- Gerekli Bileşenler
- PH Değeri nedir?
- Yerçekimi Analog pH Sensörü Nasıl Çalışır?
- Arduino pH Metre Devre Şeması
- PH Metre için Arduino Programlama
- PH Elektrodunun Kalibrasyonu
- Arduino pH Test Cihazının Test Edilmesi
pH ölçeği, bir sıvının asitliğini ve bazlığını ölçmek için kullanılır. 1'in en asidik sıvıyı ve 14'ün en temel sıvıyı gösterdiği 1-14 arası okumalara sahip olabilir. 7 pH, asidik veya bazik olmayan nötr maddeler içindir. Artık pH hayatımızda çok önemli bir rol oynamaktadır ve çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Örneğin, bir yüzme havuzunda su kalitesini kontrol etmek için kullanılabilir. Benzer şekilde, pH ölçümü tarım, atık su arıtma, endüstriler, çevresel izleme vb. Gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılır.
Bu projede, bir Arduino pH Metre yapacağız ve bir yerçekimi pH sensörü ve Arduino kullanarak bir sıvı çözeltinin pH'ını nasıl ölçeceğimizi öğreneceğiz. Ekranda pH değerini göstermek için 16x2 LCD kullanılır. Sensörün doğruluğunu belirlemek için pH sensörünü nasıl kalibre edeceğimizi de öğreneceğiz. Öyleyse başlayalım!
Gerekli Bileşenler
- Arduino Uno
- 16 * 2 Alfanümerik LCD
- LCD için I2C Modülü
- Yerçekimi Analog pH sensörü
- Bağlantı telleri
- Breadboard
PH Değeri nedir?
Bir maddenin asitliğini ölçmek için kullandığımız birime pH denir . "H" terimi , hidrojen iyon konsantrasyonunun negatif logu olarak tanımlanır. PH aralığı 0 ila 14 arasında değerlere sahip olabilir. Saf suyun pH değeri tam olarak 7 olduğundan 7 pH değeri nötrdür. 7'den düşük değerler asidiktir ve 7'den büyük değerler bazik veya alkalindir.
Yerçekimi Analog pH Sensörü Nasıl Çalışır?
Analog pH sensörü, bir çözeltinin pH değerini ölçmek ve maddenin asitliğini veya bazlığını göstermek için tasarlanmıştır. Genellikle tarım, atık su arıtma, endüstriler, çevresel izleme vb. Gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Modül, 5V ile uyumlu 3,3-5,5V DC geniş voltaj beslemesini destekleyen yerleşik bir voltaj regülatör çipine sahiptir Arduino gibi herhangi bir kontrol panosundan 3.3V. Çıkış sinyali, donanım düşük titreşimi ile filtreleniyor.
Teknik özellikler:
Sinyal Dönüşüm Modülü:
- Besleme Voltajı: 3.3 ~ 5.5V
- BNC Prob Konektörü
- Yüksek Doğruluk: ±0.1@25ДC
- Algılama Aralığı: 0 ~ 14
PH elektrodu:
- Çalışma Sıcaklığı Aralığı: 5 ~ 60 ° C
- Sıfır (Nötr) Nokta: 7 ± 0.5
- Kolay kalibrasyon
- İç Direnç: <250MΩ
pH Sinyal Dönüşüm Panosu:
Pin Açıklaması:
V +: 5V DC girişi
G: Toprak pimi
Po: pH analog çıkışı
Yapın: 3.3V DC çıkışı
Kime: Sıcaklık çıkışı
pH Elektrot Yapısı:
Bir pH sensörünün yapısı yukarıda gösterilmiştir. PH Sensörü genellikle “Cam membran” adı verilen bir ucu olan bir cam malzemeden yapılmış bir çubuk gibi görünüyor. Bu zar, pH değeri bilinen (tipik olarak pH = 7) bir tampon çözeltisi ile doldurulur. Bu elektrot tasarımı, H + iyonlarının cam membranın içinde sürekli olarak bağlandığı bir ortam sağlar. Prob test edilecek çözeltiye daldırıldığında, test çözeltisindeki hidrojen iyonları cam membran üzerindeki diğer pozitif yüklü iyonlarla değiş tokuş etmeye başlar ve bu, potansiyeli ölçen elektronik amplifikatör modülüne beslenen membran boyunca bir elektrokimyasal potansiyel oluşturur. her iki elektrot arasında ve onu pH birimlerine dönüştürür. Bu potansiyeller arasındaki fark, Nernst denklemine göre pH değerini belirler.
Nernst Denklemi:
Nernst denklemi, bir elektrokimyasal hücrenin hücre potansiyeli, sıcaklık, reaksiyon oranı ve standart hücre potansiyeli arasında bir ilişki verir. Standart olmayan koşullarda, Nernst denklemi, bir elektrokimyasal hücredeki hücre potansiyellerini hesaplamak için kullanılır. Nernst denklemi, tam bir elektrokimyasal hücre için toplam elektromotor kuvvetini (EMF) hesaplamak için de kullanılabilir. Bu denklem, bir çözümün PH değerini hesaplamak için de kullanılır. Cam elektrot yanıtı, Nernst Denklemi tarafından yönetilir:
E = E0 - 2.3 (RT / nF) ln Q Burada Q = Reaksiyon katsayısı E = mV elektrottan çıkış E0 = Elektrot için sıfır ofset R = İdeal gaz sabiti = 8.314 J / mol-K T = ºK cinsinden sıcaklık F = Faraday sabiti = 95,484,56 C / mol N = İyonik Yük
Arduino pH Metre Devre Şeması
Bu Arduino pH metre projesi için devre şeması aşağıda verilmiştir:
PH Sinyal Dönüşüm Kartının Arduino ile Bağlanması:
Arduino ve PH sinyal dönüştürme kartı arasındaki bağlantı aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.
|
Arduino |
PH Sensör kartı |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
PH Metre için Arduino Programlama
Başarılı donanım bağlantılarından sonra, şimdi Arduino'yu programlama zamanı. Arduino ile bu pH metre için tam kod, bu eğitimin alt kısmında verilmiştir. Projenin adım adım açıklaması aşağıda verilmiştir.
Programda yapılacak ilk şey, gerekli tüm kütüphaneleri dahil etmektir. Benim durumumda, bir LCD ekranın I2C arayüzünü kullanmak için " LiquidCrystal_I2C.h" kitaplığını ve Arduino'da I2C işlevselliğini kullanmak için " Wire.h" kitaplığını dahil ettim.
#Dahil etmek
Ardından, çözeltilerin doğru pH değerini elde etmek için gerektiği gibi değiştirilebilen kalibrasyon değeri tanımlanır. (Bu, makalenin ilerleyen kısımlarında açıklanmıştır)
float calibration_value = 21.34;
İçinde kurulum (), LCD komutları LCD üzerinde bir karşılama mesajı görüntülemek için yazılır.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Hoş Geldiniz"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Devre Özeti"); gecikme (2000); lcd.clear ();
İç döngü (), 10 örnek analog değerleri okumak ve bir dizi saklayın. Bu, çıktı değerini düzeltmek için gereklidir.
for (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); gecikme (30); }
Ardından, artan sırada alınan Analog değerleri sıralayın. Bu gereklidir, çünkü sonraki aşamada örneklerin çalışma ortalamasını hesaplamamız gerekir.
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; }}}
Son olarak, 6 merkezli örnek Analog değerlerin ortalamasını hesaplayın. Daha sonra bu ortalama değer gerçek pH değerine dönüştürülür ve bir LCD ekrana yazdırılır.
for (int i = 2; i <8; i ++) ortalama + = buffer_arr; float volt = (float) ortalama * 5.0 / 1024/6; float ph_act = -5.70 * volt + calibration_value; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Değeri:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); gecikme (1000); }
PH Elektrodunun Kalibrasyonu
PH elektrodunun kalibrasyonu bu projede çok önemlidir. Bunun için değeri bildiğimiz bir çözüme ihtiyacımız var. Bu, sensörün kalibrasyonu için referans çözüm olarak alınabilir.
Farz edelim ki, PH değeri 7 (damıtılmış su) olan bir çözümümüz var. Şimdi elektrot referans çözeltiye daldırıldığında ve LCD'de görüntülenen PH değeri 6,5'tir. Daha sonra kalibre etmek için koddaki kalibrasyon değişkenine “ calibration_value” 7-6.5 = 0.5 eklemeniz yeterlidir . yani 21,34 + 0,5 = 21,84 değerini yapın. Bu değişiklikleri yaptıktan sonra, kodu tekrar Arduino'ya yükleyin ve referans solüsyona elektrodu batırarak pH'ı tekrar kontrol edin. Şimdi LCD doğru pH değerini, yani 7'yi göstermelidir (Küçük farklılıklar dikkate değerdir) . Benzer şekilde, sensörü kalibre etmek için bu değişkeni ayarlayın. Ardından, kesin çıktıyı almak için diğer tüm çözümleri kontrol edin.
Arduino pH Test Cihazının Test Edilmesi
Bu Arduino pH metreyi saf suya ve Limon suyuna batırarak denedik, sonucu aşağıda görebilirsiniz.
Saf su:
Limon suyu:
Bu, Arduino'yu kullanarak bir pH sensörünü nasıl oluşturabiliriz ve onu çeşitli sıvıların pH seviyesini kontrol etmek için kullanabiliriz.
Tam kod ve tanıtım videosu aşağıda verilmiştir.