- Composants requis
- Quelle est la valeur du pH?
- Comment fonctionne le capteur de pH analogique par gravité?
- Schéma du circuit du pH-mètre Arduino
- Programmation Arduino pour pH-mètre
- Étalonnage de l'électrode de pH
- Test du testeur de pH Arduino
L'échelle de pH est utilisée pour mesurer l'acidité et la basicité d'un liquide. Il peut avoir des lectures allant de 1 à 14, où 1 indique le liquide le plus acide et 14 le liquide le plus basique. 7 pH est pour les substances neutres qui ne sont ni acides ni basiques. Maintenant, le pH joue un rôle très important dans nos vies et il est utilisé dans diverses applications. Par exemple, il peut être utilisé dans une piscine pour vérifier la qualité de l'eau. De même, la mesure du pH est utilisée dans une grande variété d'applications telles que l'agriculture, le traitement des eaux usées, les industries, la surveillance environnementale, etc.
Dans ce projet, nous allons fabriquer un pH-mètre Arduino et apprendre à mesurer le pH d'une solution liquide à l'aide d'un capteur de pH par gravité et Arduino. Un écran LCD 16x2 est utilisé pour afficher la valeur du pH sur l'écran. Nous allons également apprendre à calibrer le capteur de pH pour déterminer la précision du capteur. Alors, commençons!
Composants requis
- Arduino Uno
- LCD alphanumérique 16 * 2
- Module I2C pour LCD
- Capteur de pH analogique à gravité
- Fils de connexion
- Planche à pain
Quelle est la valeur du pH?
L'unité que nous utilisons pour mesurer l' acidité d'une substance s'appelle le pH . Le terme «H» est défini comme le log négatif de la concentration en ions hydrogène. La plage de pH peut avoir des valeurs de 0 à 14. Une valeur de pH de 7 est neutre, car l'eau pure a une valeur de pH d'exactement 7. Les valeurs inférieures à 7 sont acides et les valeurs supérieures à 7 sont basiques ou alcalines.
Comment fonctionne le capteur de pH analogique par gravité?
Le capteur de pH analogique est conçu pour mesurer la valeur du pH d'une solution et montrer l'acidité ou l'alcalinité de la substance. Il est couramment utilisé dans diverses applications telles que l'agriculture, le traitement des eaux usées, les industries, la surveillance de l'environnement, etc. Le module dispose d'une puce de régulateur de tension intégrée qui prend en charge la large alimentation en tension de 3,3-5,5 V CC, compatible avec 5 V et 3,3 V de n'importe quelle carte de contrôle comme Arduino. Le signal de sortie est filtré par une faible gigue matérielle.
Caractéristiques techniques:
Module de conversion de signal:
- Tension d'alimentation: 3,3 ~ 5,5 V
- Connecteur de sonde BNC
- Haute précision: ±0.1@25 ° C
- Plage de détection: 0 ~ 14
Électrode PH:
- Plage de température de fonctionnement: 5 ~ 60 ° C
- Point zéro (neutre): 7 ± 0,5
- Calibrage facile
- Résistance interne: <250 MΩ
Carte de conversion de signal de pH:
Description de la broche:
V +: entrée 5V DC
G: broche de masse
Po: sortie analogique pH
Faire: sortie CC 3,3 V
Vers: sortie de température
Construction d'électrode de pH:
La construction d'un capteur de pH est illustrée ci-dessus. Le capteur de pH ressemble à une tige généralement faite d'un matériau en verre ayant une pointe appelée «membrane de verre». Cette membrane est remplie d'une solution tampon de pH connu (typiquement pH = 7). Cette conception d'électrode garantit un environnement avec la liaison constante des ions H + à l'intérieur de la membrane de verre. Lorsque la sonde est plongée dans la solution à tester, les ions hydrogène de la solution à tester commencent à s'échanger avec d'autres ions chargés positivement sur la membrane de verre, ce qui crée un potentiel électrochimique à travers la membrane qui est alimenté au module amplificateur électronique qui mesure le potentiel entre les deux électrodes et le convertit en unités de pH. La différence entre ces potentiels détermine la valeur du pH basée sur l'équation de Nernst.
Équation de Nernst:
L'équation de Nernst donne une relation entre le potentiel de cellule d'une cellule électrochimique, la température, le quotient de réaction et le potentiel de cellule standard. Dans des conditions non standard, l'équation de Nernst est utilisée pour calculer les potentiels de cellule dans une cellule électrochimique. L'équation de Nernst peut également être utilisée pour calculer la force électromotrice totale (CEM) pour une cellule électrochimique pleine. Cette équation est également utilisée pour calculer la valeur PH d'une solution. La réponse de l'électrode de verre est régie par l'équation de Nernst peut être donnée comme suit:
E = E0 - 2,3 (RT / nF) ln Q Où Q = Coefficient de réaction E = sortie mV de l'électrode E0 = Décalage zéro pour l'électrode R = Constante du gaz idéal = 8,314 J / mol-K T = Température en ºK F = Constante de Faraday = 95484,56 C / mol N = Charge ionique
Schéma du circuit du pH-mètre Arduino
Le schéma de circuit de ce projet de pH-mètre Arduino est donné ci-dessous:
Connexion de la carte de conversion du signal pH avec Arduino:
La connexion entre Arduino et la carte de conversion de signal PH est indiquée dans le tableau ci-dessous.
Arduino |
Carte de capteur de pH |
5V |
V + |
GND |
g |
A0 |
Po |
Programmation Arduino pour pH-mètre
Après des connexions matérielles réussies, il est maintenant temps de programmer l'Arduino. Le code complet de ce pH-mètre avec Arduino est donné dans la partie inférieure de ce tutoriel. L'explication étape par étape du projet est donnée ci-dessous.
La première chose à faire dans le programme est d'inclure toutes les bibliothèques requises. Ici, dans mon cas, j'ai inclus la bibliothèque « LiquidCrystal_I2C.h» pour utiliser l'interface I2C d'un écran LCD et « Wire.h » pour utiliser la fonctionnalité I2C sur Arduino.
#comprendre
Ensuite, la valeur d'étalonnage est définie, qui peut être modifiée selon les besoins pour obtenir une valeur pH précise des solutions. (Ceci est expliqué plus loin dans l'article)
float calibration_value = 21,34;
Dans setup (), des commandes LCD sont écrites pour afficher un message de bienvenue sur l'écran LCD.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); LCD rétro-éclairage(); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Bienvenue dans"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); retard (2000); lcd.clear ();
À l'intérieur de loop (), lisez 10 exemples de valeurs analogiques et stockez-les dans un tableau. Ceci est nécessaire pour lisser la valeur de sortie.
pour (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); retard (30); }
Ensuite, triez les valeurs analogiques reçues par ordre croissant. Cela est nécessaire car nous devons calculer la moyenne mobile des échantillons à un stade ultérieur.
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; }}}
Enfin, calculez la moyenne d'un échantillon central de 6 valeurs analogiques. Ensuite, cette valeur moyenne est convertie en valeur pH réelle et imprimée sur un écran LCD.
pour (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; float volt = (float) avgval * 5,0 / 1024/6; float ph_act = -5.70 * volt + calibration_value; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); retard (1000); }
Étalonnage de l'électrode de pH
L'étalonnage de l'électrode PH est très important dans ce projet. Pour cela, nous avons besoin d'une solution dont la valeur nous est connue. Cela peut être considéré comme la solution de référence pour l'étalonnage du capteur.
Supposons que nous ayons une solution dont le pH est de 7 (eau distillée). Maintenant, lorsque l'électrode est plongée dans la solution de référence et que la valeur de pH affichée sur l'écran LCD est de 6,5. Ensuite, pour l'étalonner, ajoutez simplement 7-6,5 = 0,5 dans la variable d' étalonnage «calibration_value» dans le code. c'est-à-dire que la valeur est 21,34 + 0,5 = 21,84 . Après avoir effectué ces modifications, téléchargez à nouveau le code sur Arduino et revérifiez le pH en plongeant l'électrode dans la solution de référence. L'écran LCD devrait maintenant afficher la valeur de pH correcte, c'est-à-dire 7 (les petites variations sont considérables) . De même, ajustez cette variable pour calibrer le capteur. Vérifiez ensuite toutes les autres solutions pour obtenir le résultat exact.
Test du testeur de pH Arduino
Nous avons essayé ce pH-mètre Arduino en le plongeant dans de l'eau pure et de l'eau citronnée, vous pouvez voir le résultat ci-dessous.
Eau pure:
Eau de citron:
C'est ainsi que nous pouvons construire un capteur de pH en utilisant Arduino et l'utiliser pour vérifier le niveau de pH de divers liquides.
Le code complet et la vidéo de démonstration sont donnés ci-dessous.