如何制作一個(gè)Arduino pH計(jì)

　　pH標(biāo)度用于測量液體的酸度和堿度。它的讀數(shù)范圍為 1-14，其中 1 表示酸性最強(qiáng)的液體，14 表示最基本的液體。7 pH 適用于既非酸性也非堿性的中性物質(zhì)?，F(xiàn)在，pH 在我們的生活中扮演著非常重要的角色，它被用于各種應(yīng)用。例如，它可以在游泳池中用于檢查水質(zhì)。同樣，pH 測量用于農(nóng)業(yè)、廢水處理、工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等多種應(yīng)用。

　　在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將制作一個(gè)Arduino pH 計(jì)，并學(xué)習(xí)如何使用重力 pH 傳感器和 Arduino 測量液體溶液的 pH 值。16x2 LCD用于在屏幕上顯示 pH 值。我們還將學(xué)習(xí)如何校準(zhǔn) pH 傳感器以確定傳感器的精度。所以讓我們開始吧！

　　所需組件

　　阿杜諾烏諾

　　16*2 字母數(shù)字液晶屏

　　LCD用I2C模塊

　　重力模擬 pH 傳感器

　　連接線

　　面包板

　　什么是pH值？

　　我們用來測量物質(zhì)酸度的單位稱為pH 值。術(shù)語“H”定義為氫離子濃度的負(fù)對數(shù)。pH 值的范圍可以是 0 到 14。pH 值 7 是中性的，因?yàn)榧兯?pH 值正好是 7。低于 7 的值是酸性的，高于 7 的值是堿性或堿性的。

　　重力模擬 pH 傳感器如何工作？

　　模擬 pH 傳感器旨在測量溶液的 pH 值并顯示物質(zhì)的酸度或堿度。常用于農(nóng)業(yè)、污水處理、工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等多種應(yīng)用。模塊板載穩(wěn)壓芯片，支持3.3-5.5V DC寬電壓供電，兼容5V和Arduino等任何控制板的3.3V。輸出信號被硬件低抖動(dòng)過濾。

　　技術(shù)特點(diǎn)：

　　信號轉(zhuǎn)換模塊：

　　供電電壓：3.3~5.5V

　　BNC 探頭連接器

　　高精度：±0.1@25°C

　　檢測范圍：0~14

　　PH電極：

　　工作溫度范圍：5~60°C

　　零（中性）點(diǎn)：7±0.5

　　輕松校準(zhǔn)

　　內(nèi)阻：《250MΩ

　　pH 信號轉(zhuǎn)換板：

　　引腳說明：

　　V+： 5V直流輸入

　　G：接地引腳

　　Po： pH模擬輸出

　　做： 3.3V直流輸出

　　至：溫度輸出

　　pH電極結(jié)構(gòu)：

　　pH 傳感器的結(jié)構(gòu)如上圖所示。pH 傳感器看起來像一根通常由玻璃材料制成的桿，其尖端稱為“玻璃膜” 。該膜填充有已知 pH 值（通常 pH = 7）的緩沖溶液。這種電極設(shè)計(jì)確保了在玻璃膜內(nèi)部不斷結(jié)合 H+ 離子的環(huán)境。當(dāng)探針浸入待測溶液時(shí)，測試溶液中的氫離子開始與玻璃膜上的其他帶正電離子交換，從而在膜上產(chǎn)生電化學(xué)電位，該電位被饋送到測量電位的電子放大器模塊在兩個(gè)電極之間并將其轉(zhuǎn)換為pH 單位。 這些電位之間的差異決定了基于 Nernst 方程的 pH 值。

　　能斯特方程：

　　Nernst 方程給出了電化學(xué)電池的電池電位、溫度、反應(yīng)商和標(biāo)準(zhǔn)電池電位之間的關(guān)系。在非標(biāo)準(zhǔn)條件下，Nernst 方程用于計(jì)算電化學(xué)電池中的電池電位。Nernst 方程還可用于計(jì)算全電化學(xué)電池的總電動(dòng)勢 （EMF）。該方程也用于計(jì)算溶液的 PH 值。玻璃電極響應(yīng)由 Nernst 方程控制，可以給出：

　E = E0 - 2.3 (RT/nF) ln Q

?

在哪里
Q=反應(yīng)系數(shù)
E = 電極的 mV 輸出
E0 = 電極的零偏移
R = 理想氣體常數(shù) = 8.314 J/mol-K
T = 溫度，單位 oK
F = 法拉第常數(shù) = 95,484.56 C/mol
N = 離子電荷

?

　　Arduino pH計(jì)電路圖

　　這個(gè)Arduino pH計(jì)項(xiàng)目的電路圖如下：

　　pH信號轉(zhuǎn)換板與Arduino的連接：

　　Arduino與PH信號轉(zhuǎn)換板的連接如下表所示。

為 pH 計(jì)編程 Arduino

硬件連接成功后，現(xiàn)在是對 Arduino 進(jìn)行編程的時(shí)候了。這個(gè)帶有 Arduino 的 pH 計(jì)的完整代碼在本教程的底部給出。該項(xiàng)目的逐步解釋如下。

在程序中要做的第一件事是包含所有必需的庫。在我的例子中，我包含了用于使用 LCD 顯示器的 I2C 接口的“?LiquidCrystal_I2C.h”庫和用于在 Arduino 上使用 I2C 功能的“?Wire.h ”。

?

#include 
#include 
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

?

接下來，定義校準(zhǔn)值，可以根據(jù)需要對其進(jìn)行修改，以獲得準(zhǔn)確的溶液 pH 值。（這在文章后面會(huì)解釋）

?

浮動(dòng)校準(zhǔn)值 = 21.34；

?

在setup() 中，編寫了 LCD 命令用于在 LCD 上顯示歡迎消息。

?

  液晶顯示器（）；
  lcd.begin(16, 2);
  液晶背光（）；
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("歡迎來到");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("電路文摘");
  延遲（2000）；
  lcd.clear();

?

在loop() 內(nèi)部，讀取 10 個(gè)樣本模擬值并將它們存儲在一個(gè)數(shù)組中。這是平滑輸出值所必需的。

?

for(int i=0;i<10;i++)
 {
 buffer_arr[i]=analogRead(A0);
 延遲（30）；
 }

?

然后，按升序?qū)邮盏降哪M值進(jìn)行排序。這是必需的，因?yàn)槲覀冃枰诤笃谟?jì)算樣本的運(yùn)行平均值。

?

for(int i=0;i<9;i++)
 {
 for(int j=i+1;j<10;j++)
 {
 如果（buffer_arr[i]>buffer_arr[j]）
 {
 temp=buffer_arr[i]；
 buffer_arr[i]=buffer_arr[j]；
 buffer_arr[j]=溫度；
 }
 }
 }

?

最后，計(jì)算一個(gè) 6 個(gè)中心樣本 Analog 值的平均值。然后將該平均值轉(zhuǎn)換為實(shí)際的 pH 值并打印在 LCD 顯示器上。

?

for(int i=2;i<8;i++)
 avgval+=buffer_arr[i];
 浮動(dòng)電壓=（浮動(dòng)）avgval*5.0/1024/6；
 浮動(dòng) ph_act = -5.70 * 伏特 + 校準(zhǔn)值；
 lcd.setCursor(0, 0);
 lcd.print("pH值：");
 lcd.setCursor(8, 0);
 lcd.print(ph_act);
 延遲（1000）；
}

?

　　pH電極的校準(zhǔn)

　　PH 電極的校準(zhǔn)在這個(gè)項(xiàng)目中非常重要。為此，我們需要一個(gè)我們知道其價(jià)值的解決方案。這可以作為傳感器校準(zhǔn)的參考解決方案。

　　假設(shè)我們有一個(gè) PH 值為 7 的溶液（蒸餾水）。現(xiàn)在將電極浸入?yún)⒈热芤褐?，LCD 上顯示的 PH 值為 6.5。然后校準(zhǔn)它，只需在代碼中的校準(zhǔn)變量“ calibration_value”中添加7-6.5=0.5。即使值21.34 + 0.5=21.84。進(jìn)行這些更改后，再次將代碼上傳到 Arduino 并通過將電極浸入?yún)⒖既芤褐兄匦聶z查 pH 值?，F(xiàn)在 LCD 應(yīng)該顯示正確的 pH 值，即7（變化很小）。同樣，調(diào)整此變量以校準(zhǔn)傳感器。然后檢查所有其他解決方案以獲得準(zhǔn)確的輸出。

　　測試 Arduino pH 測試儀

　　我們已經(jīng)將這款 Arduino pH 計(jì)浸入純水和檸檬水中，您可以看到下面的結(jié)果。

　　純凈水：

　　檸檬水：

　　這就是我們?nèi)绾问褂?Arduino 構(gòu)建 pH 傳感器并使用它來檢查各種液體的 pH 值。

#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
浮動(dòng)校準(zhǔn)值 = 21.34；
int phval = 0;
unsigned long int avgval;
int buffer_arr[10]，溫度；
無效設(shè)置（）
{
序列號.開始（9600）；
液晶顯示器（）；
lcd.begin(16, 2);
液晶背光（）；
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("歡迎來到");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("電路文摘");
延遲（2000）；
lcd.clear();
}
無效循環(huán)（）{
for(int i=0;i<10;i++)
{
buffer_arr[i]=analogRead(A0);
延遲（30）；
}
for(int i=0;i<9;i++)
{
for(int j=i+1;j<10;j++)
{
如果（buffer_arr[i]>buffer_arr[j]）
{
temp=buffer_arr[i]；
buffer_arr[i]=buffer_arr[j]；
buffer_arr[j]=溫度；
}
}
}
平均價(jià)值=0；
for(int i=2;i<8;i++)
avgval+=buffer_arr[i];
浮動(dòng)電壓=（浮動(dòng)）avgval*5.0/1024/6；
浮動(dòng) ph_act = -5.70 * 伏特 + 校準(zhǔn)值；
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("pH值：");
lcd.setCursor(8, 0);
lcd.print(ph_act);
延遲（1000）；
}