Меню

Датчик кислотности почвы ардуино

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

pH-метр на основе Arduino своими руками

Шкала рН используется для измерения кислотности. Она может давать показания в диапазоне от 1 до 14, где 1 показывает наиболее кислую жидкость, а 14 – самую щелочную жидкость. 7 pH – уровень для нейтральных веществ, которые не являются ни кислотными, ни щелочными. Сейчас pH играет очень важную роль в нашей жизни и используется в различных областях. Например, его можно использовать в бассейне для проверки качества воды. Аналогично, измерение pH используется в самых разных областях, таких как сельское хозяйство, очистка сточных вод, промышленность, мониторинг окружающей среды и т. д.

В этом проекте мы собираемся создать pH-метр на основе Arduino и научиться измерять уровень pH жидкого раствора с помощью датчика pH и Arduino. ЖК-дисплей 16×2 используется для отображения значения pH на экране. Мы также узнаем, как откалибровать датчик pH для повышения точности датчика.

Итак, единица измерения кислотности вещества называется pH. Термин «Н» определяется как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Диапазон рН может иметь значения от 0 до 14. Значение рН 7 является нейтральным, поскольку чистая вода имеет значение рН ровно 7. Значения ниже 7 являются кислотными, а значения больше 7 являются щелочными.

Аналоговый датчик pH предназначен для измерения значения pH раствора и определения кислотности или щелочности вещества. Он широко используется в различных приложениях, таких как сельское хозяйство, очистка сточных вод, промышленность, мониторинг окружающей среды и т. д. Модуль имеет встроенную микросхему регулятора напряжения, которая поддерживает широкий диапазон напряжения 3,3-5,5 В постоянного тока, который совместим с уровнями 5 В и 3,3 В любой платы управления, например, Arduino. Выглядит электрод датчика следующим образом.

Плата преобразования сигнала для него выглядит так:

Эта плата имеет следующие выводы: V+: вход 5 В постоянного тока, G: контакт заземления, Po: аналоговый выход pH, Do: 3,3 В постоянного тока, To: температура на выходе.

Конструкция электрода датчика уровня pH:

Датчик pH выглядит как стержень, обычно сделанный из стеклянного материала с наконечником под названием «стеклянная мембрана». Эта мембрана заполнена буферным раствором с известным значением pH (обычно pH = 7). Такая конструкция электрода обеспечивает среду с постоянным связыванием ионов H+ на внутренней стороне стеклянной мембраны. Когда зонд погружается в тестируемый раствор, ионы водорода в тестируемом растворе начинают обмениваться с другими положительно заряженными ионами на стеклянной мембране, что создает электрохимический потенциал через мембрану, которая подается на модуль электронного усилителя, который измеряет потенциал между обоими электродами и преобразует его в единицах рН. Разница между этими потенциалами определяет значение pH на основе уравнения Нернста.

Уравнение Нернста дает связь между потенциалом электрохимической ячейки, температурой, коэффициентом реакции и стандартным потенциалом ячейки. В нестандартных условиях уравнение Нернста используется для расчета потенциалов в электрохимической ячейке. Уравнение Нернста можно также использовать для расчета полной электродвижущей силы (ЭДС) для полной электрохимической ячейки. Это уравнение также используется для расчета значения pH. Отклик стеклянного электрода определяется уравнением Нернста и может быть задан как E = E0 — 2.3 (RT/nF) ln Q (Q = коэффициент реакции, E = мВ на выходе электрода, E0 = нулевое смещение для электрода, R = идеальная газовая постоянная = 8,314 Дж/моль-К, T = температура в ºK, F = постоянная Фарадея = 95 484,56 C/моль, N = ионный заряд).

Принципиальная схема pH-метра на основе Arduino приведена далее.

В ней выход платы преобразования Po мы подключаем к аналоговому входу A0 платы Arduino.

После успешного подключения аппаратных средств пришло время программировать Arduino. Полный код работы pH-метра на основе Arduino приведен далее.

Калибровка электрода датчика pH очень важна в этом проекте. Для этого нам нужно известное значение pH какого-либо раствора. Оно может быть принято как эталонное значение для калибровки датчика. Предположим, у нас есть раствор, значение pH которого равно 7 (дистиллированная вода). Теперь, когда электрод погружен в эталонный раствор и значение pH, отображаемое на ЖК-дисплее, составит примерно 6,5. Затем для калибровки просто добавьте 7-6.5 = 0.5 в калибровочную переменную «calib_value» в коде, то есть нужно сделать значение 21,34 + 0,5 = 21,84. После внесения этих изменений снова загрузите код в Arduino и перепроверьте pH, окуная электрод в контрольный раствор. Теперь на ЖК-дисплее должно отображаться правильное значение pH, то есть 7. Аналогичным образом отрегулируйте эту переменную для калибровки датчика. Затем проверьте все другие решения, чтобы получить точный результат.

Читайте также:  Особенности выращивания рассады для защищенного грунта

Мы попробовали этот pH-метр на основе Arduino, окунув электрод в чистую воду и лимонную воду, результат вы можете увидеть на следующих изображениях (первое – чистая вода, второе – лимонная кислота).

Источник

Датчик кислотности жидкости (pH-метр): инструкция, схемы и примеры использования

Используйте pH-сенсор для определения уровня кислотности жидкости. Сенсор поможет контролировать комфортную среду для выращивания растений, мониторить уютные условия для рыбок в аквариуме и приготовить настоящий квас.

Принцип работы

В состав pH-датчика входит измерительный щуп и плата управления.

Щуп сенсора выполнен в пластиковом герметичном цилиндре с двумя электродами на конце. При погружении в измеряемый раствор или воду между электродами возникает разность потенциалов, которое фиксирует и обрабатывает плата управления. А теперь немного подробнее.

Плата управления считывает разность потенциалов между электродами. При погружении в жидкость, между электродами возникает сопротивления, которое пропорционально электропроводности раствора. Далее сигнал стабилизируется и усиливается с помощью операционных усилителей. На выходе сигнал проходит фильтрацию и поступает на выходной сигнал платы.

Датчик измеряет водородный показатель рН (лат. _potentia Hydrogenii_) — мера кислотности, которая отражает концентрацию ионов водорода в жидкости. Различают три степени кислотности водных растворов:

Пример работы для Arduino и XOD

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформу из серии Arduino, например, Arduino Uno.

Источник

Тестируем почву с Ардуино и датчиком влажности FC-28

Соединяем Arduino с датчиком влажности почвы FC-28, чтобы определить, когда ваша почва под растениями нуждается в воде.

В этой статье мы собираемся использовать датчик влажности почвы FC-28 с Ардуино. Этот датчик измеряет объемное содержание воды в почве и дает нам уровень влаги. Датчик дает нам на выходе аналоговые и цифровые данное. Мы собираемся подключить его в обоих режимах.

Как работает датчик почвы FC-28?

Датчик влажности почвы состоит из двух датчиков, которые используются для измерения объемного содержания воды. Два зонда позволяют току пройти через почву, которая дает значение сопротивления, что позволяет в итоге измерить значение влаги.

Когда есть вода, почва будет проводить больше электричества, а это значит, что будет меньше сопротивление. Сухая почва плохо проводит электричество, поэтому когда воды меньше, почва проводит меньше электричества, а это значит, что сопротивление будет больше.

Датчик FC-28 можно соединить в аналоговом и цифровом режимах. Сначала мы подключим его в аналоговом режиме, а затем в цифровом.

Спецификация

Спецификации датчика влажности почвы FC-28:

  • входное напряжение: 3.3–5V
  • выходное напряжение: 0–4.2V
  • входной ток: 35mA
  • выходной сигнал: аналоговый и цифровой

Датчик влажности почвы FC-28 имеет четыре контакта:

  • VCC: питание
  • A0: аналоговый выход
  • D0: цифровой выход
  • GND: земля

Модуль также содержит потенциометр, который установит пороговое значение. Это пороговое значение будет сравниваться на компараторе LM393. Светодиод будет нам сигнализировать значение выше или ниже порогового.

Аналоговый режим

Для подключения датчика в аналоговом режиме нам потребуется использовать аналоговый выход датчика. Датчик влажности почвы FC-28 принимает аналоговые выходные значения от 0 до 1023.

Влажность измеряется в процентах, поэтому мы сопоставим эти значения от 0 до 100, а затем покажем их на последовательном мониторе (serial monitor). Вы можете установить различные значения влаги и повернуть водяную помпу «включено-выключено» согласно этим значениям.

Читайте также:  Когда подкормить сад весной

Электрическая схема

Подключите датчик влажности почвы FC-28 к Ардуино следующим образом:

  • VCC FC-28 → 5V Arduino
  • GND FC-28 → GND Arduino
  • A0 FC-28 → A0 Arduino

Код для аналогового выхода

Для аналогового выхода мы пишем такой код:

Объяснение кода

Прежде всего, мы определили две переменные: одну для контакта датчика влажности почвы, а другую для хранения выхода датчика.

В функции setup, команда Serial.begin(9600) поможет в общении между Arduino и серийным монитором. После этого, мы напечатаем «Reading From the Sensor . ” (англ. — считываем с датчика) на обычном дисплее.

В функции цикла, мы прочитаем значение от аналогового выхода датчика и сохраним значение в переменной output_value. Затем мы сопоставим выходные значения с 0-100, потому что влажность измеряется в процентах. Когда мы брали показания с сухого грунта, значение датчика было 550, а во влажном грунте значение датчика было 10. Мы сопоставили эти значения, чтобы получить значение влаги. После этого мы напечатали эти значения на последовательном мониторе.

Цифровой режим

Для подключения датчика влажности почвы FC-28 в цифровом режиме мы подключим цифровой выход датчика к цифровому контакту Arduino.

Модуль датчика содержит потенциометр, который использован для того чтобы установить пороговое значение. Пороговое значение после этого сравнивается со значением выхода датчика используя компаратор LM393, который помещен на модуле датчика FC-28. Компаратор LM393 сравнивает значение выхода датчика и пороговое значение, и после этого дает нам выходное значение через цифровой вывод.

Когда значение датчика больше чем пороговое значение, цифровой выход передаст нам 5В, и загорится светодиод датчика. В противном случае, когда значение датчика будет меньше чем это пороговое значение на цифровой вывод передастся 0В и светодиод не загорится.

Электрическая схема

Соединения для датчика влажности почвы FC-28 и Ардуино в цифровом режиме следующие:

  • VCC FC-28 → 5V Arduino
  • GND FC-28 → GND Arduino
  • D0 FC-28 → Пин 12 Arduino
  • Светодиод положительный → Вывод 13 Ардуино
  • Светодиод минус → GND Ардуино

Код для цифрового режима

Код для цифрового режима ниже:

Объяснение кода

Прежде всего, мы инициализировали 2 переменные для соединения вывода светодиода и цифрового вывода датчика.

В функции setup мы объявляем пин светодиода как пин выхода, потому что мы включим светодиод через него. Мы объявили пин датчика как входной пин, потому как Ардуино будет принимать значения от датчика через этот вывод.

В функции цикла, мы считываем с вывода датчика. Если значение более высокое чем пороговое значение, то включится светодиод. Если значение датчика будет ниже порогового значения, то индикатор погаснет.

На этом вводный урок по работе с датчиком FC-28 для Ардуино мы завершаем. Успешных вам проектов.

Источник

pH-метр (измеритель кислотности) на Arduino Uno и ЖК дисплее

Скала pH используется для измерения кислотности и валентности жидкостей. Диапазон pH составляет 1-14, где 1 соответствует наиболее кислотной жидкости, а 14 – основной жидкости. 7 pH соответствует нейтральным веществам (субстанциям), которые не являются ни кислотными, ни основными. Параметр pH играет достаточно важную роль в жизни людей. Например, его можно использовать для определения качества воды в бассейне. Также параметр pH имеет большое число разнообразных применений в сельском хозяйстве, очистке сточных вод, промышленности, мониторинге состояния окружающей среды и т.п.

В данной статье мы рассмотрим создание pH-метра (pH Meter) на основе платы Arduino Uno и гравитационного датчика pH. Значение pH мы будем показывать на экране ЖК диcплея 16×2. Также мы рассмотрим вопросы калибровки датчика pH чтобы повысить точность его измерений.

Читайте также:  Навоз плотность т м3

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
  2. ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
  3. Модуль I2C для ЖК диcплея (купить на AliExpress).
  4. Аналоговый гравитационный датчик pH (Gravity Analog pH sensor) (купить на AliExpress).
  5. Соединительные провода.
  6. Макетная плата.

Что такое значение pH?

Параметр, который мы используем для измерения кислотности веществ, называется pH. Термин “H” здесь обозначает концентрацию ионов водорода. Диапазон pH содержит значения от 0 до 14. Значение pH равное 7 обозначает нейтральную, чистую жидкость. Чистая вода имеет pH точно 7. Значения меньшие 7 обозначают кислотность, а большие 7 – основной или щелочной характер жидкости.

Как работает аналоговый гравитационный датчик pH

Аналоговый датчик pH предназначен для измерения значения pH и показывает кислотность или щелочность (щелочные свойства) вещества. Датчик содержит в своем составе встроенный чип регулятора напряжения, который поддерживает широкий диапазон питающих напряжений — 3.3-5.5V DC (постоянного тока), что позволяет его подключать к контактам 5V и 3.3V любых плат Arduino. Выходной сигнал фильтруется аппаратным фильтром.

Технические характеристики модуля преобразования:

    питающее напряжение: 3.3

5.5V;

  • BNC-соединитель (стандартный байонетный соединитель);
  • высокая точность: ±0.1@25°C;
  • диапазон измерений pH: 0

    Технические характеристики pH электрода датчика:

      диапазон рабочих температур: 5

    60°C;

  • точка нуля (нейтральная точка): 7±0.5;
  • простая калибровка;
  • внутреннее сопротивление: Назначение контактов (распиновка) платы датчика pH:
    V+ : вход напряжения 5V постоянного тока (DC);
    G : контакт земли (Ground pin, общий контакт);
    Po : аналоговый выход pH;
    Do : выход напряжения 3.3V постоянного тока (DC);
    To : выход температуры.

    Внешний вид конструкции электрода показан на следующем рисунке.

    Электрод pH выглядит обычно как трубка, сделанная из стекла, с наконечником в виде стеклянной мембраны. Эта мембрана наполняется буферным раствором с известным pH (обычно pH = 7). Электрод спроектирован таким образом, что на стеклянной мембране всегда поддерживается постоянная концентрация ионов H+. Когда электрод погружается в тестируемое вещество, ионы водорода этого вещества начинают обмен с другими позитивно заряженными ионами стеклянной мембраны, в результате чего создается электрохимический потенциал на концах мембраны, который подается на модуль электронного усиления — он измеряет разность потенциалов между двумя электродами и преобразует ее в значения pH. Преобразование разности потенциалов в значение pH осуществляется на основе уравнения Нернста.

    Уравнение Нернста

    Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар (википедия).

    Также уравнение Нернста может быть использовано для расчета общей электродвижущей силы (ЭДС) электрохимической ячейки. В нашем случае мы его используем для расчета значения pH тестируемого вещества. На основе данного уравнения разность потенциалов на концах стеклянного электрода может быть рассчитана следующим образом:

    E = E0 — 2.3 (RT/nF) ln Q

    где
    Q= коэффициент реакции
    E = выход в mV на концах электрода
    E0 = напряжение «нуля» для электрода
    R = идеальная газовая постоянная= 8.314 J/mol-K
    T = температура в ºK (Кельвинах)
    F = константа Фарадея = 95,484.56 C/mol
    N = ионный заряд

    Схема проекта

    Схема pH метра на основе платы Arduino Uno представлена на следующем рисунке.

    Соединения между платой Arduino и платой преобразования сигнала pH показаны в следующей таблице.

    Плата Arduino Плата преобразования сигнала pH
    5V V+
    GND G
    A0 Po

    Внешний вид конструкции проекта показан на следующем рисунке.

    Объяснение программы для Arduino

    Полный код программы для нашего pH метра на основе Arduino приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

    Первым делом в программе мы должны подключить все используемые библиотеки. В нашем случае мы подключили библиотеку “ LiquidCrystal_I2C.h ” для использования интерфейса I2C с целью обмена данными с ЖК дисплеем и библиотеку “ Wire.h ” для использования функционала интерфейса I2C в плате Arduino.

    Источник

    • ➤ Adblock
    detector