Ph метр 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.

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

Arduino pH-meter using PH-4502C

Let’s build a simple pH-meter, all we need are Arduino (Uno/Nano/Whatever), PH-4502C and BNC probe.

PH Probe Sensor Pinout

TO – Temperature output

DO – 3.3V pH limit trigger

PO – PH analog output

Gnd – Gnd for PH probe

Gnd – Gnd for board

POT 1 – Analog reading offset (Nearest to BNC connector)

POT 2 – PH limit setting

Calibration

This board have the ability to supply a voltage output to the analogue board that will represent a PH value just like any other sensor that will connect to an analog pin.

Looks like PH=0 should be presented by 0V output and a PH=14 to represent 5V, but… NO

Neutral PH=7 set to 0V, this means that the voltage will go into the minuses when reading acidic PH values and obviously cannot be read by the analog Arduino port.

The offset pot is used to change this so that a PH=7 will read the expected 2.5V to the Arduino analog pin, the analog pin can read voltages between 0V and 5V hence the 2.5V that is halfway between 0V and 5V as a PH=7 is halfway between PH 0 and PH 14.

You will need to turn the offset potentiometer to get the right offset, the offset pot is the blue pot nearest to the BNC connector.

To set the offset is fairly easy.

Disconnect the probe short-circuit the BNC connector.
Use your multimeter to adjust the offset potentiometer until PO measures 2.5V
Done

Источник

Обзор емкостного датчика почвы v2.0

Автор: Сергей · Опубликовано 21.11.2020 · Обновлено 16.12.2020

Сегодня расскажу как подключить емкостный датчик влажности почвы к плате Arduino UNO с отправкой показаний на сериал порт. Так-же приведу пример калибровки, для вывода показаний в процентах %.

Технические параметры

► Напряжение питания: 3.3 — 5.5 В;
► Рабочий ток: 5mA
► Габариты: 99 х 16 х 10 мм;
► Выходное напряжение: 0 — 3.0 В
► Вес: 1 г

Общие сведения

Данный датчик, измеряет уровень влажности почвы посредством емкостного измерения, а не резистивного, как другие датчики. Это позволило увеличить срок службы датчика, так как он не подвержен коррозии. Так же, модуль включает в себя встроенный стабилизатор напряжения, с помощью которого обеспечивается диапазон работы от 3.3 В до 5.5 В, что позволяет подключить его к Arduino UNO, а так же к NodeMCU.

Выходное напряжение ёмкостного датчика почвы составляет от 1.2 В до 3.0 В. Принципиальную схему датчика можно посмотреть на рисунке ниже.

Назначение контактов модуля NEO-6M:
Емкостного датчика почвы v.2 имеет один разъем (PH2.0-3P) для подключения.
► GND — заземляющий вывод питания;
► VCC — вывод питания 3.3 В — 5 В.
► AUOT — аналоговый выход до 3В.

Подключение емкостного датчика почвы v.2 к Arduino UNO

Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Емкостной датчик почвы v.2 x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.

В данном примере подключим емкостной датчика почвы v.2 к Arduino UNO и отобразим аналоговое значение и значение влажности почвы в процентах.

Подключение:
Теперь приступим к подключению емкостной датчик почвы к Arduino UNO, схема для этого очень проста. Подключим вывод VCC к 3.3 В (Arduino UNO, а GND к GND (Arduino UNO). Точно так же подключаем вывод аналогового выхода к A0 (Arduino UNO).

Программа:
Скопируйте приведенный ниже скетч и загрузите его на свою плату Arduino.

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.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
Модуль I2C для ЖК диcплея (купить на AliExpress).
Аналоговый гравитационный датчик pH (Gravity Analog pH sensor) (купить на AliExpress).
Соединительные провода.
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:

5.5V;

BNC-соединитель (стандартный байонетный соединитель);

высокая точность: ±0.1@25°C;

диапазон измерений pH: 0

Технические характеристики pH электрода датчика:

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