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30 分钟

使用MCP607和ATmega328P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 Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

pH 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

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

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

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
PC0
AN
Status Signal 1
PD2
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Thermometer Data
PD6
PWM
Status Signal 2
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
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

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 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 image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step 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

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