Ph meter con arduino uno e display lcd

La scala del pH viene utilizzata per misurare l'acidità e la basicità di un liquido. Può avere letture comprese tra 1 e 14 dove 1 mostra il liquido più acido e 14 mostra il liquido più basico. 7 pH è per sostanze neutre che non sono né acide né basiche. Ora, il pH gioca un ruolo molto importante nelle nostre vite ed è utilizzato in varie applicazioni. Ad esempio, può essere utilizzato in una piscina per controllare la qualità dell'acqua. Allo stesso modo, la misurazione del pH viene utilizzata in un'ampia varietà di applicazioni come agricoltura, trattamento delle acque reflue, industrie, monitoraggio ambientale, ecc.

In questo progetto, realizzeremo un pHmetro Arduino e impareremo come misurare il pH di una soluzione liquida utilizzando un sensore di pH a gravità e Arduino. Un LCD 16x2 viene utilizzato per mostrare il valore del pH sullo schermo. Impareremo anche come calibrare il sensore di pH per determinare la precisione del sensore. Quindi iniziamo!

Componenti richiesti

• Arduino Uno
• LCD alfanumerico 16 * 2
• Modulo I2C per LCD
• Sensore di pH analogico a gravità
• Cavi di collegamento
• Breadboard

Cos'è il valore del pH?

L'unità che usiamo per misurare l' acidità di una sostanza è chiamata pH . Il termine "H" è definito come il log negativo della concentrazione di ioni idrogeno. L'intervallo di pH può avere valori da 0 a 14. Un valore di pH di 7 è neutro, poiché l'acqua pura ha un valore di pH esattamente di 7. Valori inferiori a 7 sono acidi e valori maggiori di 7 sono basici o alcalini.

Come funziona il sensore di pH analogico a gravità?

Il sensore di pH analogico è progettato per misurare il valore di pH di una soluzione e mostrare l'acidità o l'alcalinità della sostanza. È comunemente usato in varie applicazioni come agricoltura, trattamento delle acque reflue, industrie, monitoraggio ambientale, ecc. Il modulo ha un chip regolatore di tensione a bordo che supporta l'ampia alimentazione di tensione di 3,3-5,5 V CC, che è compatibile con 5 V e 3,3 V di qualsiasi scheda di controllo come Arduino. Il segnale di uscita viene filtrato dal jitter basso dell'hardware.

Caratteristiche tecniche:

Modulo di conversione del segnale:

• Tensione di alimentazione: 3,3 ~ 5,5 V.
• Connettore sonda BNC
• Alta precisione: ±0.1@25°C
• Intervallo di rilevamento: 0 ~ 14

Elettrodo PH:

• Intervallo di temperatura di funzionamento: 5 ~ 60 ° C
• Punto zero (neutro): 7 ± 0,5
• Facile calibrazione
• Resistenza interna: <250 MΩ

Scheda di conversione del segnale pH:

Descrizione pin:

V +: ingresso 5V CC

G: perno di messa a terra

Po: uscita analogica pH

Sì : uscita 3,3 V CC

A: Uscita temperatura

Costruzione dell'elettrodo di pH:

La struttura di un sensore di pH è mostrata sopra. Il sensore di pH si presenta come un'asta solitamente realizzata in un materiale di vetro con una punta chiamata "membrana di vetro". Questa membrana è riempita con una soluzione tampone di pH noto (tipicamente pH = 7). Questo design dell'elettrodo garantisce un ambiente con il legame costante di ioni H + all'interno della membrana di vetro. Quando la sonda viene immersa nella soluzione da testare, gli ioni idrogeno nella soluzione di test iniziano a scambiarsi con altri ioni caricati positivamente sulla membrana di vetro, che crea un potenziale elettrochimico attraverso la membrana che viene alimentato al modulo amplificatore elettronico che misura il potenziale tra entrambi gli elettrodi e lo converte in unità di pH. La differenza tra questi potenziali determina il valore del pH in base all'equazione di Nernst.

Equazione di Nernst:

L'equazione di Nernst fornisce una relazione tra il potenziale della cella di una cella elettrochimica, la temperatura, il quoziente di reazione e il potenziale della cella standard. In condizioni non standard, l'equazione di Nernst viene utilizzata per calcolare i potenziali di cella in una cella elettrochimica. L'equazione di Nernst può anche essere utilizzata per calcolare la forza elettromotrice totale (EMF) per una cella elettrochimica completa. Questa equazione viene utilizzata anche per calcolare il valore PH di una soluzione. La risposta dell'elettrodo di vetro è regolata dall'equazione di Nernst può essere data come:

E = E0 - 2.3 (RT / nF) ln Q Dove Q = coefficiente di reazione E = uscita in mV dall'elettrodo E0 = offset di zero per l'elettrodo R = costante del gas ideale = 8,314 J / mol-K T = temperatura in ºK F = Costante di Faraday = 95.484,56 C / mol N = carica ionica

Schema del circuito del misuratore di pH Arduino

Di seguito è riportato lo schema del circuito per questo progetto del misuratore di pH Arduino:

Collegamento della scheda di conversione del segnale di pH con Arduino:

La connessione tra Arduino e la scheda di conversione del segnale PH è mostrata nella tabella sottostante.

Arduino	Scheda sensore PH
5V	V +
GND	G
A0	Po

Programmazione di Arduino per pHmetro

Dopo le connessioni hardware riuscite, ora è il momento di programmare Arduino. Il codice completo per questo pHmetro con Arduino è fornito nella parte inferiore di questo tutorial. Di seguito viene fornita la spiegazione graduale del progetto.

La prima cosa da fare nel programma è includere tutte le librerie richieste. Qui nel mio caso, ho incluso la libreria “ LiquidCrystal_I2C.h” per l'utilizzo dell'interfaccia I2C di un display LCD e “ Wire.h ” per l'utilizzo della funzionalità I2C su Arduino.

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

Successivamente, viene definito il valore di calibrazione, che può essere modificato secondo necessità per ottenere un valore di pH accurato delle soluzioni. (Questo è spiegato più avanti nell'articolo)

float Calibration_value = 21.34;

All'interno di setup (), i comandi LCD sono scritti per visualizzare un messaggio di benvenuto sull'LCD.

lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Benvenuto in"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); ritardo (2000); lcd.clear ();

All'interno di loop (), leggi 10 valori analogici di esempio e memorizzali in un array. Ciò è necessario per uniformare il valore di output.

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

Quindi, ordinare i valori analogici ricevuti in ordine crescente. Ciò è necessario perché dobbiamo calcolare la media corrente dei campioni nella fase successiva.

for (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; }}}

Infine, calcola la media di un campione di 6 valori analogici centrali. Quindi questo valore medio viene convertito in valore pH effettivo e stampato su un display LCD.

for (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5,0 / 1024/6; float ph_act = -5.70 * volt + calibrazione_value; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); ritardo (1000); }

Calibrazione dell'elettrodo di pH

La calibrazione dell'elettrodo PH è molto importante in questo progetto. Per questo, abbiamo bisogno di una soluzione il cui valore ci sia noto. Questa può essere presa come soluzione di riferimento per la calibrazione del sensore.

Supponiamo di avere una soluzione il cui valore PH è 7 (acqua distillata). Ora quando l'elettrodo è immerso nella soluzione di riferimento e il valore di PH visualizzato sull'LCD è 6,5. Quindi, per calibrarlo, basta aggiungere 7-6,5 = 0,5 nella variabile di calibrazione "Calibration_value" nel codice. vale a dire rendere il valore 21,34 + 0,5 = 21,84 . Dopo aver apportato queste modifiche, caricare nuovamente il codice su Arduino e ricontrollare il pH immergendo l'elettrodo nella soluzione di riferimento. Ora il display LCD dovrebbe mostrare il valore di pH corretto, cioè 7 (le piccole variazioni sono considerevoli) . Allo stesso modo, regolare questa variabile per calibrare il sensore. Quindi controlla tutte le altre soluzioni per ottenere l'output esatto.

Test di Arduino pH Tester

Abbiamo provato questo pHmetro Arduino immergendolo in acqua pura e acqua di limone, puoi vedere il risultato qui sotto.

Acqua pura:

Limonata:

È così che possiamo costruire un sensore di pH usando Arduino e possiamo usarlo per controllare il livello di pH di vari liquidi.

Di seguito sono riportati il codice completo e il video dimostrativo.