Как да си направим точен сензор за дебит на въздуха с Arduino за по-малко от £ 20 вентилатор COVID-19: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Моля, вижте този доклад за най -новия дизайн на този сензор за потока на отвора:

Тази инструкция показва как да се изгради сензор за дебит на въздуха с помощта на евтин сензор за диференциално налягане и лесно достъпни материали. Дизайнът е за сензор за дебит от отвора, отворът (в нашия случай шайба) осигурява ограничение и можем да изчислим дебита, като измерим разликата в налягането в отвора.

Първоначално ние проектирахме и изградихме този сензор за нашия проект, наречен OpenVent-Bristol, който е дизайн с отворен код за бързо производство на вентилатор за лечение на COVID-19. Този сензор обаче може да се използва в почти всяко приложение за отчитане на въздушния поток.

Тази първоначална версия на нашия дизайн е направена изцяло с готови части, не е необходим 3D печат или лазерно рязане.

Приложеният чертеж показва напречен разрез на дизайна. Това е много просто 2 дължини водопроводна тръба с шайба, залепена между тях, измерване на диференциалното налягане в отвора за изчисляване на дебита.

Наслади се!! и ни дайте коментар, ако направите своя собствена.

Стъпка 1: Купете части

Това са частите, които ще ви трябват:

• 2x 15 см дължини на 22 мм OD PVC водопроводна тръба
• 1x метална шайба ID 5.5 мм OD около 20 мм (между 19,5-22 мм е добре)

• Сензор за диференциално налягане (приблизително £ 10). Използвахме MPX5010DP, но може да искате да изберете различен, който да отговаря на налягането във вашата система. Някои примерни магазини, които продават тези сензори, са изброени по -долу:

  • 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…
• Тръби под крана под налягане, нарязани на около 20 мм дължина: Всяка 2 мм OD твърда тръба трябва да бъде подходяща, като месингова тръба. От отчаяние използвах дюзата за пръскане от кутия WD-40, тя работи, но супер лепилото не залепва блестящо
• супер лепило
• Силиконови/PVC тръби за свързване към отворите за налягане на сензора за налягане. 2-3 мм ID трябва да е наред, може да се нуждаете от малка кабелна връзка, ако тръбата ви е с голям размер.

Може да искате да закупите 1 или 2 водопроводни съединителя, ако искате да монтирате тръбите на сензора за дебит върху друга 22 мм тръба:

Забележка: Избраните материали не отговарят на правилата за медицински продукти, особено на PVC.

Стъпка 2: Изрежете водопроводната тръба

Изрежете 2 дължини от водопроводната тръба. Използвахме дължина 15 см, но може да работи добре малко по -кратко. Направих разфасовките с помощта на митрален трион, тъй като е важно да се получи хубав квадратен разрез. Използвайте шкурка за изглаждане на всякакви бори

Стъпка 3: Сглобете водопроводни тръби

• Залепете шайбата си към края на една тръба, уверете се, че шайбата е концентрична с тръбата и не забравяйте да направите непрекъснато топче лепило по цялата обиколка на шайбата, за да сте сигурни, че няма да изтече въздушно налягане.
• След това залепете другата дължина на тръбата от другата страна на шайбата. Отново не забравяйте да залепите по целия път, за да не изтече въздух

Стъпка 4: Добавете кранове под налягане

1. Пробийте 2 дупки на разстоянията от шайбата според приложеното изображение
2. Пъхнете 2 -милиметровите OD пръти в отворите, уверете се, че са плътно прилепнали (тръбата ми беше 2.2 OD, но свредлото ми беше 2 мм, така че просто размахвах малко бормашината, докато тръбата приляга плътно)
3. Супер залепете тръбата в отвора, като се уверите, че е запечатана по целия път
4. Увийте изолационната лента около крана под налягане, докато силициевата тръба прилепне добре и стегнато

Стъпка 5: Тествайте и калибрирайте

Свържете сензора за налягане към вашия Arduino и свържете крановете за налягане към портовете на сензора за налягане. Уверете се, че физическият аналогов щифт на сензора съвпада с щифта на софтуера.

Тествайте го, като използвате прикачения код. Имайте предвид, че са необходими следните библиотеки:

• Wire.h
• и Sensirion_SFM3000_arduino (тази библиотека е за различен сензор, но направих някои промени в кода си, за да отчета това)

В идеалния случай искате да калибрирате сензора си, използвахме Sensirion SFM3300, свързан последователно с домашния сензор. Връзките за SFM3300 са:

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

В идеалния случай вашият източник на въздух за калибриращия тест трябва да дава постоянен поток и да бъде контролируем, за да издава контролиран размах на дебитите. Използвахме помпа с въздушно легло, хакната, за да се захранва чрез електронен четен регулатор на скоростта, управляван с помощта на потенциометър. Ако имате DC захранване, това също ще работи добре.

Кодът, освен че може да чете налягането и потока от нашия сензор, може да се чете и от Sensirion SFM3300 чрез i2c, който е сензорът, който използвахме за калибриране. Ще трябва да адаптирате кода съответно, ако имате различен калибриращ сензор. (Доста удивително сензорът „направи си сам“даде по -стабилни и по -последователни показания от SFM3300)

Първата версия на кода използва калибрирана справочна таблица за извеждане на показанията за дебита. Направихме това чрез

• регистриране на налягането при пълно размахване от нашия източник на въздух (като.csv файл)
• приемане на данните в excel
• преминавайки го през уравнение, за да се определи дебитът
• след това създаване на таблица за търсене, разделена със запетая, която е копирана/поставена в масив от Arduino

Документът на excel с уравнение се съхранява …

Втората версия на кода ще използва уравнение в кода по следните причини:

• да се вземе предвид температурата (което ще повлияе на показанията на дебита)
• за да се вземе предвид промяната в ограничението надолу по веригата, това ще се усети с отделен датчик за налягане надолу по веригата

Стъпка 6: Опция за подходящ метод за калибриране на Janky

Ако нямате стандартен сензор за дебит, за да го калибрирате, като например Sensirion SFM3300, това е един от начините да получите СУПЕР приблизителна представа за дебита. Това обаче ще работи само с източник на поток с високо налягане (дори помпата с въздушно легло може да се затрудни да надуе балон) и ще работи само ако можете многократно да изключите подаването на въздух

• Прикрепете балон към изхода на системата и измерете диаметъра, до който се надува при всяко надуване
• Напълнете мерителна кана с вода (може би около половината път)
• Надуйте отново балона си до същия диаметър, след което го потопете напълно във вашата кана с вода и запишете разликата в нивото на водата преди и след поставянето на балона
• След това ще трябва да измерите обема на балонна инфлация във вашия код, това става чрез интегриране на потока във времето. Не мога да ви дам точен код за това, защото той ще трябва да бъде различен в зависимост от източника на потока и как кодът ви ще усети начало и спиране на потока, но аз съм прикачил функция в текстов файл, която ще изведе volume, просто ще трябва да му кажете кога да започне и спре да изчислява обема (т.е. за нашия тест това беше в началото и спирането на всеки дъх), това се посочва на функцията чрез булева променлива, наречена "reatStatus ". Не забравяйте да предадете дебита в ml/s на тази функция, когато я извикате.

Стъпка 7: Интегрирайте във вашата система

Включете го във вашата настройка каквото и да е и се насладете на измерването на дебита за по -малко от 15 паунда:)

Приложено е примерно изображение на някои потоци, налягания и обеми от нашето приложение за вентилатор.

Водопроводните прави съединителни съединения са чудесни за присъединяване на този сензор към друга 22 мм OD тръба.