- I2C modulis LCD
- Gravitācijas analogais pH sensors
- Savienojošie vadi
- Maizes dēlis
Kas ir pH vērtība?
Vienību, ko mēs izmantojam vielas skābuma mērīšanai, sauc par pH . Termins “H” ir definēts kā ūdeņraža jonu koncentrācijas negatīvais log. PH diapazonam var būt vērtības no 0 līdz 14. pH vērtība 7 ir neitrāla, jo tīra ūdens pH vērtība ir tieši 7. Vērtības, kas zemākas par 7, ir skābas un vērtības, kas lielākas par 7, ir bāziskas vai sārmainas.
Kā darbojas gravitācijas analogais pH sensors?
Analogais pH sensors ir paredzēts, lai izmērītu šķīduma pH vērtību un parādītu vielas skābumu vai sārmainību. To parasti izmanto dažādās lietojumprogrammās, piemēram, lauksaimniecībā, notekūdeņu attīrīšanā, rūpniecībā, vides uzraudzībā utt. Modulim ir iebūvēta sprieguma regulatora mikroshēma, kas atbalsta plašu sprieguma padevi 3,3-5,5 V DC, kas ir saderīga ar 5V 3.3V jebkura vadības paneļa, piemēram, Arduino. Izejas signāls tiek filtrēts ar aparatūras zemu satricinājumu.
Tehniskās īpašības:
Signāla pārveidošanas modulis:
- Barošanas spriegums: 3,3 ~ 5,5 V
- BNC zondes savienotājs
- Augsta precizitāte: ± 0,1 @ 25 ° C
- Noteikšanas diapazons: 0 ~ 14
PH elektrods:
- Darba temperatūras diapazons: 5 ~ 60 ° C
- Nulles (neitrāls) punkts: 7 ± 0,5
- Viegla kalibrēšana
- Iekšējā pretestība: <250MΩ
pH signāla pārveidošanas dēlis:
Piespraudes apraksts:
V +: 5 V līdzstrāvas ieeja
G: Zemes tapa
Po: pH analogā izeja
Dariet: 3,3 V līdzstrāvas izeja
Kam: temperatūras izeja
pH elektrodu uzbūve:
PH sensora konstrukcija ir parādīta iepriekš. PH sensors izskatās stieni, parasti izgatavots no stikla materiāla ar dzeramnaudu sauc "Stikla membrāna". Šī membrāna ir piepildīta ar buferšķīdumu ar zināmu pH (parasti pH = 7). Šis elektrodu dizains nodrošina vidi ar pastāvīgu H + jonu saistīšanos stikla membrānas iekšpusē. Kad zonde ir iemērkta pārbaudāmajā šķīdumā, ūdeņraža joni testa šķīdumā sāk apmainīties ar citiem pozitīvi uzlādētiem joniem uz stikla membrānas, kas rada membrānai elektroķīmisko potenciālu, kas tiek padots elektroniskā pastiprinātāja modulim, kas mēra potenciālu starp abiem elektrodiem un pārveido to par pH vienībām. Atšķirība starp šiem potenciāliem nosaka pH vērtību, pamatojoties uz Nernsta vienādojumu.
Nernsta vienādojums:
Nernsta vienādojums dod sakarību starp elektroķīmiskās šūnas šūnu potenciālu, temperatūru, reakcijas koeficientu un standarta šūnu potenciālu. Nestandarta apstākļos šūnu potenciāla aprēķināšanai elektroķīmiskajā šūnā izmanto Nernsta vienādojumu. Nernsta vienādojumu var izmantot arī, lai aprēķinātu kopējo elektromotora spēku (EMF) pilnai elektroķīmiskajai šūnai. Šis vienādojums tiek izmantots, lai aprēķinātu arī risinājuma PH vērtību. Stikla elektrodu reakciju regulē Nernsta vienādojums, ko var sniegt kā:
E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q Kur Q = reakcijas koeficients E = mV izeja no elektroda E0 = nulles nobīde elektrodam R = ideāla gāzes konstante = 8,314 J / mol-K T = temperatūra ° F F = Faradejas konstante = 95 484,56 C / mol N = jonu lādiņš
Arduino pH mērītāja shēmas shēma
Šī Arduino pH mērītāja projekta shēma ir dota zemāk:
PH signāla pārveidošanas paneļa savienojums ar Arduino:
Savienojums starp Arduino un PH signāla pārveidošanas plāksni ir parādīts zemāk esošajā tabulā.
|
Arduino |
PH sensora dēlis |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
Arduino programmēšana pH mērītājam
Pēc veiksmīgiem aparatūras savienojumiem ir pienācis laiks programmēt Arduino. Pilns šī pH metra kods ar Arduino ir norādīts šīs apmācības apakšdaļā. Tālāk ir sniegts pakāpenisks projekta skaidrojums.
Pirmais, kas jādara programmā, ir iekļaut visas nepieciešamās bibliotēkas. Šeit manā gadījumā esmu iekļāvis bibliotēku “ LiquidCrystal_I2C.h”, lai izmantotu LCD displeja I2C saskarni, un “ Wire.h ”, lai izmantotu I2C funkcionalitāti Arduino.
# iekļaut
Pēc tam tiek noteikta kalibrēšanas vērtība, kuru pēc vajadzības var mainīt, lai iegūtu precīzu šķīdumu pH vērtību. (Tas ir paskaidrots vēlāk rakstā)
pludiņa kalibrēšanas vērtība = 21,34;
Iestatīšanas iekšpusē () tiek rakstītas LCD komandas, lai parādītu sveiciena ziņojumu LCD.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Welcome to"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); kavēšanās (2000); lcd.clear ();
Inside loop () nolasiet 10 analogās vērtības un saglabājiet tās masīvā. Tas ir nepieciešams, lai izlīdzinātu izejas vērtību.
par (int i = 0; i <10; i ++) {buferis_arr = analogRead (A0); kavēšanās (30); }
Pēc tam kārtojiet saņemtās analogās vērtības augošā secībā. Tas ir nepieciešams, jo mums jāaprēķina paraugu vidējais rādītājs vēlāk.
par (int i = 0; i <9; i ++) {par (int j = i + 1; j <10; j ++) {if (bufera_arr> bufera_arr) {temp = bufera_arr; bufera_arrs = bufera_arrs; buferis_arr = temp; }}}
Visbeidzot, aprēķiniet vidējo rādītāju 6 centra parauga analogajām vērtībām. Tad šī vidējā vērtība tiek pārveidota par faktisko pH vērtību un tiek drukāta uz LCD displeja.
par (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = bufera_arr; pludiņš volt = (pludiņš) vidējais lielums * 5,0 / 1024/6; pludiņš ph_act = -5,70 * volts + kalibrēšanas_vērtība; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); kavēšanās (1000); }
PH elektroda kalibrēšana
PH elektroda kalibrēšana ir ļoti svarīga šajā projektā. Tam mums ir nepieciešams risinājums, kura vērtība mums ir zināma. To var uzskatīt par standarta šķīdumu sensora kalibrēšanai.
Pieņemsim, ka mums ir risinājums, kura PH vērtība ir 7 (destilēts ūdens). Tagad, kad elektrods ir iemērcams standartšķīdumā, un LCD vērtība, kas redzama LCD, ir 6,5. Pēc tam, lai to kalibrētu, kodā vienkārši pievienojiet 7-6,5 = 0,5 kalibrēšanas mainīgajā “ calibration_value” . ti, vērtību 21,34 + 0,5 = 21,84 . Pēc šo izmaiņu veikšanas vēlreiz augšupielādējiet kodu vietnē Arduino un atkārtoti pārbaudiet pH līmeni, iemērcot elektrodu standartšķīdumā. Tagad LCD vajadzētu parādīt pareizo pH vērtību, ti, 7 (maz variāciju ir ievērojamas) . Līdzīgi pielāgojiet šo mainīgo, lai kalibrētu sensoru. Pēc tam pārbaudiet visus citus risinājumus, lai iegūtu precīzu rezultātu.
Arduino pH testera pārbaude
Mēs esam izmēģinājuši šo Arduino pH mērītāju, iemērcot to tīrā ūdenī un citrona ūdenī, rezultātu varat redzēt zemāk.
Tīrs ūdens:
Citronu ūdens:
Šādi mēs varam izveidot pH sensoru, izmantojot Arduino, un to varam izmantot, lai pārbaudītu dažādu šķidrumu pH līmeni.
Pilns kods un demonstrācijas video ir sniegti zemāk.