Kā izveidot precīzu gaisa plūsmas ātruma sensoru, izmantojot Arduino par COVID-19 ventilatoru, kas mazāks par 20 £: 7 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Lūdzu, skatiet šo ziņojumu, lai uzzinātu jaunāko šī atveres plūsmas sensora dizainu:

Šajā instrukcijā ir parādīts, kā izveidot gaisa plūsmas ātruma sensoru, izmantojot zemu izmaksu spiediena starpības sensoru un viegli pieejamus materiālus. Konstrukcija ir paredzēta atveres tipa plūsmas sensoram, atvere (mūsu gadījumā mazgātājs) nodrošina ierobežojumu, un mēs varam aprēķināt plūsmu, izmērot spiediena starpību visā atverē.

Sākotnēji mēs izstrādājām un izgatavojām šo sensoru savam projektam ar nosaukumu OpenVent-Bristol, kas ir atvērtā koda dizains ātras ražošanas ventilatoram COVID-19 ārstēšanai. Tomēr šo sensoru var izmantot gandrīz jebkurā gaisa plūsmas noteikšanas lietojumprogrammā.

Šī sākotnējā mūsu dizaina versija ir pilnībā izgatavota, izmantojot gatavās detaļas, nav nepieciešama 3D drukāšana vai griešana ar lāzeru.

Pievienotajā zīmējumā parādīts dizaina šķērsgriezuma rasējums. Vienkārši ir 2 santehnikas cauruļu garumi ar starplīmētu virsmu, mērot spiediena starpību caur atveri, lai aprēķinātu plūsmas ātrumu.

Izbaudi!! un sniedziet mums komentāru, ja izveidojat savu.

1. darbība: iegādājieties detaļas

Šīs detaļas jums būs nepieciešamas:

• 2x 15 cm garumā 22 mm OD PVC santehnikas caurule
• 1x metāla paplāksne ID 5,5 mm OD aptuveni 20 mm (labi no 19,5 līdz 22 mm)

• Spiediena starpības sensors (aptuveni £ 10). Mēs izmantojām MPX5010DP, taču, iespējams, vēlēsities izvēlēties citu, lai tas atbilstu jūsu sistēmas spiedienam. Tālāk ir norādīti daži veikalu piemēri, kas pārdod šos sensorus:

  • uk.rs-online.com/web/p/pressure-sensors/71…
  • www.digikey.co.uk/product-detail/en/nxp-us…
  • www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
• Spiediena krāna caurules ir sagrieztas aptuveni 20 mm garumā: jebkurai 2 mm OD stingrai caurulei jābūt piemērotai, piemēram, misiņa caurulei. No izmisuma es izmantoju smidzināšanas sprauslu no WD-40 bundžas, tā strādāja, bet superlīme nesalīmēja lieliski
• Super līme
• Silīcija/PVC caurule savienošanai ar spiediena sensora spiediena atverēm. 2-3 mm ID vajadzētu būt labi, jums var būt nepieciešama neliela kabeļu saite, ja jūsu caurule ir pārāk liela.

Iespējams, vēlēsities iegādāties 1 vai 2 santehnikas savienotājus, ja vēlaties uzstādīt plūsmas sensora cauruļvadu citā 22 mm caurulē:

Piezīme: Izvēlētie materiāli neatbilst medicīnisko produktu noteikumiem, īpaši PVC.

2. solis: izgrieziet santehnikas cauruli

Izgrieziet 2 garumus no santehnikas caurules. Mēs izmantojām 15 cm garumu, bet tas var darboties tikai nedaudz īsāk. Izgriezumus veicu, izmantojot leņķzāģi, jo ir svarīgi iegūt jauku kvadrātveida griezumu. Izmantojiet smilšpapīru, lai izlīdzinātu visus izciļņus

3. solis: salieciet santehnikas caurules

• Pārlīmējiet veļas mazgājamo mašīnu līdz vienas caurules galam, pārliecinieties, ka mazgātājs ir koncentrisks ar cauruli, un noteikti izveidojiet nepārtrauktu līmes lodīti pa visu mazgātāja apkārtmēru, lai nodrošinātu, ka neizplūst gaisa spiediens.
• Pēc tam pārklājiet otru caurules garumu ar paplāksnes otru pusi. Atkal pārliecinieties, ka līmējat līdz galam, lai gaiss neizplūst

4. solis: pievienojiet spiediena krānus

1. Izurbiet 2 caurumus attālumā no paplāksnes saskaņā ar pievienoto attēlu
2. Iebīdiet 2 mm OD stieņus caurumos, pārliecinieties, vai tie ir cieši pieguļoši (mana caurule bija 2,2 OD, bet manis urbis bija 2 mm, tāpēc es tikai nedaudz raustīju urbi, līdz caurule cieši pieguļ)
3. Superlīmējiet cauruli caurumā, pārliecinoties, ka tā ir pilnībā noslēgta
4. Aptiniet izolācijas lenti ap spiediena krānu, līdz silīcija caurule labi un cieši pieguļ

5. darbība: pārbaudiet un kalibrējiet

Savienojiet spiediena sensoru ar savu Arduino un pievienojiet spiediena krānus spiediena sensora portiem. Pārliecinieties, vai sensora fiziskā analogā tapa sakrīt ar programmatūras tapu.

Pārbaudiet to, izmantojot pievienoto kodu. Ņemiet vērā, ka ir nepieciešamas šādas bibliotēkas:

• Vads.h
• un Sensirion_SFM3000_arduino (šī bibliotēka ir paredzēta citam sensoram, bet, lai to ņemtu vērā, esmu veicis dažas izmaiņas savā kodā)

Ideālā gadījumā, ja vēlaties kalibrēt sensoru, mēs izmantojām Sensirion SFM3300, kas sērijveidā savienots ar mājās gatavotu sensoru. SFM3300 savienojumi ir:

• Vcc - 5V
• GND - GND
• SDA - A4
• SCL - A5

Ideālā gadījumā jūsu gaisa avotam kalibrēšanas testam būtu jānodrošina nemainīga plūsma un jābūt kontrolējamam, lai nodrošinātu kontrolētu plūsmas ātrumu. Mēs izmantojām gaisa gultņa sūkni, kas tika uzlauzts, lai to darbinātu, izmantojot elektronisku matētu līdzstrāvas ātruma regulatoru, ko kontrolē, izmantojot potenciometru. Ja jums ir līdzstrāvas barošanas avots, kas darbosies arī lieliski.

Kods, kā arī spēja nolasīt spiedienu un plūsmu no mūsu sensora, to var nolasīt arī no Sensirion SFM3300, izmantojot i2c, kas ir sensors, ko izmantojām kalibrēšanai. Ja jums ir cits kods, tas būs jāpielāgo. kalibrēšanas sensors. (Diezgan pārsteidzoši, ka DIY sensors nodrošināja vienmērīgākus rādījumus nekā SFM3300)

Koda pirmajā versijā tiek izmantota kalibrēta uzmeklēšanas tabula, lai izvadītu plūsmas ātruma rādījumus. Mēs to izveidojām pēc

• reģistrējot spiedienu pilnā slaucīšanā no mūsu gaisa avota (kā.csv fails)
• izmantojot datus programmā Excel
• izlaižot to caur vienādojumu, lai aprēķinātu plūsmas ātrumu
• pēc tam izveidojot ar komatu atdalītu uzmeklēšanas tabulu, kas tika kopēta/ielīmēta Arduino veselo skaitļu masīvā

Tiek saglabāts Excel dokuments ar vienādojumu…

Otrajā koda versijā kodā tiks izmantots vienādojums šādu iemeslu dēļ:

• lai ņemtu vērā temperatūru (kas ietekmēs plūsmas ātruma rādījumus)
• lai ņemtu vērā izmaiņas pakārtotajā ierobežojumā, tas tiks uztverts ar atsevišķu pakārtoto spiediena sensoru

6. darbība. Pareiza Janky kalibrēšanas metodes opcija

Ja jums nav gatava plūsmas sensora, lai to kalibrētu, piemēram, ar Sensirion SFM3300, tad tas ir viens no veidiem, kā iegūt SUPER aptuvenu priekšstatu par plūsmas izvadi. Tomēr tas darbosies tikai ar augstspiediena plūsmas avotu (pat gaisa slāņa sūknis var apgrūtināt gaisa balona piepūšanu) un tas darbosies tikai tad, ja varēsit atkārtoti izslēgt gaisa padevi

• Piestipriniet balonu pie sistēmas izejas un izmēriet diametru, kādā tas piepūšas katrā piepūšanās reizē
• Piepildiet mērīšanas krūzi ar ūdeni (varbūt apmēram līdz pusei)
• Atkārtoti piepildiet balonu ar tādu pašu diametru, pēc tam pilnībā iegremdējiet to ūdens kannā un reģistrējiet ūdens līmeņa starpību pirms un pēc balona ievietošanas
• Tālāk jums būs jāmēra sava koda tilpums uz balonu, tas tiek darīts, integrējot plūsmu laika gaitā. Es nevaru jums sniegt precīzu kodu, lai to izdarītu, jo tam būs jābūt atšķirīgam atkarībā no jūsu plūsmas avota un kā jūsu kods uztvers plūsmas sākumu un beigu, bet es pievienoju funkciju teksta failā, kas skaļums, jums vienkārši jāpasaka, kad jāsāk un jāpārtrauc tilpuma aprēķināšana (ti, mūsu testam tas bija katras elpas sākumā un beigās), tas tiek norādīts funkcijai, izmantojot Būla mainīgo, ko sauc par "breatStatus". Atcerieties plūsmas ātrumu ml/s nodot šai funkcijai, kad to izsaucat.

7. solis: integrējiet savā sistēmā

Pievienojiet to savam iestatījumam, lai kāds tas būtu, un izbaudiet plūsmas ātruma mērīšanu par £ 15:)

Pievienots dažu plūsmu, spiedienu un tilpumu piemērs no mūsu ventilatora lietojumprogrammas.

Santehnikas taisni savienojumi ir lieliski piemēroti šī sensora savienošanai ar citu 22 mm OD cauruli.