เครื่องวัดค่า pH โดยใช้ arduino uno และจอแสดงผล LCD

เครื่องชั่ง pH ใช้ในการวัดความเป็นกรดและความเป็นพื้นฐานของของเหลว สามารถอ่านค่าได้ตั้งแต่ 1-14 โดยที่ 1 แสดงของเหลวที่เป็นกรดมากที่สุดและ 14 แสดงของเหลวพื้นฐานที่สุด 7 pH สำหรับสารที่เป็นกลางซึ่งไม่เป็นกรดหรือเป็นพื้นฐาน ตอนนี้ pH มีบทบาทสำคัญมากในชีวิตของเราและถูกนำไปใช้ในงานต่างๆ ตัวอย่างเช่นสามารถใช้ในสระว่ายน้ำเพื่อตรวจสอบคุณภาพของน้ำ ในทำนองเดียวกันการวัดค่า pHถูกนำไปใช้ในงานที่หลากหลายเช่นการเกษตรการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมเป็นต้น

ในโครงการนี้เราจะสร้างArduino pH Meterและเรียนรู้วิธีการวัดค่า pH ของสารละลายของเหลวโดยใช้เซ็นเซอร์วัดค่า pH แรงโน้มถ่วงและ Arduino จอ LCD 16x2 ใช้เพื่อแสดงค่า pH บนหน้าจอ นอกจากนี้เรายังจะได้เรียนรู้วิธีปรับเทียบเซ็นเซอร์ pHเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของเซ็นเซอร์ เริ่มกันเลย!

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• Arduino Uno
• 16 * 2 LCD ตัวอักษรและตัวเลข
• โมดูล I2C สำหรับ LCD
• เซ็นเซอร์วัดค่า pH แบบอะนาล็อกแรงโน้มถ่วง
• การเชื่อมต่อสายไฟ
• เขียงหั่นขนม

ค่า pH คืออะไร?

หน่วยที่เราใช้ในการวัดความเป็นกรดของสารที่เรียกว่าค่า pHคำว่า“H” ถูกกำหนดให้เป็นบันทึกเชิงลบของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนช่วงของ pH สามารถมีค่าได้ตั้งแต่ 0 ถึง 14 ค่า pH 7 เป็นกลางเนื่องจากน้ำบริสุทธิ์มีค่า pH เท่ากับ 7 ค่าที่ต่ำกว่า 7 เป็นกรดและค่าที่มากกว่า 7 เป็นค่าพื้นฐานหรืออัลคาไลน์

Gravity Analog pH Sensor ทำงานอย่างไร

เซ็นเซอร์ pH แบบอะนาล็อกออกแบบมาเพื่อวัดค่า pH ของสารละลายและแสดงความเป็นกรดหรือด่างของสาร เป็นที่นิยมใช้ในงานต่างๆเช่นการเกษตรการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมเป็นต้นโมดูลนี้มีชิปควบคุมแรงดันไฟฟ้าในตัวซึ่งรองรับการจ่ายแรงดันไฟฟ้ากว้าง 3.3-5.5V DC ซึ่งเข้ากันได้กับ 5V และ 3.3V ของบอร์ดควบคุมเช่น Arduino สัญญาณเอาต์พุตกำลังถูกกรองโดยฮาร์ดแวร์ที่มีความกระวนกระวายใจต่ำ

คุณสมบัติทางเทคนิค:

โมดูลการแปลงสัญญาณ:

• การจ่ายแรงดัน: 3.3 ~ 5.5V
• ขั้วต่อ BNC Probe
• ความแม่นยำสูง: ±0.1@25°C
• ช่วงการตรวจจับ: 0 ~ 14

อิเล็กโทรด PH:

• ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน: 5 ~ 60 ° C
• จุดศูนย์ (เป็นกลาง): 7 ± 0.5
• สอบเทียบง่าย
• ความต้านทานภายใน: <250MΩ

บอร์ดแปลงสัญญาณ pH:

คำอธิบายพิน:

V +:อินพุต 5V DC

G:พินกราวด์

Po:เอาต์พุตอะนาล็อก pH

ทำ:เอาต์พุต 3.3V DC

ถึง:เอาท์พุทอุณหภูมิ

การก่อสร้างอิเล็กโทรด pH:

การสร้างเซ็นเซอร์วัดค่า pH แสดงไว้ด้านบนค่า pH เซนเซอร์ดูเหมือนคันมักจะทำจากวัสดุแก้วมีเคล็ดลับที่เรียกว่า“เมมเบรนแก้ว” เมมเบรนนี้เต็มไปด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ของ pH ที่รู้จัก (โดยทั่วไปคือ pH = 7) การออกแบบอิเล็กโทรดนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงสภาพแวดล้อมที่มีการจับไอออน H + ที่ด้านในของเยื่อแก้วอย่างต่อเนื่อง เมื่อจุ่มหัววัดลงในสารละลายที่จะทดสอบไอออนของไฮโดรเจนในสารละลายทดสอบจะเริ่มแลกเปลี่ยนกับไอออนที่มีประจุบวกอื่น ๆ บนเยื่อแก้วซึ่งจะสร้างศักย์ไฟฟ้าเคมีผ่านเมมเบรนซึ่งป้อนเข้ากับโมดูลเครื่องขยายเสียงอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งวัดความเป็นไปได้ ระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสองและแปลงเป็นหน่วย pH. ความแตกต่างระหว่างศักยภาพเหล่านี้กำหนดค่า pH ตามสมการ Nernst

สมการ Nernst:

สมการ Nernst ให้ความสัมพันธ์ระหว่างศักยภาพของเซลล์ของเซลล์ไฟฟ้าเคมีอุณหภูมิผลหารปฏิกิริยาและศักยภาพของเซลล์มาตรฐาน ในสภาวะที่ไม่ได้มาตรฐานสมการ Nernst จะใช้ในการคำนวณศักยภาพของเซลล์ในเซลล์ไฟฟ้าเคมี นอกจากนี้ยังสามารถใช้สมการ Nernst เพื่อคำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้าทั้งหมด (EMF) สำหรับเซลล์ไฟฟ้าเคมีเต็มรูปแบบ สมการนี้ใช้ในการคำนวณค่า PH ของสารละลายด้วย การตอบสนองของขั้วแก้วถูกควบคุมโดย Nernst Equation สามารถกำหนดได้ดังนี้:

E = E0 - 2.3 (RT / nF) ln Q โดยที่ Q = ค่าสัมประสิทธิ์ปฏิกิริยา E = เอาต์พุต mV จากอิเล็กโทรด E0 = ศูนย์ชดเชยสำหรับอิเล็กโทรด R = ค่าคงที่ของก๊าซในอุดมคติ = 8.314 J / mol-K T = อุณหภูมิในºK F = ค่าคงที่ของฟาราเดย์ = 95,484.56 C / mol N = ประจุไอออนิก

แผนภาพวงจร Arduino pH Meter

แผนภาพวงจรสำหรับโครงการ Arduino pH meterมีดังต่อไปนี้:

การเชื่อมต่อบอร์ดแปลงสัญญาณ pH กับ Arduino:

การเชื่อมต่อระหว่างบอร์ดแปลงสัญญาณ Arduino และ PH แสดงไว้ในตารางด้านล่าง

Arduino	บอร์ด PH Sensor
5V	V +
GND	ช
A0	ปอ

การเขียนโปรแกรม Arduino สำหรับเครื่องวัดค่า pH

หลังจากเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์สำเร็จแล้วตอนนี้ก็ถึงเวลาเขียนโปรแกรม Arduino รหัสที่สมบูรณ์สำหรับเครื่องวัดค่า pH พร้อม Arduinoนี้มีให้ที่ส่วนล่างของบทช่วยสอนนี้ คำอธิบายขั้นตอนของโครงการมีให้ด้านล่าง

สิ่งแรกที่ต้องทำในโปรแกรมคือการรวมไลบรารีที่จำเป็นทั้งหมด ในกรณีของฉันฉันได้รวมไลบรารี “ LiquidCrystal_I2C.h” สำหรับใช้อินเทอร์เฟซ I2C ของจอแสดงผล LCD และ“ Wire.h ” สำหรับการใช้ฟังก์ชัน I2C บน Arduino

# รวม # รวม LiquidCrystal_I2C จอแอลซีดี (0x27, 16, 2);

จากนั้นกำหนดค่าการสอบเทียบซึ่งสามารถแก้ไขได้ตามต้องการเพื่อให้ได้ค่า pH ที่ถูกต้องของสารละลาย (จะอธิบายต่อไปในบทความ)

ลอย Calibration_value = 21.34;

ภายใน การตั้งค่า () คำสั่ง LCD ถูกเขียนขึ้นเพื่อแสดงข้อความต้อนรับบน LCD

lcd.init (); lcd.begin (16, 2); LCD.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("ยินดีต้อนรับสู่"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("วงจรย่อย"); ล่าช้า (2000); lcd.clear ();

ภายใน ลูป () อ่านค่าอะนาล็อกตัวอย่าง 10 ค่าและเก็บไว้ในอาร์เรย์ สิ่งนี้จำเป็นเพื่อทำให้ค่าเอาต์พุตเรียบ

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

จากนั้นเรียงลำดับค่าอนาล็อกที่ได้รับจากน้อยไปมาก สิ่งนี้จำเป็นเนื่องจากเราจำเป็นต้องคำนวณค่าเฉลี่ยการทำงานของตัวอย่างในระยะต่อมา

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

สุดท้ายคำนวณค่าเฉลี่ยของค่าอะนาล็อกตัวอย่าง 6 ศูนย์ จากนั้นค่าเฉลี่ยนี้จะถูกแปลงเป็นค่า pH จริงและพิมพ์บนจอ LCD

สำหรับ (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; โวลต์ลอย = (ลอย) avgval * 5.0 / 1024/6; ลอย ph_act = -5.70 * โวลต์ + calibration_value; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("ค่า pH:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); ล่าช้า (1,000); }

การสอบเทียบอิเล็กโทรด pH

การสอบเทียบอิเล็กโทรด PH มีความสำคัญมากในโครงการนี้ สำหรับสิ่งนี้เราจำเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาที่เรารู้คุณค่า สิ่งนี้สามารถใช้เป็นโซลูชันอ้างอิงสำหรับการปรับเทียบเซ็นเซอร์

สมมติว่าเรามีสารละลายที่มีค่า PH เท่ากับ 7 (น้ำกลั่น) ตอนนี้เมื่อจุ่มอิเล็กโทรดลงในสารละลายอ้างอิงและค่า PH ที่แสดงบน LCD คือ 6.5 จากนั้นในการปรับเทียบให้เพิ่ม 7-6.5 = 0.5 ในตัวแปร การสอบเทียบ“ calibration_value” ในโค้ด คือทำให้ค่า 21.34 + 0.5 หลังจากทำการเปลี่ยนแปลงแล้วให้อัปโหลดโค้ดไปยัง Arduino อีกครั้งและตรวจสอบค่า pH อีกครั้งโดยจุ่มอิเล็กโทรดในโซลูชันอ้างอิง ตอนนี้แอลซีดีควรจะแสดงค่าพีเอชที่ถูกต้องคือ7 (รูปแบบเล็ก ๆ น้อย ๆ เป็นจำนวนมาก) ในทำนองเดียวกันให้ปรับตัวแปรนี้เพื่อปรับเทียบเซ็นเซอร์ จากนั้นตรวจสอบโซลูชันอื่น ๆ ทั้งหมดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แน่นอน

การทดสอบ Arduino pH Tester

เราได้ลองใช้เครื่องวัด pH Arduino โดยจุ่มลงในน้ำบริสุทธิ์และน้ำมะนาวคุณสามารถดูผลลัพธ์ด้านล่าง

น้ำบริสุทธิ์:

น้ำมะนาว:

นี่คือวิธีที่เราสามารถสร้างเซ็นเซอร์วัดค่า pH โดยใช้ Arduinoและสามารถใช้เพื่อตรวจสอบระดับ pH ของของเหลวต่างๆ

รหัสที่สมบูรณ์และวิดีโอสาธิต ได้รับด้านล่าง