Měřič pH pomocí displeje Arduino Uno a LCD

Stupnice pH se používá k měření kyselosti a zásaditosti kapaliny. Může mít hodnoty od 1 do 14, kde 1 ukazuje nejkyselejší kapalinu a 14 ukazuje nejzákladnější kapalinu. 7 pH je pro neutrální látky, které nejsou ani kyselé, ani zásadité. Nyní hraje pH v našich životech velmi důležitou roli a používá se v různých aplikacích. Například jej lze použít ke kontrole kvality vody v bazénu. Podobně se měření pH používá v nejrůznějších aplikacích, jako je zemědělství, čištění odpadních vod, průmysl, monitorování životního prostředí atd.

V tomto projektu budeme vyrábět pH metr Arduino a naučíme se měřit pH kapalného roztoku pomocí gravitačního pH senzoru a Arduina. K zobrazení hodnoty pH na obrazovce se používá 16x2 LCD. Naučíme se také, jak kalibrovat pH senzor, abychom určili přesnost senzoru. Pojďme tedy začít!

Požadované komponenty

• Arduino Uno
• 16 * 2 alfanumerický LCD
• Modul I2C pro LCD
• Gravitační analogový pH senzor
• Připojovací vodiče
• Nepájivá deska

Co je hodnota pH?

Jednotka, kterou používáme k měření kyselosti látky, se nazývá pH . Termín „H“ je definován jako záporný logaritmus koncentrace vodíkových iontů. Rozsah pH může mít hodnoty od 0 do 14. Hodnota pH 7 je neutrální, protože čistá voda má hodnotu pH přesně 7. Hodnoty nižší než 7 jsou kyselé a hodnoty větší než 7 jsou zásadité nebo zásadité.

Jak funguje gravitační analogový pH senzor?

Analogový snímač pH je určen k měření hodnoty pH roztoku a ukazování kyselosti nebo zásaditosti látky. Běžně se používá v různých aplikacích, jako je zemědělství, čištění odpadních vod, průmysl, monitorování životního prostředí atd. Modul má integrovaný čip regulátoru napětí, který podporuje široké napájecí napětí 3,3-5,5V DC, což je kompatibilní s 5V a 3,3 V jakékoli ovládací desky, jako je Arduino. Výstupní signál je filtrován hardwarovým nízkým chvěním.

Technické vlastnosti:

Modul převodu signálu:

• Napájecí napětí: 3,3 ~ 5,5V
• Konektor sondy BNC
• Vysoká přesnost: ± 0,1 @ 25 ° C
• Rozsah detekce: 0 ~ 14

PH elektroda:

• Rozsah provozních teplot: 5 ~ 60 ° C
• Nulový (neutrální) bod: 7 ± 0,5
• Snadná kalibrace
• Vnitřní odpor: <250 MΩ

Deska pro převod signálu pH:

Popis kolíku:

V +: 5V DC vstup

G: Zemnicí kolík

Po: pH analogový výstup

Proveďte: výstup 3,3 V DC

Komu: Teplotní výstup

Konstrukce pH elektrody:

Konstrukce senzoru pH je uvedena výše. Senzoru pH vypadá jako tyč obvykle zhotovena ze skla materiálu, který má špičku s názvem „Glass membrána“. Tato membrána je naplněna pufrovacím roztokem o známém pH (obvykle pH = 7). Tato konstrukce elektrod zajišťuje prostředí s konstantní vazbou iontů H + na vnitřní straně skleněné membrány. Když je sonda ponořena do zkoušeného roztoku, vodíkové ionty ve zkušebním roztoku se začnou vyměňovat s jinými kladně nabitými ionty na skleněné membráně, což vytváří elektrochemický potenciál přes membránu, která je přiváděna do modulu elektronického zesilovače, který měří potenciál mezi oběma elektrodami a převádí je na jednotky pH. Rozdíl mezi těmito potenciály určuje hodnotu pH na základě Nernstovy rovnice.

Nernstova rovnice:

Nernstova rovnice udává vztah mezi potenciálem článku elektrochemického článku, teplotou, reakčním kvocientem a standardním potenciálem článku. Za nestandardních podmínek se Nernstova rovnice používá k výpočtu buněčných potenciálů v elektrochemickém článku. Nernstovu rovnici lze také použít k výpočtu celkové elektromotorické síly (EMF) pro celý elektrochemický článek. Tato rovnice se používá také k výpočtu hodnoty PH roztoku. Odezva skleněné elektrody je řízena Nernstovou rovnicí, která může být dána jako:

E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q Kde Q = Reakční koeficient E = mV výstup z elektrody E0 = Nulový offset pro elektrodu R = Konstanta ideálního plynu = 8,314 J / mol-K T = Teplota v ºK F = Faradayova konstanta = 95 484,56 C / mol N = iontový náboj

Schéma zapojení měřiče pH Arduino

Schéma zapojení tohoto projektu pH metru Arduino je uvedeno níže:

Připojení desky pro převod pH signálu s Arduino:

Spojení mezi deskou pro převod signálu Arduino a PH je uvedeno v tabulce níže.

Arduino	Deska snímače PH
5V	V +
GND	G
A0	Po

Programování Arduina pro pH metr

Po úspěšném hardwarovém připojení je nyní čas na programování Arduina. Kompletní kód pro tento pH metr s Arduinem je uveden ve spodní části tohoto tutoriálu. Postupné vysvětlení projektu je uvedeno níže.

První věcí, kterou musíte v programu udělat, je zahrnout všechny požadované knihovny. Tady v mém případě jsem zařadil knihovnu „ LiquidCrystal_I2C.h“ pro používání I2C rozhraní LCD displeje a „ Wire.h “ pro používání I2C funkčnosti na Arduinu.

#zahrnout #zahrnout LiquidCrystal_I2C lcd (0x27, 16, 2);

Dále je definována kalibrační hodnota, kterou lze podle potřeby upravit pro získání přesné hodnoty pH roztoků. (To je vysvětleno dále v článku)

hodnota plovoucí kalibrace = 21,34;

Uvnitř setup () jsou psány LCD příkazy pro zobrazení uvítací zprávy na LCD.

lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print („Vítejte v“); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Přehled okruhů"); zpoždění (2000); lcd.clear ();

Uvnitř loop () načtěte 10 vzorových analogových hodnot a uložte je do pole. To je nutné k vyhlazení výstupní hodnoty.

for (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); zpoždění (30); }

Poté seřaďte vzestupně získané analogové hodnoty. To je nutné, protože v pozdější fázi musíme vypočítat klouzavý průměr vzorků.

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; }}}

Nakonec vypočítáme průměr 6 středních analogových hodnot vzorku. Poté je tato průměrná hodnota převedena na skutečnou hodnotu pH a vytištěna na LCD displeji.

pro (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5,0 / 1024/6; float ph_act = -5,70 * volt + kalibrační_hodnota; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); zpoždění (1000); }

Kalibrace pH elektrody

Kalibrace PH elektrody je v tomto projektu velmi důležitá. K tomu potřebujeme řešení, jehož hodnota je nám známa. Toto lze brát jako referenční řešení pro kalibraci senzoru.

Předpokládejme, že máme řešení, jehož hodnota PH je 7 (destilovaná voda). Nyní, když je elektroda ponořena do referenčního roztoku a hodnota pH zobrazená na LCD je 6,5. Poté jej pro kalibraci přidejte 7-6,5 = 0,5 do kalibrační proměnné „ kalibrační_hodnota“ v kódu. tj. udělejte hodnotu 21,34 + 0,5 = 21,84 . Po provedení těchto změn znovu nahrajte kód do Arduina a znovu zkontrolujte pH ponořením elektrody do referenčního roztoku. Nyní by LCD měl zobrazovat správnou hodnotu pH, tj. 7 (malé odchylky jsou značné) . Podobně upravte tuto proměnnou ke kalibraci snímače. Poté zkontrolujte všechna ostatní řešení, abyste získali přesný výstup.

Testování Arduino pH Testeru

Vyzkoušeli jsme tento pH metr Arduino ponořením do čisté vody a citronové vody, výsledek vidíte níže.

Čistá voda:

Citronová voda:

Takto můžeme postavit senzor pH pomocí Arduina a použít jej ke kontrole úrovně pH různých kapalin.

Kompletní kód a ukázkové video jsou uvedeny níže.