Der pH-Säuresensor und sein Anschluss
Im Modus Käseherstellung ermöglicht der pH-Sensor, dass Samovar in der Phase „pH abwarten“ («Ожидание pH») auf den eingestellten Säuregrad wartet. Das Messset besteht aus einer Tauchelektrode und einer PH-4502C-Platine. Die Elektrode wird an die BNC-Buchse der Platine angeschlossen; deren Analogausgang PO gibt die Spannung an Samovar weiter. Schließen Sie die Elektrode selbst nicht direkt an den ESP32 oder den ADS1115 an: Sie braucht eine Platine zur Signalaufbereitung.
Die Elektrode muss für das zu messende Produkt und dessen Temperatur geeignet sein. Ein Sensor für Wasser kann in Milch durch Eiweiß und Fett verschmutzen; ob er für dauerhaftes Eintauchen geeignet ist, ergibt sich aus dem Datenblatt der Elektrode. Eine Kalibrierung beseitigt weder Verschmutzung noch Verschleiß.
Anschluss über den ADS1115
Der ADS1115 ist ein externer ADC, also ein Wandler von Spannung in eine Zahl. Für den Anschluss benötigen Sie ein ADS1115-Modul, zwei 10-kΩ-Widerstände mit 1 % Toleranz und einen 100-nF-Kondensator. Die Werte beziehen sich auf den Ausgang der PH-4502C-Platine, nicht auf das Elektrodenkabel.
Versorgen Sie den PH-4502C mit 5 V und den ADS1115 mit 3,3 V. Verbinden Sie die GND-Massen beider Platinen und von Samovar. Prüfen Sie vor dem Anschluss die Pinbeschriftung Ihrer Platine: Die Pinreihenfolge ist von Modul zu Modul verschieden.
Verbinden Sie PO des PH-4502C über den ersten 10-kΩ-Widerstand mit AIN0 des ADS1115. Setzen Sie den zweiten 10-kΩ-Widerstand zwischen AIN0 und GND. Schalten Sie den 100-nF-Kondensator parallel zum zweiten Widerstand. Der Spannungsteiler halbiert die Spannung: 5 V an PO werden zu 2,5 V an AIN0. Der Ausgang DO wird für die pH-Messung nicht verwendet.
Verbinden Sie SDA und SCL des ADS1115 mit den gleichnamigen Leitungen des I2C von Samovar — der gemeinsamen Zweidraht-Verbindung zu den Modulen. Verwenden Sie die Pins Ihrer ESP32-Platine laut deren Schaltplan; die GPIO-Nummern hängen vom Aufbau ab. Die Pull-ups von SDA/SCL müssen an 3,3 V liegen.
Verbinden Sie ADDR mit GND: Die Adresse des ADS1115 ist dann 0x48. Ist diese Adresse bereits von einem anderen Gerät belegt, wählen Sie eine freie ADS1115-Adresse und geben Sie sie in der Build-Einstellung an. Zwei Geräte mit derselben Adresse dürfen nicht an einer Leitung arbeiten.
Aktivieren Sie die Build-Einstellung USE_ADS1115 mit dem Adresswert, zum Beispiel #define USE_ADS1115 0x48, und laden Sie die Firmware hoch. Der pH-Wert wird automatisch von AIN0 gelesen. LUA_PIN bleibt frei. Ist der ADS1115 nicht erreichbar, sind der Start der Käseherstellung und das Speichern der pH-Kalibrierung gesperrt.
Prüfen Sie die Spannung zwischen AIN0 und GND mit einem Multimeter, bevor Sie an den ESP32 anschließen. Der Messbereich des ADS1115 in der Firmware beträgt ±4,096 V, erlaubt aber nicht, an den Eingang eine Spannung oberhalb der Versorgung des Chips anzulegen. Kalibrieren Sie nach einer Änderung der Schaltung oder dem Umstieg auf den ADS1115 erneut.
Anschluss ohne den ADS1115
Ist USE_ADS1115 deaktiviert, wird der Ausgang desselben Spannungsteilers statt an AIN0 an LUA_PIN angeschlossen. Der PH-4502C wird mit 5 V versorgt; seine GND wird mit der GND von Samovar verbunden. Legen Sie niemals 5 V direkt an einen Eingang des ESP32. LUA_PIN wird auch vom Drucksensor MPX5010DP genutzt: Schließen Sie nur ein Gerät daran an. Während der Käseherstellung ist dieser Eingang durch die pH-Messung belegt und kann nicht aus Lua gelesen werden.
Wenn die Messwerte beim Einschalten von Geräten springen
Vergleichen Sie zuerst die Messwerte in einem separaten Kunststoffbecher mit Pufferlösung und im Kessel, während Sie Pumpe, Rührwerk und Heizung nacheinander einschalten. Hängen die Sprünge mit dem Einschalten von Geräten zusammen, sind elektrische Störungen eine wahrscheinliche Ursache. Ein langsames Wandern der Messwerte im Puffer bei ausgeschalteten Geräten erfordert eine Prüfung der Elektrode und des PH-4502C; eine galvanische Trennung behebt deren Defekt nicht.
Um Störungen über die gemeinsame Versorgung und Masse auszuschließen, können Sie den Messteil abtrennen: Elektrode → PH-4502C → Teiler 1:2 → ADS1115 → ADuM1250 → ESP32. Der ADuM1250 ist ein Modul zur galvanischen Trennung von I2C: Es überträgt Daten, ohne die beiden Seiten elektrisch zu verbinden.
Versorgen Sie den PH-4502C, den ADS1115 und die Messseite des ADuM1250 aus einer separaten USB-Powerbank mit 5-V-Ausgang, die geringe Last unterstützt. In dieser Schaltung erhält auch der ADS1115 5 V; der Spannungsteiler an seinem Eingang bleibt. Während der Messung darf die Powerbank weder geladen werden noch andere Teile von Samovar versorgen.
Versorgen Sie die dem ESP32 zugewandte Seite des ADuM1250 aus den 3,3 V von Samovar. Schließen Sie SDA/SCL des ADS1115 an die 5-V-Seite und SDA/SCL von Samovar an die 3,3-V-Seite an. Die Pull-up-Widerstände jeder Seite müssen an der Versorgung genau dieser Seite liegen.
Verbinden Sie die Massen der beiden Seiten nicht. Verbinden Sie sie mit einem Draht, einem USB-Kabel oder über andere Geräte, ist die Trennung aufgehoben. Die übrigen I2C-Geräte von Samovar bleiben auf der ESP32-Seite.
Platzieren Sie PH-4502C und ADS1115 nah beieinander und fern vom Heizungsregler. Halten Sie die PO-Leitung kurz und führen Sie das Elektrodenkabel abseits von Leistungsleitungen. Die ADS1115-Adresse und die Einstellung USE_ADS1115 bleiben gleich.
Dies ist eine Anschlussvariante gegen elektrische Störungen, keine Garantie für die Genauigkeit der Elektrode. Wiederholen Sie nach der Kalibrierung die Prüfung mit dem Einschalten der Geräte; die Schaltung darf beim Schalten keine reproduzierbare pH-Verschiebung zeigen.
Softwarefilter und Einschränkungen
In Firmware mit Medianfilter wird der pH-Wert aus fünf aufeinanderfolgenden Messungen im Abstand von einer Sekunde berechnet. Der Median ist nach dem Sortieren die mittlere Zahl der Reihe: Die Reihe 5,42; 5,41; 3,10; 5,43; 5,42 ergibt 5,42. Der Filter entfernt kurze Ausreißer, behebt aber weder einen konstanten Fehler noch ein langsames Wandern der Messwerte. Bei gleichmäßiger Änderung beträgt die Verzögerung etwa zwei Sekunden.
Der pH-Wert steht zur Verfügung, sobald alle fünf Werte gefüllt sind. Nach einem Lesefehler, einem ungültigen Messwert, einer Pause zwischen Messungen von mehr als fünf Sekunden, einer Änderung der Kalibrierkoeffizienten oder einem Zurücksetzen des Prozesses wird das Fenster neu gefüllt. Ein altes Ergebnis wird nicht als neue gültige Messung ausgegeben. In der Phase „pH abwarten“ («Ожидание pH») wird die Bestätigung des Erreichens der Schwelle 30 Sekunden lang gehalten.
Der Filter gilt für beide Anschlüsse — über den ADS1115 und über LUA_PIN. Das ADC-Feld auf der Kalibrierseite zeigt einen frischen Rohwert ohne diesen Filter; warten Sie, bis er sich stabilisiert, bevor Sie einen Punkt festlegen. Samovar berücksichtigt bei der pH-Umrechnung die Temperatur nicht: Vergleichen Sie Ergebnisse und Kontrollproben bei gleicher Temperatur. Eine Aktualisierung der Dokumentation auf der Website aktualisiert nicht die Firmware auf Ihrem Gerät.
Kalibrierung und Pflege
Kalibrieren Sie das gesamte zusammengebaute Set mit zwei frischen Pufferlösungen von etwa pH 7 und pH 4. Geben Sie die Werte vom Etikett der Lösung für die Messtemperatur ein. Das Vorgehen mit den Schaltflächen ist im Abschnitt
pH-Kalibrierung beschrieben.
Reinigen Sie die Elektrode nach Milch mit einem geeigneten Reiniger gegen Eiweiß- und Fettablagerungen gemäß den Herstellerangaben. Lagern Sie die Messspitze in der empfohlenen Aufbewahrungslösung für Elektroden, nicht trocken und nicht in destilliertem Wasser. Überschreiten Sie die zulässige Temperatur der Elektrode nicht. Prüfen Sie nach der Reinigung die Messwerte in einer frischen Portion Pufferlösung.
