- Komponen yang Diperlukan
- Apakah Nilai pH?
- Bagaimana Sensor pH Gravitasi Analog Berfungsi?
- Rajah Litar Meter pH Arduino
- Pengaturcaraan Arduino untuk pH Meter
- Penentukuran Elektrod pH
- Menguji Arduino pH Tester
Skala pH digunakan untuk mengukur keasidan dan keasidan cecair. Ia boleh mempunyai bacaan antara 1-14 di mana 1 menunjukkan cecair paling berasid dan 14 menunjukkan cecair paling asas. 7 pH adalah untuk bahan-bahan neutral yang tidak berasid atau asas. Sekarang, pH memainkan peranan yang sangat penting dalam kehidupan kita dan ia digunakan dalam pelbagai aplikasi. Sebagai contoh, ia boleh digunakan di kolam renang untuk memeriksa kualiti air. Begitu juga, pengukuran pH digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pertanian, rawatan air limbah, industri, pemantauan alam sekitar, dll
Dalam proyek ini, kita akan membuat Arduino pH Meter dan belajar bagaimana mengukur pH larutan cair menggunakan sensor pH gravitasi dan Arduino. LCD 16x2 digunakan untuk menunjukkan nilai pH di skrin. Kami juga akan belajar bagaimana mengkalibrasi sensor pH untuk menentukan ketepatan sensor. Oleh itu, mari kita mulakan!
Komponen yang Diperlukan
- Arduino Uno
- 16 * 2 LCD Alphanumerik
- Modul I2C untuk LCD
- Sensor pH Gravitasi Analog
- Menyambung wayar
- Papan roti
Apakah Nilai pH?
Unit yang kami gunakan untuk mengukur keasidan suatu zat disebut pH . Istilah "H" ditakrifkan sebagai log negatif kepekatan ion hidrogen. Julat pH boleh mempunyai nilai dari 0 hingga 14. Nilai pH 7 adalah neutral, kerana air tulen mempunyai nilai pH tepat 7. Nilai yang lebih rendah daripada 7 adalah berasid dan nilai yang lebih besar daripada 7 adalah asas atau alkali.
Bagaimana Sensor pH Gravitasi Analog Berfungsi?
Sensor pH analog direka untuk mengukur nilai pH larutan dan menunjukkan keasidan atau kealkalian bahan tersebut. Ia biasanya digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pertanian, rawatan air limbah, industri, pemantauan alam sekitar, dll. Modul ini mempunyai cip pengatur voltan on-board yang menyokong bekalan voltan lebar 3.3-5.5V DC, yang serasi dengan 5V dan 3.3V papan kawalan seperti Arduino. Isyarat keluaran disaring oleh jitter rendah perkakasan.
Ciri-ciri teknikal:
Modul Penukaran Isyarat:
- Voltan Bekalan: 3.3 ~ 5.5V
- Penyambung Probe BNC
- Ketepatan Tinggi: ±0.1@25 ° C
- Julat Pengesanan: 0 ~ 14
Elektrod PH:
- Julat Suhu Operasi: 5 ~ 60 ° C
- Titik Sifar (Neutral): 7 ± 0.5
- Penentukuran yang mudah
- Rintangan Dalaman: <250MΩ
Papan Penukaran Isyarat pH:
Huraian Pin:
Input V +: 5V DC
G: Pin tanah
Po: output analog pH
Lakukan: 3.3V output DC
Kepada: Output suhu
Pembinaan Elektrod pH:
Pembinaan sensor pH ditunjukkan di atas. The pH Sensor kelihatan seperti rod yang biasanya diperbuat daripada bahan kaca mempunyai hujung yang dipanggil "membran kaca". Membran ini diisi dengan larutan penyangga pH yang diketahui (biasanya pH = 7). Reka bentuk elektrod ini memastikan persekitaran dengan pengikatan ion H + yang berterusan di bahagian dalam membran kaca. Apabila probe dicelupkan ke dalam larutan yang akan diuji, ion hidrogen dalam larutan uji mula bertukar dengan ion bermuatan positif lain pada membran kaca, yang menghasilkan potensi elektrokimia melintasi membran yang disalurkan ke modul penguat elektronik yang mengukur potensi antara kedua elektrod dan menukarnya menjadi unit pH. Perbezaan antara potensi ini menentukan nilai pH berdasarkan persamaan Nernst.
Persamaan Nernst:
Persamaan Nernst memberikan hubungan antara potensi sel sel elektrokimia, suhu, hasil reaksi dan potensi sel standard. Dalam keadaan tidak standard, persamaan Nernst digunakan untuk mengira potensi sel dalam sel elektrokimia. Persamaan Nernst juga dapat digunakan untuk mengira jumlah daya elektromotif (EMF) untuk sel elektrokimia penuh. Persamaan ini juga digunakan untuk mengira nilai PH bagi penyelesaian. Tindak balas elektrod kaca diatur oleh Persamaan Nernst dapat diberikan sebagai:
E = E0 - 2.3 (RT / nF) ln Q Di mana Q = Pekali tindak balas E = mV keluaran dari elektrod E0 = Zero offset untuk elektrod R = Pemalar gas ideal = 8.314 J / mol-K T = Suhu dalam ºK F = Pemalar Faraday = 95,484.56 C / mol N = Cas Ionik
Rajah Litar Meter pH Arduino
Gambarajah litar untuk projek meter pH Arduino ini diberikan di bawah:
Sambungan Papan Penukaran Isyarat pH dengan Arduino:
Sambungan antara papan penukaran isyarat Arduino dan PH ditunjukkan dalam jadual di bawah.
|
Arduino |
Papan Sensor PH |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
Pengaturcaraan Arduino untuk pH Meter
Setelah sambungan perkakasan berjaya, kini saatnya untuk memprogram Arduino. Kod lengkap untuk meter pH ini dengan Arduino diberikan di bahagian bawah tutorial ini. Penjelasan bertahap projek diberikan di bawah.
Perkara pertama yang perlu dilakukan dalam program ini ialah memasukkan semua perpustakaan yang diperlukan. Di sini, dalam kes saya, saya telah memasukkan perpustakaan "LiquidCrystal_I2C.h" untuk menggunakan antara muka I2C paparan LCD dan " Wire.h " untuk menggunakan fungsi I2C di Arduino.
#sertakan
Seterusnya, nilai penentukuran ditakrifkan, yang dapat dimodifikasi sesuai yang diperlukan untuk mendapatkan nilai larutan pH yang tepat. (Ini dijelaskan kemudian dalam artikel)
penentukuran float_value = 21.34;
Di dalam persediaan (), perintah LCD ditulis untuk memaparkan pesan selamat datang di LCD.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Selamat Datang ke"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); kelewatan (2000); lcd.clear ();
Dalam gelung (), baca 10 contoh nilai analog dan simpan dalam array. Ini diperlukan untuk melicinkan nilai output.
untuk (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); kelewatan (30); }
Kemudian, susun nilai Analog yang diterima dalam urutan menaik. Ini diperlukan kerana kita perlu mengira purata sampel yang dijalankan pada peringkat kemudian.
untuk (int i = 0; i <9; i ++) {untuk (int j = i + 1; j <10; j ++) {if (buffer_arr> buffer_arr) {temp = buffer_arr; buffer_arr = penyangga_arr; buffer_arr = temp; }}}
Akhirnya, hitung purata nilai Analog 6 pusat sampel. Kemudian nilai purata ini ditukar menjadi nilai pH sebenar dan dicetak pada paparan LCD.
untuk (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5.0 / 1024/6; apungan ph_act = -5.70 * volt + penentukuran_nilai; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); kelewatan (1000); }
Penentukuran Elektrod pH
Penentukuran elektrod PH sangat penting dalam projek ini. Untuk ini, kita perlu mempunyai penyelesaian yang nilainya diketahui oleh kita. Ini dapat diambil sebagai penyelesaian rujukan untuk penentukuran sensor.
Katakanlah, kita mempunyai penyelesaian yang nilai PH adalah 7 (air suling). Sekarang apabila elektrod dicelupkan dalam larutan rujukan dan nilai PH yang dipaparkan pada LCD ialah 6.5. Kemudian untuk menentukurnya, tambah 7-6.5 = 0.5 dalam pembolehubah kalibrasi “calibration_value” dalam kod. iaitu menjadikan nilai 21.34 + 0.5 = 21.84 . Setelah membuat perubahan ini, muat naik semula kod tersebut ke Arduino dan periksa semula pH dengan mencelupkan elektrod dalam larutan rujukan. Sekarang LCD harus menunjukkan nilai pH yang betul iaitu 7 (Variasi kecil dapat dipertimbangkan) . Begitu juga, sesuaikan pemboleh ubah ini untuk menentukur sensor. Kemudian periksa semua penyelesaian lain untuk mendapatkan output yang tepat.
Menguji Arduino pH Tester
Kami telah mencuba meter pH Arduino ini dengan mencelupkannya ke dalam air tulen dan air lemon, anda dapat melihat hasilnya di bawah.
Air tulen:
Air Lemon:
Ini adalah bagaimana kita dapat membangun sensor pH menggunakan Arduino dan dapat menggunakannya untuk memeriksa tingkat pH berbagai cairan.
Lengkap kod dan demonstrasi Video diberikan di bawah.