- 필수 구성 요소
- pH 값은 무엇입니까?
- Gravity Analog pH 센서는 어떻게 작동합니까?
- Arduino pH 미터 회로도
- pH 측정기 용 Arduino 프로그래밍
- pH 전극 교정
- Arduino pH 테스터 테스트
pH 스케일은 액체의 산도와 염기도를 측정하는 데 사용됩니다. 1은 가장 산성 액체를 나타내고 14는 가장 염기성 액체를 나타내는 1-14 범위의 판독 값을 가질 수 있습니다. 7 pH는 산성도 염기성도 아닌 중성 물질입니다. 이제 pH는 우리 삶에서 매우 중요한 역할을하며 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 수영장에서 수질을 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 마찬가지로 pH 측정 은 농업, 폐수 처리, 산업, 환경 모니터링 등과 같은 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
이 프로젝트에서는 Arduino pH 측정기 를 만들고 중력 pH 센서와 Arduino를 사용하여 액체 용액의 pH를 측정하는 방법을 배웁니다. 16x2 LCD는 화면에 pH 값을 표시하는 데 사용됩니다. 또한 센서 의 정확도를 결정하기 위해 pH 센서 를 보정하는 방법을 배웁니다. 그럼 시작합시다!
필수 구성 요소
- Arduino Uno
- 16 * 2 영숫자 LCD
- LCD 용 I2C 모듈
- 중력 아날로그 pH 센서
- 전선 연결
- 브레드 보드
pH 값은 무엇입니까?
물질 의 산도 를 측정하는 데 사용하는 단위를 pH 라고 합니다. 용어 "H"는 수소 이온 농도 의 음의 로그 로 정의됩니다. pH 범위는 0에서 14까지의 값을 가질 수 있습니다. 순수한 물의 pH 값은 정확히 7이므로 pH 값 7은 중성입니다. 7보다 낮은 값은 산성이고 7보다 큰 값은 염기성 또는 알칼리성입니다.
Gravity Analog pH 센서는 어떻게 작동합니까?
아날로그 pH 센서는 용액의 pH 값을 측정하고 물질의 산도 또는 알칼리도를 표시하도록 설계되었습니다. 농업, 폐수 처리, 산업, 환경 모니터링 등과 같은 다양한 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 모듈에는 3.3-5.5V DC의 넓은 전압 공급을 지원하는 온보드 전압 조정기 칩이 있으며, 이는 5V 및 Arduino와 같은 제어 보드의 3.3V. 출력 신호는 하드웨어 낮은 지터에 의해 필터링됩니다.
기술적 인 특징들:
신호 변환 모듈:
- 공급 전압: 3.3 ~ 5.5V
- BNC 프로브 커넥터
- 고 정확도: ±0.1@25°C
- 감지 범위: 0 ~ 14
PH 전극:
- 작동 온도 범위: 5 ~ 60 ° C
- 제로 (중립) 포인트: 7 ± 0.5
- 간편한 보정
- 내부 저항: <250MΩ
pH 신호 변환 보드:
핀 설명:
V +: 5V DC 입력
G: 접지 핀
Po: pH 아날로그 출력
Do: 3.3V DC 출력
To: 온도 출력
pH 전극 구조:
pH 센서의 구성은 위에 나와 있습니다. 의 pH 센서는 일반적으로 "유리막"라는 팁을 갖는 유리 재질의로드처럼 보인다. 이 멤브레인은 알려진 pH (일반적으로 pH = 7)의 완충 용액으로 채워집니다. 이 전극 설계는 유리 멤브레인 내부에 H + 이온이 지속적으로 결합하는 환경을 보장합니다. 프로브를 테스트 할 용액에 담그면 테스트 용액의 수소 이온이 유리막의 다른 양으로 하전 된 이온과 교환되기 시작 하여 막 전체에 전기 화학적 전위 를 생성하여 전위 를 측정하는 전자 증폭기 모듈에 공급됩니다. 두 전극 사이에서 pH 단위 로 변환. 이러한 전위의 차이는 Nernst 방정식에 따라 pH 값을 결정합니다.
Nernst 방정식:
Nernst 방정식은 전기 화학 전지의 전지 전위, 온도, 반응 지수 및 표준 전지 전위 간의 관계를 제공합니다. 비표준 조건에서 Nernst 방정식은 전기 화학 셀에서 셀 전위를 계산하는 데 사용됩니다. Nernst 방정식을 사용하여 전체 전기 화학 셀에 대한 총 기전력 (EMF)을 계산할 수도 있습니다. 이 방정식은 솔루션의 PH 값을 계산하는데도 사용됩니다. 유리 전극 응답은 Nernst Equation에 의해 제어됩니다.
E = E0 - 2.3 (RT / nF의) Q LN 전극 E0 = 0에서 Q = 반응 계수 E = mV의 출력 ºK F에 전극 R = 이상적인 기체 상수 = 8.314 J / 몰-K T = 온도 오프셋 = 패러데이 상수 = 95,484.56 C / mol N = 이온 전하
Arduino pH 미터 회로도
이 Arduino pH 미터 프로젝트의 회로도 는 다음과 같습니다.
Arduino와 pH 신호 변환 보드 연결:
Arduino와 PH 신호 변환 보드의 연결은 아래 표에 나와 있습니다.
Arduino |
PH 센서 보드 |
5V |
V + |
GND |
지 |
A0 |
포 |
pH 측정기 용 Arduino 프로그래밍
성공적인 하드웨어 연결이 끝나면 이제 Arduino를 프로그래밍 할 때입니다. Arduino 를 사용하는이 pH 측정기 의 전체 코드 는이 튜토리얼의 하단에 있습니다. 프로젝트에 대한 단계별 설명은 다음과 같습니다.
프로그램에서 가장 먼저해야 할 일은 필요한 모든 라이브러리를 포함하는 것입니다. 여기에서는 LCD 디스플레이의 I2C 인터페이스를 사용하기위한 “ LiquidCrystal_I2C.h” 라이브러리와 Arduino에서 I2C 기능을 사용하기위한 “ Wire.h ”를 포함했습니다.
#포함
다음으로, 보정 값이 정의되어 용액의 정확한 pH 값을 얻기 위해 필요에 따라 수정할 수 있습니다. (이것은 기사 뒷부분에서 설명합니다)
float calibration_value = 21.34;
내부 설정은 (), LCD 명령은 LCD에 환영 메시지를 표시하기 위해 작성됩니다.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Welcome to"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("회로 다이제스트"); 지연 (2000); lcd.clear ();
내부 루프 (12), (10 개) 샘플 된 아날로그 값을 읽어 배열에 보관. 출력 값을 평활화하는 데 필요합니다.
for (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); 지연 (30); }
그런 다음 수신 된 아날로그 값을 오름차순으로 정렬합니다. 이는 이후 단계에서 샘플의 실행 평균을 계산해야하기 때문에 필요합니다.
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; }}}
마지막으로 6 개의 중앙 샘플 아날로그 값의 평균을 계산합니다. 그러면이 평균값이 실제 pH 값으로 변환되어 LCD 디스플레이에 인쇄됩니다.
for (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); 지연 (1000); }
pH 전극 교정
PH 전극의 교정은이 프로젝트에서 매우 중요합니다. 이를 위해서는 가치를 알고있는 솔루션이 필요합니다. 이것은 센서 교정을위한 기준 솔루션으로 사용할 수 있습니다.
PH 값이 7 (증류수) 인 솔루션이 있다고 가정합니다. 이제 전극을 기준 용액에 담그고 LCD에 표시되는 PH 값은 6.5입니다. 그런 다음이를 보정 하려면 코드 의 보정 변수 " calibration_value" 에 7-6.5 = 0.5 를 추가 하면됩니다. 즉 값을 21.34 + 0.5 = 21.84로 만드십시오. 이러한 변경을 수행 한 후 코드를 다시 Arduino에 업로드하고 기준 용액에 전극을 담가 pH를 다시 확인합니다. 이제 LCD에 올바른 pH 값, 즉 7 이 표시되어야합니다 (약간의 변동이 상당 함) . 마찬가지로이 변수를 조정하여 센서를 보정합니다. 그런 다음 정확한 출력을 얻기 위해 다른 모든 솔루션을 확인하십시오.
Arduino pH 테스터 테스트
아두 이노 pH 측정기를 순수한 물과 레몬 수에 담가 사용해 보았습니다. 결과는 아래와 같습니다.
순수한 물:
레몬 워터:
아두 이노를 이용하여 pH 센서를 구축하여 다양한 액체의 pH 레벨을 확인할 수있는 방법입니다.
전체 코드 및 데모 비디오 가 아래에 제공됩니다.