Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TermopastyTermopasty
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ph-metr do akwarium - kontrola CO2

lokii 16 Wrz 2011 09:53 33036 34
  • Ph-metr do akwarium - kontrola CO2

    Witam serdecznie wszystkich forumowiczów. Po raz pierwszy przedstawiam swoją konstrukcję na forum. Jestem początkujący w elektronice i mam świadomość, że nie udało mi się uniknąć wszystkich błędów, ale do rzeczy.

    Pomysł na wykonanie pH-metru zrodził mi się w głowie podczas wykonywania kolejnego pomiaru pH wody w akwarium za pomocą testu kropelkowego. Fiolki, strzykawki, odczynniki etc. Miałem już dość tradycyjnych testów, więc zacząłem googlować i badać temat pomiarów pH w akwarystyce. Jest kilka urządzeń dostępnych na rynku, umożliwiających pomiar wartości pH oraz sterowanie elektrozaworem CO2, niestety ich ceny są dość wygórowane. Dla ułatwienia sobie życia oraz własnej satysfakcji postanowiłem zbudować takie urządzenie własnoręcznie.

    Założenia:

    - pomiar pH w sposób ciągły - zakres 4 do 7 pH
    - sterowanie elektrozaworem CO2 zasilanym z 12V - utrzymanie stałego poziomu co2 oraz pH
    - programowa kalibracja urządzenia
    - zapis ustawień w nieulotnej pamięci eeprom
    - prostota budowy urządzenia
    - współpraca z sondą Hydromet ERH-AQ1
    - dźwiękowa sygnalizacja alarmów


    Realizacja:

    Sercem urządzenia jest ATmega 168 - wewnętrzne 8 MHz. Sygnał z sony ph jest wstępnie obrabiany przez wzmacniacz operacyjny TL074(schemat zaczerpnięty ze skalara), a następnie podawany na wejście przetwornika analogowo cyfrowego ATmegi. Resztą pomiaru zajmuje się oprogramowanie zaszyte w pamięci procesora. Układ zmontowany został na płytce jednostronnej, wykonanej metodą termotransferu, z wykorzystaniem tradycyjnych elementów przewlekanych. Płytka zwymiarowana została pod obudowę Z29. Umożliwia ona montaż urządzenia w pozycji wiszącej na pokrywie akwarium lub na ścianie obok akwarium. Urządzenie zasilane jest za zasilacza 12V, który znalazłem w szufladzie. Zasilacz musi posiadać odpowiednią wydajność prądową, dostosowaną do użytkowanego elektrozaworu. Urządzenie komunikuje się z użytkownikiem za pomocą wyświetlacza LCD 2x16 znaków. Do wprowadzania ustawień służy cztero przyciskowa klawiatura. Program został napisany w C.

    Urządzenie realizuje następujące funkcje:

    - ciągły pomiar pH
    - sterowanie elektrozaworem CO2
    - alarm o zbyt niskim lub wysokim pH
    - trzy tryby pracy podświetlenia LCD - Zawsze włączony, zawsze wyłączony, wygaszenie po 30 sekundach.
    - ustawienia zapisane w pamięci eeprom
    - programowa kalibracja sondy we wzorcowych buforach pH

    Koszty:

    Atmega 168 - 16 pln
    LCD 2x16 - 18 pln
    ICL7660 - 5,5 pln
    TL074 - 1,1 pln
    7805 - 1,8 pln
    Przekaźnik - 9 pln
    Obudowa - 5 pln
    Gniazda Zasilania - 5 pln
    Gniazdo BNC - 3 pln
    Laminat - 5 pln
    Rezystory i drobnica - 10 pln

    W sumie około: 80 pln + koszt sondy 165 pln = 245 pln

    Aktualnie dopieszczam obudowę i robię panel przedni. Całość pokaże po skończeniu panela.

    Poniżej zdjęcia z budowy pierwszej wersji urządzenia. Wersja ostateczna płytki trochę się różni. W niedługim czasie zamieszczę aktualne zdjęcia i resztę plików.

    Proszę o krytykę, co zmienić poprawić itd...

    Ph-metr do akwarium - kontrola CO2 Ph-metr do akwarium - kontrola CO2 Ph-metr do akwarium - kontrola CO2 Ph-metr do akwarium - kontrola CO2

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    lokii
    Poziom 12  
    Offline 
    Specjalizuje się w: informatyka
    lokii napisał 84 postów o ocenie 130, pomógł 3 razy. Mieszka w mieście Częstochowa. Jest z nami od 2003 roku.
  • TermopastyTermopasty
  • TermopastyTermopasty
  • #3
    michal-michalik
    Poziom 23  
    Dość tanio można wrzucić od razu temperaturę. Nie znam się na akwariach, ale temperaturę też się chyba ustawia na stałe?
    Bardzo mi się podoba, chyba nie widziałem jeszcze miernika PH na elce. Dobrze, że pojawia się coś nowego.
    Przewidujesz pełną publikację projektu (schemat, program) ?
  • #4
    przemek87
    Poziom 10  
    Jaką są sondę kupiłeś?
    Jak skalibrowałeś układ?
    Jaką temperaturę ma woda w akwarium a jaką roztwór buforowy podczas kalibrowania?
  • #5
    lokii
    Poziom 12  
    michal-michalik napisał:
    Dość tanio można wrzucić od razu temperaturę. Nie znam się na akwariach, ale temperaturę też się chyba ustawia na stałe?
    Bardzo mi się podoba, chyba nie widziałem jeszcze miernika PH na elce. Dobrze, że pojawia się coś nowego.
    Przewidujesz pełną publikację projektu (schemat, program) ?


    Do pilnowania temperatury mam grzałkę z termostatem.
    Co do publikacji projektu, to musze wszystko uporządkować. W ciągu tygodnia powinienem się wyrobić, wtedy wrzucę schemat, płytkę i plik hex.

    leonow32 napisał:
    Czy ten ph-metr się nie zużywa? Słyszałem, że tanie sondy szybko się zużywają na skutek jakichś reakcji chemicznych.


    Zużywa się elektroda pomiarowa. Trzeba ją kalibrować za pomocą wzorcowych płynów kalibrujących.

    przemek87 napisał:
    Jaką są sondę kupiłeś?
    Jak skalibrowałeś układ?
    Jaką temperaturę ma woda w akwarium a jaką roztwór buforowy podczas kalibrowania?


    Sonda firmy Hydromet ERH-AQ1.
    Układ kalibrowany programowo.
    Woda w akwarium ma 26 stopni. Bufory kalibrujące około 21-22 (temperatura pokojowa). Pewnie chodzi ci o kompensację temperaturową i zmiany ph w zależności od temperatury.
  • #6
    Komar91
    Poziom 18  
    Bardzo ładna i estetycznie wykonany układ, choć mógł byś zmyć resztki kalafonii po lutowaniu. W jakim środowisku pisałeś program? Czy ta sonda ph to taka szklana rurka z "bąblem na dole" czy może jest to sonda cyfrowa?
  • #7
    lokii
    Poziom 12  
    Elektroda dokładnie taka jak na obrazku.

    Ph-metr do akwarium - kontrola CO2

    Program napisany w AVR Studio.
  • #8
    r@lf
    Poziom 11  
    Projekt fajny, ale dlaczego zakres tylko 4-7 a nie 1-14? Kompensacja temperatury bardzo ważna rzecz bez niej wynik będzie przekłamany, a jeśli jest to kilka stopni C to przekłamanie może sięgnąć nawet stopnia pH (a to sporo), pomyśl o dorzuceniu pomiaru temperatury i kompensacji. Poza tym projekt bardzo fajny. Udostępnisz go w całości?
  • #9
    lokii
    Poziom 12  
    r@lf napisał:
    Projekt fajny, ale dlaczego zakres tylko 4-7 a nie 1-14? Kompensacja temperatury bardzo ważna rzecz bez niej wynik będzie przekłamany, a jeśli jest to kilka stopni C to przekłamanie może sięgnąć nawet stopnia pH (a to sporo), pomyśl o dorzuceniu pomiaru temperatury i kompensacji. Poza tym projekt bardzo fajny. Udostępnisz go w całości?


    Masz rację co do wpływu temperatury na wynik. Jednak w akwarystyce nie chodzi o super dokładny pomiar wartości ph, ale o utrzymanie wartości ph (a właściwie zawartości co2 w wodzie) na właściwym poziomie. Dokładność tego urządzenia i tak jest wieksza od testów kropelkowych czy paskowych i na zastosowania akwarystyczne w zupełności wystarcza. Do tego dochodzi jeszcze szybkość odczytu - wystarczy zerknąć na wyświetlacz i już wiemy co się dzieje z zawartością CO2 w wodzie.
    O kompensacji temperaturowej być może pomyślę w przyszłości.
  • #10
    FastProject
    Poziom 28  
    lokii napisał:

    Sygnał z sony ph jest wstępnie obrabiany przez wzmacniacz operacyjny TL074(schemat zaczerpnięty ze skalara), a następnie podawany na wejście przetwornika analogowo cyfrowego ATmegi.


    Jaką dokładność ma ten układ pomiarowy. Wydaje mi się, ze czytałem gdzieś o pewnych błędach konstrukcyjnych w skalarze, które powodują zużywanie sondy. Chodziło chyba o przebieg jaki jest podawany na sonde...
  • #11
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie
    Na sondę się nie podaje żadnego przebiegu, to jest elektroda, której potencjał się mierzy. Natomiast zastanawia mnie jak wpływa obrastanie elektrody glonami na pomiar pH. W takich warunkach elektroda powinna pokazywać raczej dziwaczne pomiary.
    r@lf - jaki jest sens w akwarystyce mierzyć pH w zakresie 1-14?
  • #12
    lokii
    Poziom 12  
    Myślę, że dokładność około 0.03 ph
  • #13
    austin007
    Poziom 17  
    1.Sonde należy umieścić zaraz za filtrem zewnętrznym. Z pewnością nie w akwarium. Za chwilę będzie problem z glonami etc.

    2.Nie widzę schematu. Sondy mają dużą impedancję. Wymagają odpowiednich wzmacniaczy operacyjnych (jak do przyrządów pomiarowych, niski dryft temp, etc)

    3.Jak wygląda stabilność źródła odniesienia?

    4. Na potrzeby akwarystyki słodkowodnej zupełnie wystarcza zakres pH 5-8. Jak sie uprzesz 3-9. Tylko ze względu na ew roztwory buforowe do kalibracji.

    Bez to będzie droga zabawka i to na krótko. Odczyty będą pływać.
  • #14
    r@lf
    Poziom 11  
    tmf napisał:

    r@lf - jaki jest sens w akwarystyce mierzyć pH w zakresie 1-14?


    W akwarystyce żaden. Ale z zakresem 1-14 byłoby bardziej uniwersalne, nie tylko do akwarystyki.
  • #15
    maciekc11
    Poziom 13  
    Jak kolega pocynował tą płytkę?
  • #16
    lokii
    Poziom 12  
    Płytka nie jest cynowana. Tak po prostu wyszła na zdjęciu.
  • #17
    maciekc11
    Poziom 13  
    A to jak ją kolega zabezpieczył przed utlenianiem??
  • #18
    lokii
    Poziom 12  
    Płytkę pomalowałem kalafonią rozpuszczoną w spirytusie.
  • #19
    cuber1988
    Poziom 9  
    Następnym razem jak będziesz robił poligon na płytce to pozbądź się pól z niczym niezwartych bo są to niewskazane pojemności.
  • #20
    lokii
    Poziom 12  
    cuber1988 napisał:
    Następnym razem jak będziesz robił poligon na płytce to pozbądź się pól z niczym niezwartych bo są to niewskazane pojemności.


    Zastosowałem się do rady. W pierwszym poście dodałem poprawiona płytkę.
  • #21
    Loccutus
    Poziom 14  
    Ciesze się że jeszcze ktoś coś na wzór przedpotowego skalara che robić :)

    Kilka uwag:
    C12 dużo za duży - co najwyżej kilkanaście pF w to miejsce, strasznie sobie w ten sposób spowolniłeś reakcje elektrody na zmiany pH, co prawda, w akwarium nie ma to znaczenia no ale zawsze.

    Wahania odczytu lepiej "skompensować" stosując jakieś precyzyjne źródło napięcia odniesienia zamiast dzielnika R15/R16 zasilanego z VCC

    Najlepsze efekty jednak osiągałem stosując zewnętrzny przetwornik A/D - ADS1110 na przykład. Różnica w stabilności w stosunku do A/D w atmedze - dzień do nocy, nawet mimo wprowadzenia Vref-u.

    I to są owe błędy konstrukcyjne skalara w starszych wersjach. A gwoli ścisłości na elektrodę pH nie podaje się żadnego przebiegu - w uproszczeniu można elektrodę potraktować w dużym uproszczeniu jako rodzaj "źródła napięciowego".

    BTW - wiesz że zrobiłeś na nowo Lajon'a bodajże model 120 ?? :)
  • #22
    poorchava
    Poziom 18  
    Ja bym się zastanowił nad użyciem układów AFE (Analog FrontEnd). Robi takie coś National Semiconductor. Nie są jakieś strasznie drogie a bardzo upraszczają sprawę. Dosatkowo dane konfiguracyjne czujnika można generować specjalnym programem udostępnianym przez NSc.

    Robiłem na tym wielopunktowy pomiar temperatury termoparami. W porównaniu do wykorzystania dyskretnych opampów, adc itd układ wyszedł znacznie mniejszy i tańszy, a rozdzielczość znacznie lepsza. Taki na przykład LMP90100 ma 24-bitowy (!!) przetwornik sigma-delta
  • #23
    kamil-c
    Poziom 12  
    @Loccutus Lajon 120 miał kompensacje temperaturową :) Wiem bo sam takiego kiedyś składałem przed twoim skalarem ehh to były czasy :)
  • #24
    lokii
    Poziom 12  
    @Loccutus masz rację. Kondensator tak jak napisałeś do wymiany. Jeśli chodzi o stabilność i dokładność pomiaru, to mam świadomość że stosując zewnętrzny przetwornik można uzuskćc lepsze efekty. Moim celem było zbudowanie układu niskim nakładem kosztów, co odbiło się trochę na dokładności, ale nadal będę się upierał, że w akwarystyce to zupełnie wystarczy. Wynik pomiaru jest uśredniany z 32 próbek, co troszkę sytuację poprawia.
  • #25
    jaz_12
    Poziom 11  
    lokii napisał:
    O kompensacji temperaturowej być może pomyślę w przyszłości.


    Jak zrozumiałem z Twoich wypowiedzi, chcesz dokonywać pomiaru zgrubnego. Zatem kompensacja temperaturowa wydaje się jest zbyteczna (gdy operujemy w okolicy pH=7). Czysto teoretycznie, gdy pH-metr skalibrowany jest do pomiarów w temperaturze 25C°, a próbka ma temperaturę - dajmy 20C°, przy pH=8 błąd wyniesie 0,02 (zamiast 8 zobaczysz 7,98). W przypadku próbki o pH=4 i temperaturze 75C° błąd to 0,5. (E= Eo - k•T•pH).

    W akwarium mamy do czynienia raczej ze stałą temperaturą zależną od ekosystemu. Kalibracja powinna być zatem prosta. Doprowadź roztwory kalibrujące do temperatury badanej (poprzez zanurzenie pojemników w akwarium, odczekaj 20-30 minut) i skalibruj układ. Pomiar powinien być wiarygodny, dopóki elektroda czymś nie zarośnie (pamiętać należy o jej prawidłowym, regularnym czyszczeniu zgodnie z zaleceniem producenta). Zdaje sobie sprawę, że ekonomiczny aspekt projektu jest najważniejszy. Sam jestem ciekawy, jak zaproponowana przez Ciebie elektroda sprawdzi się w czasie. Poszukiwałem elektrod do pomiaru ciągłego (przemysłowych) ale ceny są odstraszające dla hobbysty, chyba że sytuacja na rynku się zmieniła.
    j.
  • #26
    Loccutus
    Poziom 14  
    Wszystko prawda a nawet święta prawda.

    Natomiast co do elektrody to jak widzę kolega nabył właśnie najlepszą jaką mógł, bo stworzoną od podstaw do celów ciągłych pomiarów w akwarystyce.

    Najważniejsze to Tylko jeden łącznik elektrolityczny, co wprawdzie obniża dynamikę pomiarów, ale za to powoduje o wiele mniejszą "ucieczkę elektrolitu", ten zaś elektrolit dodatkowo ma podwyższoną lepkość.

    Poboczne cechy przydatne w akwarystyce to dłuższy przewód, otwór do wymiany elektrolitu no i co by nie mówić na plus mamy to że jest stosunkowo tania, dostępna no i "Made in Poland" :)

    Pochwale się - Posiadam pierwszy wyprodukowany egzemplarz :)
  • #27
    jaz_12
    Poziom 11  
    Loccutus napisał:
    Pochwale się - Posiadam pierwszy wyprodukowany egzemplarz :)


    I jak się sprawuje?
  • #28
    Loccutus
    Poziom 14  
    Sprawowała się idealnie. Punkt zerowy (w pH7) przesunął sie po roku moczenia w holendrze o ile pamiętam o 15mV, nachylenie trzymała wzorcowe 59mV/pH.

    Aha - po pół roku od uruchomienia wymieniłem elektrolit - tak pro forma.

    Potem zlikwidowałem zbiornik a elektroda powędrowała do pudełka gdzie leży po dziś dzień. Pewnie już do niczego po takim czasie (co najmniej już 2 -3 lata? ale ten czas zasuwa) przechowywania na sucho...
    Nie mniej polecam, naprawdę dobry produkt.
  • #29
    jaz_12
    Poziom 11  
    Loccutus napisał:
    Sprawowała się idealnie. Punkt zerowy (w pH7) przesunął sie po roku moczenia w holendrze o ile pamiętam o 15mV, nachylenie trzymała wzorcowe 59mV/pH.


    Biorąc pod uwagę średnią żywotność 6-8 miesięcy, wynik wręcz idealny.

    Loccutus napisał:
    Aha - po pół roku od uruchomienia wymieniłem elektrolit - tak pro forma.


    Grunt to higiena ;-)
  • #30
    flapo213
    Poziom 21  
    Cześć kolego, wszystko fajnie tylko taka mała drobna uwaga co do frezowania otworów bo mechaniczne rzeczy wcale nie są proste. Pod wyświetlacz to najlepiej jest chyba transformatowóką wypalić natomiast otwory pod przyciski a w zasadzie pod nasadki do przycisków najlepiej wykonać rozwiertakiem 10 czy 12mm to Ci wtedy kształtny otwór wyjdzie a tak jest taki że tak sie wyrażę 'podrapany'