Ph-Meter mit Arduino Uno und LCD-Display

Die pH-Skala wird verwendet, um den Säuregehalt und die Basizität einer Flüssigkeit zu messen. Es kann Messwerte im Bereich von 1 bis 14 haben, wobei 1 die sauerste Flüssigkeit und 14 die basischste Flüssigkeit zeigt. 7 Der pH-Wert gilt für neutrale Substanzen, die weder sauer noch basisch sind. Jetzt spielt der pH-Wert eine sehr wichtige Rolle in unserem Leben und wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Zum Beispiel kann es in einem Schwimmbad verwendet werden, um die Wasserqualität zu überprüfen. In ähnlicher Weise wird die pH-Messung in einer Vielzahl von Anwendungen wie Landwirtschaft, Abwasserbehandlung, Industrie, Umweltüberwachung usw. verwendet.

In diesem Projekt werden wir ein Arduino-pH-Messgerät herstellen und lernen, wie der pH-Wert einer flüssigen Lösung mit einem Schwerkraft-pH-Sensor und Arduino gemessen wird. Ein 16x2-LCD zeigt den pH-Wert auf dem Bildschirm an. Wir werden auch lernen, wie man den pH-Sensor kalibriert, um die Genauigkeit des Sensors zu bestimmen. Also lasst uns anfangen!

Erforderliche Komponenten

• Arduino Uno
• 16 * 2 Alphanumerisches LCD
• I2C-Modul für LCD
• Analoger Schwerkraft-pH-Sensor
• Kabel anschließen
• Steckbrett

Was ist der pH-Wert?

Die Einheit, mit der wir den Säuregehalt einer Substanz messen, wird als pH bezeichnet . Der Begriff "H" ist definiert als das negative Protokoll der Wasserstoffionenkonzentration. Der pH-Bereich kann Werte von 0 bis 14 haben. Ein pH-Wert von 7 ist neutral, da reines Wasser einen pH-Wert von genau 7 hat. Werte unter 7 sind sauer und Werte über 7 sind basisch oder alkalisch.

Wie funktioniert der analoge Schwerkraft-pH-Sensor?

Der analoge pH-Sensor misst den pH-Wert einer Lösung und zeigt den Säuregehalt oder die Alkalität der Substanz an. Es wird häufig in verschiedenen Anwendungen wie Landwirtschaft, Abwasserbehandlung, Industrie, Umweltüberwachung usw. verwendet. Das Modul verfügt über einen integrierten Spannungsregler-Chip, der die breite Spannungsversorgung von 3,3-5,5 V DC unterstützt und mit 5 V und 5 V kompatibel ist 3,3 V einer Steuerplatine wie Arduino. Das Ausgangssignal wird durch Hardware-Low-Jitter gefiltert.

Technische Eigenschaften:

Signalumwandlungsmodul:

• Versorgungsspannung: 3,3 ~ 5,5V
• BNC-Sondenanschluss
• Hohe Genauigkeit: ±0,1 @ 25 ° C.
• Erfassungsbereich: 0 ~ 14

PH-Elektrode:

• Betriebstemperaturbereich: 5 ~ 60 ° C.
• Nullpunkt (Neutralpunkt): 7 ± 0,5
• Einfache Kalibrierung
• Innenwiderstand: <250 MΩ

pH-Signalumwandlungskarte:

Pin Beschreibung:

V +: 5V DC Eingang

G: Erdungsstift

Po: pH-Analogausgang

Do: 3,3 V DC-Ausgang

An: Temperaturausgang

pH-Elektrodenaufbau:

Der Aufbau eines pH-Sensors ist oben dargestellt. Der pH-Sensor sieht aus wie ein Stab, der normalerweise aus einem Glasmaterial mit einer Spitze namens „Glasmembran“ besteht. Diese Membran ist mit einer Pufferlösung mit bekanntem pH (typischerweise pH = 7) gefüllt. Dieses Elektrodendesign gewährleistet eine Umgebung mit konstanter Bindung von H + -Ionen an der Innenseite der Glasmembran. Wenn die Sonde in die zu testende Lösung getaucht wird, beginnen Wasserstoffionen in der Testlösung mit anderen positiv geladenen Ionen auf der Glasmembran auszutauschen, wodurch ein elektrochemisches Potential über der Membran erzeugt wird, das dem elektronischen Verstärkermodul zugeführt wird, das das Potential misst zwischen beiden Elektroden und wandelt es in pH-Einheiten um. Die Differenz zwischen diesen Potentialen bestimmt den pH-Wert basierend auf der Nernst-Gleichung.

Nernst-Gleichung:

Die Nernst-Gleichung gibt eine Beziehung zwischen dem Zellpotential einer elektrochemischen Zelle, der Temperatur, dem Reaktionsquotienten und dem Standardzellpotential an. Unter nicht standardmäßigen Bedingungen wird die Nernst-Gleichung verwendet, um Zellpotentiale in einer elektrochemischen Zelle zu berechnen. Die Nernst-Gleichung kann auch verwendet werden, um die gesamte elektromotorische Kraft (EMF) für eine vollständige elektrochemische Zelle zu berechnen. Diese Gleichung wird auch verwendet, um den PH-Wert einer Lösung zu berechnen. Die Glaselektrodenantwort wird durch die Nernst-Gleichung bestimmt, die wie folgt angegeben werden kann:

E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q Wobei Q = Reaktionskoeffizient E = mV Ausgang der Elektrode E0 = Nullpunktverschiebung für die Elektrode R = Ideale Gaskonstante = 8,314 J / mol-K T = Temperatur in ºK F = Faradaysche Konstante = 95.484,56 C / mol N = Ionenladung

Schaltplan des Arduino pH-Messgeräts

Der Schaltplan für dieses Arduino pH-Meter-Projekt ist unten angegeben:

Verbindung der pH-Signalumwandlungskarte mit Arduino:

Die Verbindung zwischen Arduino und der PH-Signalumwandlungskarte ist in der folgenden Tabelle dargestellt.

Arduino	PH-Sensorplatine
5V	V +
GND	G
A0	Po

Programmierung von Arduino für pH Meter

Nach erfolgreichen Hardwareverbindungen ist es jetzt Zeit für die Programmierung des Arduino. Der vollständige Code für dieses pH-Messgerät mit Arduino finden Sie im unteren Teil dieses Tutorials. Die schrittweise Erklärung des Projekts ist unten angegeben.

Das erste, was Sie im Programm tun müssen, ist, alle erforderlichen Bibliotheken einzuschließen. Hier in meinem Fall habe ich die Bibliothek „ LiquidCrystal_I2C.h“ für die Verwendung der I2C-Schnittstelle eines LCD-Displays und „ Wire.h “ für die Verwendung der I2C-Funktionalität auf Arduino eingefügt .

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

Als nächstes wird der Kalibrierungswert definiert, der nach Bedarf geändert werden kann, um einen genauen pH-Wert der Lösungen zu erhalten. (Dies wird später in diesem Artikel erklärt)

float kalibrierungswert = 21,34;

In setup () werden LCD-Befehle geschrieben, um eine Begrüßungsnachricht auf dem LCD anzuzeigen.

lcd.init (); lcd.begin (16, 2); LCD-Rücklicht(); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Willkommen bei"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); Verzögerung (2000); lcd.clear ();

Innere Schleife (), 10 gelesen Probe Analogwerte und speichert sie in einem Array. Dies ist erforderlich, um den Ausgabewert zu glätten.

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

Sortieren Sie dann die empfangenen Analogwerte in aufsteigender Reihenfolge. Dies ist erforderlich, da wir im laufenden Stadium den laufenden Durchschnitt der Stichproben berechnen müssen.

für (int i = 0; i <9; i ++) {für (int j = i + 1; j <10; j ++) {if (buffer_arr> buffer_arr) {temp = buffer_arr; buffer_arr = buffer_arr; buffer_arr = temp; }}}

Berechnen Sie abschließend den Durchschnitt einer analogen 6-Center-Stichprobe. Dieser Durchschnittswert wird dann in den tatsächlichen pH-Wert umgewandelt und auf ein LCD-Display gedruckt.

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

Kalibrierung der pH-Elektrode

Die Kalibrierung der PH-Elektrode ist in diesem Projekt sehr wichtig. Dafür brauchen wir eine Lösung, deren Wert uns bekannt ist. Dies kann als Referenzlösung für die Kalibrierung des Sensors verwendet werden.

Angenommen, wir haben eine Lösung mit einem PH-Wert von 7 (destilliertes Wasser). Wenn nun die Elektrode in die Referenzlösung getaucht ist und der auf dem LCD angezeigte PH-Wert 6,5 beträgt. Um es dann zu kalibrieren, fügen Sie einfach 7-6,5 = 0,5 in die Kalibrierungsvariable „ Kalibrierungswert“ im Code ein. dh machen Sie den Wert 21,34 + 0,5 = 21,84 . Laden Sie nach diesen Änderungen den Code erneut in Arduino hoch und überprüfen Sie den pH-Wert erneut, indem Sie die Elektrode in die Referenzlösung eintauchen. Jetzt sollte das LCD den korrekten pH-Wert anzeigen, dh 7 (kleine Abweichungen sind beträchtlich) . Passen Sie diese Variable ebenfalls an, um den Sensor zu kalibrieren. Suchen Sie dann nach allen anderen Lösungen, um die genaue Ausgabe zu erhalten.

Testen des Arduino pH-Testers

Wir haben dieses Arduino pH-Messgerät ausprobiert, indem wir es in reines Wasser und Zitronenwasser getaucht haben. Das Ergebnis sehen Sie unten.

Reines Wasser:

Zitronenwasser:

Auf diese Weise können wir mit Arduino einen pH-Sensor bauen und damit den pH-Wert verschiedener Flüssigkeiten überprüfen.

Der vollständige Code und das Demonstrationsvideo sind unten angegeben.