使用Arduino开发板连接模拟pH传感器

风筝

在化学中，pH是用于指定水基溶液的酸性或碱性的标度。酸性溶液的pH值较低，而碱性溶液的pH值较高。因此，Ph传感器具有确定任何溶液的Ph的能力，即可以判断该物质本质上是酸性、碱性还是中性。通过了解pH，我们可以监控农业农场和养鱼场的水质。同样，pH传感器具有广泛的应用，例如废水处理、制药、化学和石化。

在本篇文章中，我们将学习如何将pH传感器与Arduino开发板连接，设计一个简单的pH计，并在OLED显示屏上显示pH值。我们还将了解pH传感器的制作和工作原理。最后，我们将学习校准方法，该方法将确定传感器的正确性和准确性。

所需的组件

以下是制作本文所需的组件。

●    Arduino UNO开发板

●    pH传感器套件

●    OLED显示屏

什么是pH？

术语pH是水溶液或其他液体溶液的酸度或碱度的定量度量。该术语广泛用于化学、生物学和农学领域，将通常在每升约1到10-14克当量之间的氢离子浓度值转换为0到14之间的数字。

在中性（既不是酸性也不是碱性）的纯净水中，氢离子的浓度为10，每升7克当量，相当于pH值为7。pH值小于7的溶液被认为是酸性（acidic）。 pH值大于7的溶液被视为碱性（alkaline）。

什么是pH计？

pH计是一种科学仪器，可测量水性溶液中的氢离子活性，指示其酸度或碱度以pH表示。 pH计测量pH电极和参比电极之间的电势差，因此pH计有时被称为“电位pH计”。电位差与溶液的酸度或pH有关。

ph计的制作与工作原理

pH酸碱度传感器具有通常由玻璃制成的棒状结构，底部装有一个装有传感器的灯泡。用于测量pH的玻璃电极具有专门设计成对氢离子浓度具有选择性的玻璃灯泡。浸入要测试的溶液中时，测试溶液中的氢离子会与玻璃灯泡上的其他带正电的离子交换，从而在灯泡上产生电化学势。电子放大器检测在测量中生成的两个电极之间的电位差，并将电位差转换为pH单位。根据能斯特方程（Nernst equation），整个玻璃灯泡上的电化学势的大小与pH线性相关。

参比电极对溶液的pH值不敏感，参比电极由连接到显示器的金属导体组成。将该导体浸入电解质溶液（通常为氯化钾）中，该电解质溶液通过多孔陶瓷膜与测试溶液接触。显示屏包含一个电压表，显示pH单位的电压。

模拟pH传感器套件

DFRobot模拟pH计专为测量溶液的pH并反映酸度或碱度而设计。作为pH计V1的升级版，该传感器极大地提高了精度和用户体验。板载稳压器芯片支持3.3〜5.5V的宽电压电源。经硬件滤波的输出信号具有低抖动。使用此pH传感器，您可以快速构建pH计来测量不同水溶液的pH值。

主要技术特点：

1.  输入电压：3.3〜5.5V

2.  硬件滤波的输出信号，低抖动

3.  Gravity连接器和BNC连接器

4.  易于校准

5.  传感器和连接器尺寸均匀，易于机械装配。

模拟pH传感器与Arduino的连接

现在，让我们将pH传感器与Arduino开发板连接。连接非常简单，下面给出电路原理图。

pH传感器有3个需要连接到Arduino的引脚。因此，如上图所示，将VCC引脚连接至Arduino的5V，GND连接至GND，并将其模拟引脚连接到Arduino的A0。

源代码

下面给出了DFRobot pH传感器与Arduino连接的源代码。只需复制代码并将其上传到Arduino开发板即可。

1. #define SensorPin A0          // the pH meter Analog output is connected with the Arduino’s Analog
   
2. unsigned long int avgValue;  //Store the average value of the sensor feedback
   
3. float b;
   
4. int buf[10],temp;
   
5. 
   
6. void setup()
   
7. {
   
8.   pinMode(13,OUTPUT);  
   
9.   Serial.begin(9600);  
   
10.   Serial.println("Ready");    //Test the serial monitor
    
11. }
    
12. void loop()
    
13. {
    
14.   for(int i=0;i<10;i++)       //Get 10 sample value from the sensor for smooth the value
    
15.   {
    
16.     buf[i]=analogRead(SensorPin);
    
17.     delay(10);
    
18.   }
    
19.   for(int i=0;i<9;i++)        //sort the analog from small to large
    
20.   {
    
21.     for(int j=i+1;j<10;j++)
    
22.     {
    
23.       if(buf[i]>buf[j])
    
24.       {
    
25.         temp=buf[i];
    
26.         buf[i]=buf[j];
    
27.         buf[j]=temp;
    
28.       }
    
29.     }
    
30.   }
    
31.   avgValue=0;
    
32.   for(int i=2;i<8;i++)                      //take the average value of 6 center sample
    
33.     avgValue+=buf[i];
    
34.   float phValue=(float)avgValue*5.0/1024/6; //convert the analog into millivolt
    
35.   phValue=3.5*phValue;                      //convert the millivolt into pH value
    
36.   Serial.print("    pH:");  
    
37.   Serial.print(phValue,2);
    
38.   Serial.println(" ");
    
39.   digitalWrite(13, HIGH);      
    
40.   delay(800);
    
41.   digitalWrite(13, LOW);
    
42. 
    
43. }

复制代码

测试不同溶液的pH值

为了测试上述设计的pH计，我使用了4种具有不同pH值的不同方案。我采取以下溶液：

1.  肥皂水：pH值约为9-10

2.  牛奶：pH值约为6.5-6.7

3.  自来水：pH值约为6.5-8.5

4.  柠檬汁：pH值约为2-3

测试结果

将代码上传到Arduino开发板后，您可以打开串口监视器并开始测试pH传感器。我使用上面提供的所有4种溶液测试了pH传感器，测试结果如下：

将pH传感器与Arduino和OLED显示屏连接

现在，让我们在OLED显示器上而不是串口监视器上显示pH值。为此，我们需要向Arduino Uno添加0.96英寸I2C OLED显示屏。连接图如下所示。

连接非常简单。将pH传感器的模拟引脚连接到Arduino的A0引脚并为其提供5V电压。另外，将OLED Display的SDA和SCL引脚分别连接到Arduino A4和A5引脚。

测试结果

上载代码后，OLED显示屏将开始显示pH值。将pH电极浸入不同的溶液中将得到不同的值，如下图所示。

pH传感器校准

如果您使用过pH测量，您将知道PH值范围是0-14。如果pH 0呈酸性，pH 7将呈中性，pH 14呈碱性。使用pH传感器时最大的问题是校准。由于Ph传感器是模拟传感器，输出取决于电压，因此需要校准。我们需要一个pH强度已知的溶液。市场上有各种PH值固定的缓冲溶液。

校准pH传感器的最简单方法是将pH电极浸入已知强度的溶液中并观察读数。例如，将电极浸入pH值为7的溶液中时，读数应显示为7。如果读数不正确，则需要旋转信号转换板上的电位器。一旦读数匹配，您就可以停止旋转，此时传感器已校准。

小虫子

你好，有pH传感器与Arduino连接显示屏的源代码吗，求解了