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30 分钟

使用MCP607和TM4C129ENCZAD监测各种样品的pH值以获得诊断见解

解码酸度和碱度的秘密

pH 2 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 25, 2024

点击板

pH 2 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129ENCZAD

使用这种旨在测定样品酸碱度的解决方案,通过pH电极测量,您可以在不同的行业和领域开展各种应用和活动。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

pH 2 Click基于Microchip的低偏置电流运算放大器MCP607。该Click板的操作基于测量氢离子活性并产生电势或电压。当不同pH值的两种液体在pH电极薄玻璃膜的两侧接触时,会产生电势。pH电极是一个无源传感器,不需要激励源(电压或电流)。它被归类为双极传感器,因为它的输出可以在参考点上方和下方摆动。该板是各种pH传感应用的完美解决方案,包括水处理、化学处理、医疗仪器和环境测试系统。pH 2 Click用于检测溶液中的氢离子浓度并将其转换为相应的可用输出信号。由于pH电极产生双极信号,电极信号首先通过MCP607

进行电平转换,MCP607是一个低偏置电流运算放大器,以单位增益配置并具有可配置的参考电压用于校准。其次,由于电极的高阻抗,MCP607内部的另一个运算放大器提供所需的高输入阻抗缓冲器。缓冲信号可以通过MCP3221转换为数字值,MCP3221是一个12位分辨率的逐次逼近A/D转换器,使用2线I2C兼容接口,也可以直接发送到标记为AN的mikroBUS™插槽的模拟引脚。选择可以通过板载SMD开关标记为OUT SEL进行,放置在标记为AN或ADC的适当位置。需要注意的是,pH电极的灵敏度随温度变化。因此,可以

通过DQ端子添加DS18B20 1-wire温度计到pH 2 Click,其温度可以通过mikroBUS™插槽上的DQ引脚进行监控。此外,用户可以通过mikroBUS™插槽上的ST1和ST2引脚或通过STAT1和STAT2 LED进行视觉检测来数字监控不同状态。该Click板可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平,从而使3.3V和5V的MCU都能正确使用通信线路。此外,该Click板配备了一个库,包含易于使用的功能和示例代码,可作为进一步开发的参考。

pH 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Fusion for TIVA v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持广泛的微控制器,如不同的32位ARM® Cortex®-M基础MCUs,来自Texas Instruments,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次通过WiFi网络实现的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素,如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术,Fusion for TIVA v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方、任何

时候都能访问。Fusion for TIVA v8开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成CODEGRIP程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项,包括对JTAG、SWD和SWO Trace(单线输出)的支持,并与Mikroe软件环境无缝集成。此外,它还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB HOST/DEVICE、CAN(如果MCU卡支持的话)和以

太网也包括在内。此外,它还拥有广受好评的 mikroBUS™标准,为MCU卡提供了标准化插座(SiBRAIN标准),以及两种显示选项,用于TFT板线产品和基于字符的LCD。Fusion for TIVA v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。它由Mikroe软件工具原生支持,得益于大量不同的Click板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

Fusion for Tiva v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

1024

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

212

RAM (字节)

262144

你完善了我!

配件

该探头可与所有具有BNC连接输入的pH计一起使用,配有1米长的电缆。探头的敏感部分(球形)部分由塑料外壳保护,减少了机械损伤的可能性。EPH101用于测量各种液体的pH值(由于有塑料保护),还可以浸入系统中的流动液体中。它存放在一个塑料凝胶瓶中,具有很长的保质期。pH(氢离子浓度)探头测量液体中的氢离子活性。pH探头尖端的膜允许液体中的氢离子扩散到膜的外层,而较大的离子则留在溶液中。探头外部和内部氢离子浓度的差异会产生一个与测量液体中氢离子浓度成正比的小电流。

pH 2 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Analog Output
PE3
AN
Status Signal 1
PB6
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Thermometer Data
PD0
PWM
Status Signal 2
PB4
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB2
SCL
I2C Data
PB3
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

pH 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for Tiva v8作为您的开发板开始

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
v8 SiBRAIN Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto image step 7 hardware assembly
Necto image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 pH 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ph2_calibrate - Ph 2 校准功能

  • ph2_calculate_ph - Ph 2 计算 pH 值功能

  • ph2_calibrate_offset - Ph 2 校准偏移功能

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief pH 2 Click Example.
 *
 * # Description
 * This library contains API for pH 2 Click driver. 
 * The library initializes and defines the I2C bus drivers or 
 * ADC drivers to read data from pH probe.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs offset calibration, 
 * as well as calibration in pH-neutral substance.

 *
 * ## Application Task
 * This example demonstrates the use of the pH 2 Click board by 
 * reading pH value of the substance where probe is placed.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ph2.h"

static ph2_t ph2;   /**< pH 2 Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ph2_cfg_t ph2_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    ph2_cfg_setup( &ph2_cfg );
    PH2_MAP_MIKROBUS( ph2_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = ph2_init( &ph2, &ph2_cfg );
    if ( ( ADC_ERROR == init_flag ) || ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );
    log_printf( &logger, "     Performing calibration       \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );
    log_printf( &logger, " Disconect BNC connector, \r\n" );
    log_printf( &logger, "    short-circuit it, \r\n" );
    log_printf( &logger, " adjust offset potentiometer \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );
    log_printf( &logger, " STAT1 - turn clockwise \r\n" );
    log_printf( &logger, " STAT2 - turn counter-clockwise \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );
    
    ph2_calibrate_offset( &ph2 );
    
    log_printf( &logger, " Calibration completed \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );
    
    log_printf( &logger, " Connect probe back \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf( &logger, "  Place probe into pH  \r\n" );
    log_printf( &logger, " neutral substance for \r\n" );
    log_printf( &logger, " mid point calibration \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    log_printf( &logger, " Starting calibration  \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" );  
    
    ph2_calibrate( &ph2, 7 );
    
    log_printf( &logger, " Calibration done!  \r\n" );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" ); 
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" ); 
}

void application_task ( void ) 
{
    float pH_val = 0;
    ph2_calculate_ph( &ph2, &pH_val );
    log_printf( &logger, " pH value: %.3f \r\n", pH_val );
    log_printf( &logger, " ================================ \r\n" ); 
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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