- Mga Kinakailangan na Bahagi
- Ano ang Halaga ng PH?
- Paano gumagana ang Gravity Analog pH Sensor?
- Arduino pH Meter Circuit Diagram
- Programming Arduino para sa PH Meter
- Pagkakalibrate ng pH Electrode
- Pagsubok sa Arduino pH Tester
Ang sukat ng ph ay ginagamit upang sukatin ang kaasiman at pagka-basic ng isang likido. Maaari itong magkaroon ng mga pagbasa mula sa 1-14 kung saan ang 1 ay nagpapakita ng pinaka acidic na likido at 14 ay nagpapakita ng pinaka-pangunahing likido. Ang 7 PH ay para sa mga neutral na sangkap na hindi acidic o basic. Ngayon, ang PH ay may mahalagang papel sa ating buhay at ginagamit ito sa iba't ibang mga application. Halimbawa, maaari itong magamit sa isang swimming pool upang suriin ang kalidad ng tubig. Katulad nito, ang pagsukat ng pH ay ginagamit sa iba't ibang mga application tulad ng agrikultura, paggamot sa wastewater, industriya, pagsubaybay sa kapaligiran, atbp.
Sa proyektong ito, gagawa kami ng isang Arduino pH Meter at matutunan kung paano sukatin ang pH ng isang likidong solusyon gamit ang isang gravity pH sensor at Arduino. Ginagamit ang isang 16x2 LCD upang maipakita ang halaga ng pH sa screen. Malalaman din namin kung paano i-calibrate ang sensor ng pH upang matukoy ang kawastuhan ng sensor. Kaya't magsimula tayo!
Mga Kinakailangan na Bahagi
- Arduino Uno
- 16 * 2 Alphanumeric LCD
- I2C Module para sa LCD
- Gravity Analog pH sensor
- Mga kumokonekta na mga wire
- Breadboard
Ano ang Halaga ng PH?
Ang yunit na ginagamit namin upang masukat ang kaasiman ng isang sangkap ay tinatawag na PH . Ang terminong "H" ay tinukoy bilang negatibong log ng konsentrasyon ng hydrogen ion. Ang saklaw ng PH ay maaaring magkaroon ng mga halagang 0 hanggang 14. Ang halaga ng pH na 7 ay walang kinikilingan, dahil ang purong tubig ay may halagang pH na eksaktong 7. Ang mga halagang mas mababa sa 7 ay acidic at ang mga halagang higit sa 7 ay pangunahing o alkalina.
Paano gumagana ang Gravity Analog pH Sensor?
Ang analog pH sensor ay dinisenyo upang masukat ang halaga ng pH ng isang solusyon at ipakita ang kaasiman o alkalinity ng sangkap. Karaniwan itong ginagamit sa iba't ibang mga aplikasyon tulad ng agrikultura, paggamot ng wastewater, mga industriya, pagsubaybay sa kapaligiran, atbp. Ang module ay may isang on-board voltage regulator chip na sumusuporta sa malawak na supply ng boltahe ng 3.3-5.5V DC, na katugma sa 5V at 3.3V ng anumang control board tulad ng Arduino. Ang output signal ay nai-filter ng mababang hardware na jitter.
Teknikal na mga tampok:
Modyul ng Conversion ng Signal:
- Supply Boltahe: 3.3 ~ 5.5V
- Konektor ng Probe ng BNC
- Mataas na Kawastuhan: ±0.1@255C
- Saklaw ng Pagtuklas: 0 ~ 14
PH elektrod:
- Saklaw na Temperatura ng Operating: 5 ~ 60 ° C
- Zero (Neutral) Point: 7 ± 0.5
- Madaling pag-calibrate
- Panloob na Paglaban: <250MΩ
Lupon ng Conversion ng Signal ng pH:
Paglalarawan ng Pin:
V +: 5V DC input
G: Ground pin
Po: output ng analog analog
Gawin: 3.3V output ng DC
Sa: Paglabas ng temperatura
Pagtatayo ng PH ng Elektroda:
Ang pagtatayo ng isang sensor ng pH ay ipinapakita sa itaas. Ang PH Sensor ay mukhang isang pamalo na karaniwang gawa sa isang materyal na baso na may isang tip na tinatawag na "Salamin lamad". Ang lamad na ito ay puno ng isang buffer solution ng kilalang ph (karaniwang pH = 7). Tinitiyak ng disenyo ng elektrod na ito ang isang kapaligiran na may patuloy na pagbigkis ng mga H + ions sa loob ng lamad na salamin. Kapag ang pagsisiyasat ay nahuhulog sa solusyon na susubukan, ang mga ion ng hydrogen sa solusyon sa pagsubok ay nagsisimulang makipagpalitan sa iba pang mga positibong sisingilin na mga ions sa salamin na lamad, na lumilikha ng isang potensyal na electrochemical sa buong lamad na pinakain sa module ng elektronikong amplifier na sumusukat sa potensyal sa pagitan ng parehong electrodes at i-convert ito sa mga unit ng pH. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga potensyal na ito ay tumutukoy sa halaga ng pH batay sa equation ng Nernst.
Nernst Equation:
Ang equation ng Nernst ay nagbibigay ng isang ugnayan sa pagitan ng potensyal ng cell ng isang electrochemical cell, temperatura, reaksyon ng quient at ang karaniwang potensyal na cell. Sa mga hindi pamantayang kondisyon, ginagamit ang equation ng Nernst upang makalkula ang mga potensyal ng cell sa isang electrochemical cell. Maaari ring magamit ang equation ng Nernst upang makalkula ang kabuuang puwersang electromotive (EMF) para sa isang buong electrochemical cell. Ginagamit ang equation na ito upang makalkula ang halaga ng PH ng isang solusyon din. Ang tugon ng elektrod na salamin ay pinamamahalaan ng Nernst Equation na maaaring ibigay bilang:
E = E0 - 2.3 (RT / nF) ln Q Kung saan Q = Coefficient ng reaksyon E = mV output mula sa electrode E0 = Zero offset para sa electrode R = Ideal gas pare-pareho = 8.314 J / mol-K T = Temperatura sa ºK F = Patuloy na Faraday = 95,484.56 C / mol N = Ionic Charge
Arduino pH Meter Circuit Diagram
Ang diagram ng circuit para sa proyekto ng Arduino pH meter na ito ay ibinibigay sa ibaba:
Koneksyon ng Papan ng Pagbabago ng Signal ng pH sa Arduino:
Ang koneksyon sa pagitan ng Arduino at PH signal conversion board ay ipinapakita sa talahanayan sa ibaba.
|
Arduino |
PH Sensor board |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
Programming Arduino para sa PH Meter
Matapos ang matagumpay na mga koneksyon sa hardware, oras na para sa pag-program ng Arduino. Ang kumpletong code para sa meter ng pH na ito na may Arduino ay ibinibigay sa ibabang bahagi ng tutorial na ito. Ang hakbang sa paliwanag ng proyekto ay ibinibigay sa ibaba.
Ang unang bagay na dapat gawin sa programa ay upang isama ang lahat ng mga kinakailangang aklatan. Dito sa aking kaso, isinama ko ang librong " LiquidCrystal_I2C.h" para sa paggamit ng interface ng I2C ng isang LCD display at " Wire.h " para sa paggamit ng pag-andar ng I2C sa Arduino.
# isama
Susunod, ang halaga ng pagkakalibrate ay tinukoy, na maaaring mabago kung kinakailangan upang makakuha ng isang tumpak na halaga ng pH ng mga solusyon. (Ipinaliwanag ito mamaya sa artikulo)
float calibration_value = 21.34;
Sa loob ng pag- setup (), ang mga LCD command ay nakasulat para sa pagpapakita ng isang maligayang mensahe sa LCD.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Maligayang Pagdating sa"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); pagkaantala (2000); lcd.clear ();
Sa loob ng loop (), basahin ang 10 halimbawang mga halagang analog at iimbak ang mga ito sa isang array. Kinakailangan ito upang makinis ang halaga ng output.
para sa (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); pagkaantala (30); }
Pagkatapos, pag-uri-uriin ang mga halagang Analog na natanggap sa pataas na pagkakasunud-sunod. Kinakailangan ito dahil kailangan naming kalkulahin ang average na pagpapatakbo ng mga sample sa susunod na yugto.
para sa (int i = 0; i <9; i ++) {para sa (int j = i + 1; j <10; j ++) {kung (buffer_arr> buffer_arr) {temp = buffer_arr; buffer_arr = buffer_arr; buffer_arr = temp; }}}
Panghuli, kalkulahin ang average ng isang 6 na sentro ng halimbawang mga halagang Analog. Pagkatapos ang average na halagang ito ay na-convert sa aktwal na halaga ng PH at naka-print sa isang LCD display.
para sa (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5.0 / 1024/6; float ph_act = -5.70 * volt + calibration_value; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); pagkaantala (1000); }
Pagkakalibrate ng pH Electrode
Ang pagkakalibrate ng PH electrode ay napakahalaga sa proyektong ito. Para sa mga ito, kailangan nating magkaroon ng isang solusyon na ang halaga ay alam sa atin. Maaari itong makuha bilang sanggunian na solusyon para sa pagkakalibrate ng sensor.
Ipagpalagay, mayroon kaming solusyon na ang halagang PH ay 7 (distilled water). Ngayon kapag ang elektrod ay nahuhulog sa sanggunian na solusyon at ang halagang PH na ipinapakita sa LCD ay 6.5. Pagkatapos upang mai- calibrate ito, magdagdag lamang ng 7-6.5 = 0.5 sa variable ng pagkakalibrate na "calibration_value" sa code. ibig sabihin gawin ang halagang 21.34 + 0.5 = 21.84 . Matapos gawin ang mga pagbabagong ito, muling i-upload ang code sa Arduino at muling suriin ang pH sa pamamagitan ng paglubog ng elektrod sa sanggunian na solusyon. Ngayon ay dapat ipakita ng LCD ang tamang halaga ng ph ie 7 (Maliit na mga pagkakaiba-iba ay malaki) . Katulad nito, ayusin ang variable na ito upang i-calibrate ang sensor. Pagkatapos suriin para sa lahat ng iba pang mga solusyon upang makuha ang eksaktong output.
Pagsubok sa Arduino pH Tester
Sinubukan namin ang Arduino pH meter na ito sa pamamagitan ng paglubog nito sa purong tubig at tubig sa Lemon, makikita mo ang resulta sa ibaba.
Purong tubig:
Lemon Water:
Ito ay kung paano tayo makakagawa ng isang sensor ng pH gamit ang Arduino at magagamit ito upang suriin ang antas ng pH ng iba't ibang mga likido.
Ang kumpletong code at pagpapakita ng Video ay ibinibigay sa ibaba.