- Componentes Requeridos
- O que é o valor do pH?
- Como funciona o sensor de pH analógico de gravidade?
- Diagrama de circuito do medidor de pH Arduino
- Programando Arduino para medidor de pH
- Calibração do eletrodo de pH
- Testando Arduino pH Tester
A escala de pH é usada para medir a acidez e basicidade de um líquido. Ele pode ter leituras que variam de 1-14, em que 1 mostra o líquido mais ácido e 14 mostra o líquido mais básico. 7 pH é para substâncias neutras que não são ácidas nem básicas. Agora, o pH desempenha um papel muito importante em nossas vidas e é usado em várias aplicações. Por exemplo, pode ser usado em uma piscina para verificar a qualidade da água. Da mesma forma, a medição de pH é usada em uma ampla variedade de aplicações, como agricultura, tratamento de águas residuais, indústrias, monitoramento ambiental, etc.
Neste projeto, vamos fazer um medidor de pH Arduino e aprender a medir o pH de uma solução líquida usando um sensor de pH por gravidade e Arduino. Um LCD 16x2 é usado para mostrar o valor do pH na tela. Também aprenderemos como calibrar o sensor de pH para determinar a precisão do sensor. Então vamos começar!
Componentes Requeridos
- Arduino Uno
- 16 * 2 LCD alfanumérico
- Módulo I2C para LCD
- Sensor de pH analógico de gravidade
- Fios de conexão
- Tábua de pão
O que é o valor do pH?
A unidade que usamos para medir a acidez de uma substância é chamada de pH . O termo “H” é definido como o log negativo da concentração de íons de hidrogênio. A faixa de pH pode ter valores de 0 a 14. Um valor de pH 7 é neutro, já que a água pura tem um valor de pH exatamente 7. Valores menores que 7 são ácidos e valores maiores que 7 são básicos ou alcalinos.
Como funciona o sensor de pH analógico de gravidade?
O sensor analógico de pH é projetado para medir o valor de pH de uma solução e mostrar a acidez ou alcalinidade da substância. É comumente usado em várias aplicações, como agricultura, tratamento de águas residuais, indústrias, monitoramento ambiental, etc. O módulo tem um chip regulador de tensão on-board que suporta o amplo fornecimento de tensão de 3,3-5,5 V DC, que é compatível com 5V e 3.3V de qualquer placa de controle como o Arduino. O sinal de saída está sendo filtrado pelo baixo jitter do hardware.
Características técnicas:
Módulo de conversão de sinal:
- Tensão de alimentação: 3,3 ~ 5,5V
- Conector de sonda BNC
- Alta precisão: ±0.1@25°C
- Faixa de detecção: 0 ~ 14
Eletrodo de PH:
- Faixa de temperatura operacional: 5 ~ 60 ° C
- Ponto Zero (Neutro): 7 ± 0,5
- Calibração fácil
- Resistência interna: <250MΩ
Placa de conversão de sinal de pH:
Descrição do pino:
V +: entrada 5V DC
G: pino de aterramento
Po: saída analógica de pH
Fazer: saída 3,3 V DC
Para: Saída de temperatura
Construção do eletrodo de pH:
A construção de um sensor de pH é mostrada acima. O sensor de pH se parece com uma haste geralmente feita de um material de vidro com uma ponta chamada “membrana de vidro”. Esta membrana é preenchida com uma solução tampão de pH conhecido (tipicamente pH = 7). Este projeto de eletrodo garante um ambiente com a ligação constante de íons H + no interior da membrana de vidro. Quando a sonda é mergulhada na solução a ser testada, os íons de hidrogênio na solução de teste começam a trocar com outros íons carregados positivamente na membrana de vidro, o que cria um potencial eletroquímico através da membrana que é alimentado para o módulo amplificador eletrônico que mede o potencial entre os dois eletrodos e os converte em unidades de pH. A diferença entre esses potenciais determina o valor do pH com base na equação de Nernst.
Equação de Nernst:
A equação de Nernst fornece uma relação entre o potencial de uma célula eletroquímica, a temperatura, o quociente de reação e o potencial de célula padrão. Em condições não padronizadas, a equação de Nernst é usada para calcular os potenciais de uma célula eletroquímica. A equação de Nernst também pode ser usada para calcular a força eletromotriz total (EMF) para uma célula eletroquímica completa. Essa equação também é usada para calcular o valor de PH de uma solução. A resposta do eletrodo de vidro é governada pela Equação de Nernst pode ser dada como:
E = E0 - 2.3 (RT / nF) ln Q Onde Q = Coeficiente de reação E = saída mV do eletrodo E0 = Deslocamento zero para o eletrodo R = Constante de gás ideal = 8,314 J / mol-K T = Temperatura em ºK F = Constante de Faraday = 95.484,56 C / mol N = Carga Iônica
Diagrama de circuito do medidor de pH Arduino
O diagrama de circuito para este projeto de medidor de pH Arduino é fornecido abaixo:
Conexão da placa de conversão de sinal de pH com Arduino:
A conexão entre o Arduino e a placa de conversão de sinal PH é mostrada na tabela abaixo.
|
Arduino |
Placa do sensor de pH |
|
5V |
V + |
|
GND |
G |
|
A0 |
Po |
Programando Arduino para medidor de pH
Após conexões de hardware bem-sucedidas, agora é hora de programar o Arduino. O código completo para este medidor de pH com Arduino é fornecido na parte inferior deste tutorial. A explicação passo a passo do projeto é fornecida abaixo.
A primeira coisa a fazer no programa é incluir todas as bibliotecas necessárias. Aqui, no meu caso, incluí a biblioteca “LiquidCrystal_I2C.h” para usar a interface I2C de um display LCD e “ Wire.h ” para usar a funcionalidade I2C no Arduino.
#incluir
Em seguida, o valor de calibração é definido, que pode ser modificado conforme necessário para obter um valor de pH preciso das soluções. (Isso é explicado posteriormente neste artigo)
float calibração_valor = 21,34;
Dentro de setup (), os comandos do LCD são escritos para exibir uma mensagem de boas-vindas no LCD.
lcd.init (); lcd.begin (16, 2); lcd.backlight (); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Bem-vindo a"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print ("Circuit Digest"); atraso (2000); lcd.clear ();
Dentro de loop (), leia 10 valores analógicos de amostra e armazene-os em um array. Isso é necessário para suavizar o valor de saída.
para (int i = 0; i <10; i ++) {buffer_arr = analogRead (A0); atraso (30); }
Em seguida, classifique os valores analógicos recebidos em ordem crescente. Isso é necessário porque precisamos calcular a média de execução das amostras no estágio posterior.
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; }}}
Finalmente, calcule a média de 6 valores analógicos de amostra central. Em seguida, esse valor médio é convertido em valor real de pH e impresso em um display LCD.
para (int i = 2; i <8; i ++) avgval + = buffer_arr; volt flutuante = (flutuante) avgval * 5,0 / 1024/6; float ph_act = -5,70 * volt + calibração_valor; lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("pH Val:"); lcd.setCursor (8, 0); lcd.print (ph_act); atraso (1000); }
Calibração do eletrodo de pH
A calibração do eletrodo de PH é muito importante neste projeto. Para isso, precisamos de uma solução cujo valor seja conhecido por nós. Isso pode ser considerado a solução de referência para a calibração do sensor.
Suponha que temos uma solução cujo valor de PH é 7 (água destilada). Agora, quando o eletrodo é mergulhado na solução de referência e o valor de PH exibido no LCD é 6,5. Então, para calibrá-lo, basta adicionar 7-6,5 = 0,5 na variável de calibração “calibração_valor” no código. ou seja, faça o valor 21,34 + 0,5 = 21,84 . Depois de fazer essas alterações, carregue novamente o código para o Arduino e verifique novamente o pH mergulhando o eletrodo na solução de referência. Agora o LCD deve mostrar o valor de pH correto, ou seja, 7 (pequenas variações são consideráveis) . Da mesma forma, ajuste esta variável para calibrar o sensor. Em seguida, verifique todas as outras soluções para obter a saída exata.
Testando Arduino pH Tester
Tentamos este medidor de pH Arduino mergulhando-o em água pura e água com limão, você pode ver o resultado abaixo.
Água pura:
Limonada:
É assim que podemos construir um sensor de pH usando o Arduino e usá-lo para verificar o nível de pH de vários líquidos.
O código completo e o vídeo de demonstração são fornecidos abaixo.