如何利用Arduino Uno制作臺式pH計

本文將介紹如何使用 Atlas Scientific 的重力模擬 pH 傳感器制作臺式 pH 計。

在這個項目中，我們將使用來自 Atlas Scientific 的重力模擬 pH 電路和探頭以及 Arduino Uno 制作臺式 pH 計。讀數將顯示在液晶顯示器 （LCD） 上。

特性

該儀表是在 Windows 計算機上開發(fā)的。它沒有在 Mac 上測試。

外殼不防水。

第 1 步：準備外殼

安全事項：記住在處理工具/機械時要小心，并佩戴適當的安全裝備，例如護目鏡、手套和呼吸器。

使用的外殼是 ABS 塑料外殼。針對 pH 計進行修改。

液晶顯示器的開口

a） LCD 位于外殼的頂部（蓋板）。在封面上居中放置一個 98x40mm 的矩形。

b）將工件放入虎鉗中，并在標出的矩形上鉆一個 3.2 毫米（1/8 英寸）的導向孔。

c）使用這個導向孔作為 3.2 毫米 （1/8“） 干式墻切割鉆頭的起點。由于這是一項小工作，我們將使用手鉆而不是干式墻切割機上的鉆頭。在內部工作矩形而不是線條，因為用鉆頭上的這個鉆頭以直線方式切割可能有點困難。

d）接下來，使用手動銼去除多余的材料并將矩形塑造成所需的尺寸。

切割 BNC 連接器和 Arduino 端口的開口

BNC 連接器和 Arduino 端口的開口位于外殼底部的一側。

a）使用下面提供的尺寸，標記圓的中心點和兩個矩形的輪廓。

b）將工件放入虎鉗中并切開開口。圓形開口是使用鉆頭制成的。矩形是通過遵循用于制造 LCD 開口的類似工藝制成的。

裝配底板以安裝組件

底板用于安裝 Arduino、pH 傳感器和迷你面包板。使用3.2mm厚的亞克力板。

a）使用帶鋸將亞克力板切割成 135x62.5mm。

b）標記四個孔的位置，如下所示。鉆 2.38 毫米（3/32 英寸）直徑的孔。將板一側的孔沉入 3 毫米深度和 4.4 毫米（11/64 英寸）直徑。這對于在插入螺釘以固定支座時保持平坦的下表面是必要的。

c）使用提供的螺釘連接 11 毫米支架。pH 傳感器配有 4 個支架和螺釘。將其中兩個用于 Arduino。

第 2 步：在外殼中安裝電子設備

a）將底板插入外殼底部。用螺絲或熱膠固定。

b）將 pH 傳感器安裝在底板上。用螺絲固定到支架上。

c）將 Arduino Uno 安裝到底板上。用螺絲固定到支架上。

d）將迷你面包板添加到底板上。

e）將接頭引腳焊接到 LCD（提供引腳）。將 LCD 插入外殼頂部并使用一些熱膠將屏幕固定到位。

第 3 步：將電子設備連接在一起

接線組件如上圖所示。

將迷你面包板用于 1kΩ 和 220Ω 以及分配 Arduino 的 5V 和接地引腳。

這兩個電阻用于設置屏幕對比度。

重力pH傳感器，pH探頭

第 4 步：完成組裝

接線完成后：

a）使用提供的螺釘將外殼的頂部和底部放在一起。

b）將探頭連接到 BNC 連接器。

第 5 步：將代碼上傳到 Arduino Uno

該項目的代碼使用定制的庫和頭文件。您必須將它們添加到您的 Arduino IDE 才能使用代碼。以下步驟包括將此添加到 IDE 的過程。

a）將 Arduino 連接到您的計算機并打開 IDE。如果您沒有IDE，可以從此LINK下載 IDE。轉到工具 -》 板 -》 選擇 Arduino/Genuino Uno 。轉到工具 -》 端口 -》 選擇Arduino 連接到的端口。

b）添加液晶顯示器庫：在 IDE 中轉到Sketch -》 包含庫 -》 管理庫。在庫管理器的搜索欄中輸入“液晶”。尋找標題為“LiquidCrystal Built-in by Arduino， Adafruit”的包。它可能安裝也可能不安裝。如果沒有，請選擇包并單擊install 。

c）添加 Atlas Gravity 傳感器庫，該文件將保存為“Atlas_gravity.zip”。在 IDE 中，轉到Sketch -》 Include library -》 Add.ZIP Library 。找到“Atlas_gravity.zip”文件并選擇添加。

d）接下來，我們必須添加 pH 計的代碼。將代碼復制到 IDE 工作面板上。

e）編譯并上傳代碼到 Arduino。

f）然后 pH 讀數將顯示在 LCD 上。您還可以在串行監(jiān)視器上查看讀數。要打開串行監(jiān)視器，請轉到工具 -》 串行監(jiān)視器或按鍵盤上的Ctrl+Shift+M 。將波特率設置為 9600 并選擇“回車”。

第 6 步：校準 pH 傳感器

注意：如果您打算為 Arduino 使用外部電源，請在進行校準之前將其連接到 Arduino。這將確保正確設置參考電平，這將有助于正確校準。

該 pH 計可以校準為單點、兩點或三點校準。需要標準緩沖溶液（pH 4、7 和 10）

串行監(jiān)視器用于校準過程。用戶將能夠觀察讀數的逐漸變化，因為它們達到穩(wěn)定并發(fā)送適當的命令。

校準數據存儲在 Arduino 的 EEPROM 中。

校準命令

低點：cal，4

中點：卡路里，7

高點：cal，10

清除校準：校準，清除

使用步驟

a）取出浸泡瓶并沖洗掉 pH 探針。

b）將一些 pH 值為 4 的溶液倒入杯中。確保有足夠的空間覆蓋探頭的感應區(qū)域。

c）將探頭放入杯中并攪拌以去除殘留的空氣。觀察串行監(jiān)視器上的讀數。讓探頭留在溶液中，直到讀數穩(wěn)定（從一個讀數到下一個讀數的微小移動是正常的）

d）讀數穩(wěn)定后，將命令cal， 4輸入串行監(jiān)視器。至 pH 4 的校準現(xiàn)已完成。

對 pH7 和 pH10 重復步驟 ad。請記住在使用不同的緩沖溶液時沖洗探頭。

關于溫度補償

本項目中使用的傳感器精度為 +/- 0.2%。pH 計將在 7 - 46°C 的溫度范圍內以該精度運行。在此范圍之外，必須修改儀表以進行溫度補償。

注意：pH 探頭可承受 1 - 60 °C 的溫度范圍。