- רכיבים נדרשים
- מהו ערך ה- pH?
- כיצד עובד כוח חיישן pH אנלוגי?
- תרשים מעגלי מד pH של ארדואינו
- תכנות Arduino למדי pH
- כיול אלקטרודה pH
- בדיקת בודק pH של ארדואינו
סולם pH משמש למדידת החומציות והבסיסיות של נוזל. יכולות להיות קריאות הנעות בין 1-14 כאשר 1 מציג את הנוזל החומצי ביותר ו -14 מראה את הנוזל הבסיסי ביותר. 7 pH מיועד לחומרים ניטרליים שאינם חומציים ואינם בסיסיים. כעת, ל- pH יש תפקיד חשוב מאוד בחיינו והוא משמש ביישומים שונים. לדוגמא, ניתן להשתמש בו בבריכת שחייה לבדיקת איכות המים. באופן דומה, מדידת pH משמשת במגוון רחב של יישומים כמו חקלאות, טיפול בשפכים, תעשיות, ניטור סביבתי וכו '.
בפרויקט זה, אנו מכינים מד pH של ארדואינו ונלמד כיצד למדוד את ה- pH של תמיסה נוזלית באמצעות חיישן pH כוח הכבידה וארדואינו. LCD 16x2 משמש כדי להציג את ערך ה- pH על המסך. כמו כן, נלמד כיצד לכייל את חיישן ה- pH כדי לקבוע את דיוק החיישן. אז בואו נתחיל!
רכיבים נדרשים
- ארדואינו אונו
- 16 * 2 LCD אלפאנומרי
- מודול I2C ל LCD
- חיישן pH אנלוגי הכבידה
- חוטי חיבור
- קרש לחם
מהו ערך ה- pH?
היחידה בה אנו משתמשים למדידת חומציות החומר נקראת pH . המונח "H" מוגדר כ לוג השלילי של ריכוז יון המימן. לטווח ה- pH יכולים להיות ערכים בין 0 ל 14. ערך ה- pH של 7 הוא ניטרלי, שכן מים טהורים הם בעלי ערך pH של בדיוק 7. ערכים נמוכים מ- 7 הם חומציים וערכים הגדולים מ- 7 הם בסיסיים או בסיסיים.
כיצד עובד כוח חיישן pH אנלוגי?
חיישן pH אנלוגי נועד למדוד את ערך ה- pH של התמיסה ולהראות את החומציות או הבסיס של החומר. הוא משמש בדרך כלל ביישומים שונים כגון חקלאות, טיפול בשפכים, תעשיות, ניטור סביבתי וכו '. במודול יש שבב מווסת מתח על גבי התומך באספקת המתח הרחבה של 3.3-5.5 וולט DC, התואם 5 וולט ו 3.3 וולט של כל לוח בקרה כמו ארדואינו. אות הפלט מסונן על ידי ריצוד נמוך בחומרה.
מאפיינים טכניים:
מודול המרת אותות:
- מתח אספקה: 3.3 ~ 5.5V
- מחבר בדיקות BNC
- דיוק גבוה: ±0.1@25 ° C
- טווח איתור: 0 ~ 14
אלקטרודה PH:
- טווח טמפרטורות הפעלה: 5 ~ 60 ° C
- נקודת אפס (נייטרלית): 7 ± 0.5
- כיול קל
- התנגדות פנימית: <250MΩ
לוח המרת אותות pH:
תיאור סיכה:
V +: קלט DC 5V
G: סיכה קרקעית
פו: פלט אנלוגי pH
עשה: יציאת DC 3.3V
אל: תפוקת טמפרטורה
בניית אלקטרודות pH:
בנייתו של חיישן pH מוצגת לעיל. חיישן pH נראה כמו מוט עשוי בדרך כלל חומר זכוכית שיש טיפ שנקרא "קרום זכוכית". קרום זה מלא בתמיסת חיץ של pH ידוע (בדרך כלל pH = 7). תכנון אלקטרודות זה מבטיח סביבה עם כריכה מתמדת של יוני H + בחלק הפנימי של קרום הזכוכית. כאשר החללית טבולה בתמיסה להיבדק, יונים מימן בתמיסת הבדיקה מתחילים להתחלף עם יונים אחרים בעלי טעינה חיובית על קרום הזכוכית, מה שיוצר פוטנציאל אלקטרוכימי על פני הממברנה המוזן למודול המגבר האלקטרוני המודד את הפוטנציאל בין שתי האלקטרודות וממיר אותו ליחידות pH. ההבדל בין פוטנציאלים אלה קובע את ערך ה- pH בהתבסס על משוואת נרנסט.
משוואת נרנסט:
משוואת נרנסט נותנת קשר בין פוטנציאל התא של תא אלקטרוכימי, טמפרטורה, מקדם תגובה ובין פוטנציאל התא הסטנדרטי. בתנאים לא סטנדרטיים, משוואת Nernst משמשת לחישוב פוטנציאלים של תא בתא אלקטרוכימי. משוואת נרנסט יכולה לשמש גם לחישוב הכוח האלקטרו-מוטורי הכולל (EMF) לתא אלקטרוכימי מלא. משוואה זו משמשת גם לחישוב ערך ה- PH של פתרון. תגובת אלקטרודות הזכוכית נשלטת על ידי משוואת נרנסט יכולה להינתן כ:
E = E0 - 2.3 (RT / nF) ln Q כאשר Q = מקדם תגובה E = פלט mV מהאלקטרודה E0 = אפס קיזוז לאלקטרודה R = קבוע גז אידיאלי = 8.314 J / mol-K T = טמפרטורה ב ºK F = קבוע פאראדיי = 95,484.56 C / mol N = מטען יוני
תרשים מעגלי מד pH של ארדואינו
תרשים מעגלים עבור פרויקט מד pH זה של ארדואינו מופיע להלן:
חיבור לוח המרת אותות pH עם Arduino:
החיבור בין לוח המרת אותות של Arduino ו- PH מוצג בטבלה שלהלן.
|
ארדואינו |
לוח חיישן PH |
|
5V |
V + |
|
GND |
ז |
|
A0 |
פו |
תכנות Arduino למדי pH
לאחר חיבורי חומרה מוצלחים, הגיע הזמן לתכנת את Arduino. הקוד השלם עבור מד ה- pH הזה עם Arduino ניתן בחלקו התחתון של הדרכה זו. ההסבר השלבי של הפרויקט ניתן להלן.
הדבר הראשון שיש לעשות בתוכנית הוא לכלול את כל הספריות הנדרשות. כאן במקרה שלי, כללתי את ספריית "LiquidCrystal_I2C.h" לשימוש בממשק I2C של צג LCD ו- " Wire.h " לשימוש בפונקציונליות I2C בארדואינו .
#לִכלוֹל
לאחר מכן מוגדר ערך הכיול, שניתן לשנותו כנדרש בכדי לקבל ערך pH מדויק של פתרונות. (זה מוסבר בהמשך המאמר)
כיול צף_ערך = 21.34;
בתוך ההתקנה (), פקודות LCD נכתבות להצגת הודעת קבלת פנים ב- LCD.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("ברוך הבא"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("מעגל עיכול"); עיכוב (2000); lcd.clear ();
בתוך loop () קרא 10 ערכים אנלוגיים לדוגמא ושמור אותם במערך. זה נדרש כדי להחליק את ערך הפלט.
עבור (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); עיכוב (30); }
לאחר מכן, מיין את הערכים האנלוגיים שהתקבלו בסדר עולה. זה נדרש מכיוון שעלינו לחשב את הממוצע הפועל של הדגימות בשלב מאוחר יותר.
עבור (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; }}}
לסיום, חישב את הממוצע של ערכי אנלוגי לדוגמה של 6 מרכזים. ואז ערך ממוצע זה מומר לערך pH בפועל ומודפס על צג LCD.
עבור (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; וולט צף = (צף) ממוצע * 5.0 / 1024/6; צף ph_act = -5.70 * וולט + כיול_ערך; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); עיכוב (1000); }
כיול אלקטרודה pH
כיול האלקטרודה PH חשוב מאוד בפרויקט זה. לשם כך עלינו לקבל פיתרון שערכו ידוע לנו. ניתן לקחת זאת כפתרון הייחוס לכיול החיישן.
נניח, יש לנו פתרון שערכו ה- PH הוא 7 (מים מזוקקים). כעת כאשר האלקטרודה טבולה בפתרון הייחוס וערך PH המוצג על גבי LCD הוא 6.5. ואז כדי לכייל אותו, פשוט הוסיפו 7-6.5 = 0.5 למשתנה הכיול "calibration_value" בקוד. כלומר להפוך את הערך 21.34 + 0.5 = 21.84 . לאחר ביצוע שינויים אלה, העלה שוב את הקוד לארדואינו ובדוק מחדש את ה- pH על ידי טבילת אלקטרודה בפתרון הייחוס. כעת LCD אמור להציג את ערך ה- pH הנכון כלומר 7 (וריאציות קטנות ניכרות) . באופן דומה, התאם משתנה זה לכיול החיישן. ואז בדוק אם קיימים כל שאר הפתרונות לקבלת התפוקה המדויקת.
בדיקת בודק pH של ארדואינו
ניסינו את מד ה- pH של ארדואינו על ידי טבילה שלו למים טהורים ולמי לימון, תוכלו לראות את התוצאה למטה.
מים טהורים:
מי לימון:
כך אנו יכולים לבנות חיישן pH באמצעות ארדואינו וניתן להשתמש בו לבדיקת רמת ה- pH של נוזלים שונים.
הקוד המלא והדגמת הווידאו מובאים למטה