ESP32 + pH modul a sonda – měření kyselosti kapalin v Arduino IDE

Co je pH modul PH4502C?

pH modul PH4502C umožňuje ESP32 měřit kyselost nebo zásaditost kapalin na stupnici 0–14. Modul má vestavěné potenciometry pro kalibraci, digitální výstup (DO) pro prahové upozornění a analogový výstup (PO) pro přesné napěťové čtení, které lze převést na hodnoty pH.

Na samotném modulu se nachází dva trimry. Trimr umístěný blíže k BNC konektoru slouží ke kalibraci měření, kdy je možné využít dodávaný roztok jako referenci s hodnotou pH 7. Druhým trimrem pak můžeme nastavit hranici, při jejímž překročení se rozsvítí červená kontrolní LED dioda na modulu.

Tento modul se hodí pro orientační měření kyselosti vody – pro orientační měření je rozhodně přesnější než lakmusové papírky.

Hlavní vlastnosti

Rozsah měření pH 0–14
Analogový výstup pro kontinuální monitoring a digitální prahový výstup (DO) pro upozornění na vysoké nebo nízké pH
BNC konektor pro vyměnitelnou pH sondu
Napájení 5V
Kompatibilní s ESP32 a Arduino

Potřebné komponenty

ESP32
pH modul PH4502C
pH sonda s BNC konektorem
Kalibrační roztok pH 7 (nebo prášek pH 6,86 rozpuštěný ve 250 ml destilované vody)
Propojovací vodiče

⚠️ Přesnost měření závisí na správné kalibraci. Sondu skladujte v roztoku KCl, když se nepoužívá – nikdy ji nenechávejte suchou, jinak se poškodí membrána.

Zapojení

Pin V+ připojte na 5V, pin G na GND a pin Po na analogový pin ESP32. Použijte GPIO 34 – je určen pouze pro vstup a neruší ostatní periferie.

Pin Do (digitální výstup) připojte na GPIO 35 pokud chcete využít prahové upozornění.

pH sondu zasuňte do BNC konektoru na modulu.

⚠️ Výstup Po je napětí pH senzoru (-0,4V až 0,4V) zesílené 2×. Střední hodnota napětí pH senzoru 0V (pH 7) je posunutá pomocí potenciometru na cca 1V až 2,5V. Modul proto napájejte z 5V, ne z 3,3V – jinak bude rozsah měření zkrácený.

Kalibrace před prvním použitím

Před nahráním kódu proveďte mechanickou kalibraci trimrem:

Připravte kalibrační roztok pH 7 (rozpusťte kalibrační prášek ve 250 ml destilované vody)
Ponořte sondu do roztoku a počkejte 2–3 minuty
Nahrájte Kód 1 níže a otevřete Serial Monitor
Trimrem blíže k BNC konektoru otáčejte pomalu dokud Serial Monitor nezobrazí hodnotu 7.00
Kalibrace je hotová – trimr už nenastavujte

Kód 1 – jednoduché čtení pH (pro kalibraci)

ph.ino

#define PH_PIN 34

// Kalibrační konstanta – upravte pokud hodnoty nesedí
// Výchozí hodnota pro napájení 5V a střední napětí ~2.5V
const float OFFSET = 0.0;

float prectiPH() {
  int suma = 0;

  // průměr z 10 vzorků pro stabilnější hodnotu
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    suma += analogRead(PH_PIN);
    delay(10);
  }

  float prumer = suma / 10.0;

  // přepočet ADC hodnoty (0-4095) na napětí (0-3.3V)
  float napeti = prumer * (3.3 / 4095.0);

  // přepočet napětí na pH
  // lineární vztah: pH = 7 + ((2.5 - napeti) / 0.18)
  float ph = 7.0 + ((2.5 - napeti) / 0.18) + OFFSET;

  return ph;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("pH metr připraven – kalibrujte trimrem na pH 7.00");
}

void loop() {
  float ph = prectiPH();

  Serial.print("Naměřené pH: ");
  Serial.println(ph, 2);  // 2 desetinná místa

  delay(1000);
}

Kód 2 – pH metr s hodnocením kvality vody

Po kalibraci použijte tento kód pro reálné měření s textovým hodnocením:

ph.ino

#define PH_PIN    34
#define DO_PIN    35  // digitální prahový výstup (volitelné)

const float OFFSET = 0.0;  // upravte po kalibraci

float prectiPH() {
  int suma = 0;
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    suma += analogRead(PH_PIN);
    delay(10);
  }
  float prumer = suma / 10.0;
  float napeti = prumer * (3.3 / 4095.0);
  return 7.0 + ((2.5 - napeti) / 0.18) + OFFSET;
}

String hodnoceniPH(float ph) {
  if (ph < 0 || ph > 14)  return "Mimo rozsah – zkontrolujte sondu";
  if (ph < 4.0)           return "Silně kyselé";
  if (ph < 6.0)           return "Kyselé";
  if (ph < 6.5)           return "Slabě kyselé";
  if (ph <= 7.5)          return "Neutrální ✓";
  if (ph <= 8.5)          return "Slabě zásadité";
  if (ph <= 10.0)         return "Zásadité";
  return "Silně zásadité";
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(DO_PIN, INPUT);
  Serial.println("pH metr spuštěn.");
  Serial.println("-------------------------");
}

void loop() {
  float ph = prectiPH();
  int prahovySignal = digitalRead(DO_PIN);

  Serial.print("pH: ");
  Serial.print(ph, 2);
  Serial.print(" | ");
  Serial.println(hodnoceniPH(ph));

  if (prahovySignal == LOW) {
    Serial.println("⚠️  UPOZORNĚNÍ: pH překročilo nastavený práh!");
  }

  Serial.println("-------------------------");
  delay(2000);
}

Výstup v Serial Monitoru bude vypadat například takto:

terminal

pH metr spuštěn.
-------------------------
pH: 7.02 | Neutrální ✓
-------------------------
pH: 6.43 | Slabě kyselé
-------------------------
pH: 4.31 | Kyselé
-------------------------

Jak to funguje

pH sonda generuje malé napětí v závislosti na koncentraci vodíkových iontů v kapalině. Výstup senzoru je zesílen 2× a střední hodnota (pH 7 = 0V) je posunutá pomocí potenciometru na rozsah 1V–2,5V, aby bylo možné signál číst na ADC pinu ESP32.

V kódu čteme 10 vzorků a průměrujeme je – ADC na ESP32 je citlivý na šum a bez průměrování by hodnoty skákaly. Napětí pak přepočítáváme na pH podle lineárního vzorce.

Přesnost tohoto modulu je přibližně ±0,5 pH po správné kalibraci – pro akvaristiku, hydroponii nebo monitoring bazénu zcela dostačující.

Časté problémy

Hodnoty skáčou nebo jsou nestabilní → Průměrujte více vzorků (zvyšte počet ze 10 na 20) → Napájejte modul ze stabilního 5V zdroje → Umístěte modul co nejblíže k sondě – dlouhé vodiče přidávají šum

Hodnoty nesedí ani po kalibraci trimrem → Upravte konstantu OFFSET v kódu (např. +0.5 nebo -0.3) → Ověřte čerstvost kalibračního roztoku – starý roztok zkresluje kalibraci

Sonda ukazuje stále stejnou hodnotu → Zkontrolujte BNC konektor – sonda musí být pevně zasunutá → Sonda mohla vyschnout – ponořte ji na hodinu do KCl roztoku nebo vody

Digitální výstup DO nefunguje → Nastavte druhý trimr na modulu pro požadovaný práh