Kako napraviti precizan senzor protoka zraka s Arduinom za manje od 20 funti ventilatora COVID-19: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Molimo pogledajte ovaj izvještaj za najnoviji dizajn ovog senzora protoka otvora:

Ove upute pokazuju kako izgraditi senzor protoka zraka pomoću jeftinog osjetnika diferencijalnog tlaka i lako dostupnih materijala. Dizajn je za senzor protoka tipa otvora, otvor (u našem slučaju podloška) pruža ograničenje i možemo izračunati protok mjerenjem razlike pritiska u otvoru.

Prvobitno smo dizajnirali i izgradili ovaj senzor za naš projekt pod nazivom OpenVent-Bristol, koji je otvoreni dizajn brzog ventilatora za liječenje COVID-19. Međutim, ovaj senzor se može koristiti u gotovo svim aplikacijama za mjerenje protoka zraka.

Ova početna verzija našeg dizajna izrađena je u potpunosti od dijelova dostupnih po narudžbi, nije potrebno 3D printanje ili lasersko rezanje.

Crtež u prilogu prikazuje crtež presjeka dizajna. Vrlo jednostavno se radi o 2 duljine vodovodne cijevi s podlijepljenom podloškom zalijepljenom između, mjerenjem diferencijalnog tlaka preko otvora za izračunavanje protoka.

Uživajte !! i ostavite nam komentar ako sami napravite.

Korak 1: Kupite dijelove

Ovo su dijelovi koji će vam trebati:

• 2x 15 cm dužine 22 mm OD PVC vodovodne cijevi
• 1x metalna podloška ID 5.5 mm OD oko 20 mm (između 19,5-22 mm je u redu)

• Senzor diferencijalnog pritiska (oko 10 £). Koristili smo MPX5010DP, ali možda ćete htjeti odabrati drugi koji odgovara pritiscima u vašem sistemu. Neki primjeri trgovina koje prodaju ove senzore navedene su u nastavku:

  • 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…
• Cijevi pod tlakom izrezane na duljinu od oko 20 mm: Bilo koja OD kruta cijev od 2 mm trebala bi biti prikladna, poput mjedene cijevi. Iz očaja sam upotrijebio mlaznicu za prskanje iz limenke WD-40, radila je, ali super ljepilo se nije sjajno zalijepilo
• super ljepilo
• Silikonske/PVC cijevi za spajanje na tlačne otvore osjetnika tlaka. Identifikator 2-3 mm bi trebao biti u redu, možda će vam trebati mala vezica za kabel ako je vaša cijev prevelika.

Možda želite kupiti 1 ili 2 vodovodna priključka ako želite postaviti cijev osjetnika protoka na drugu cijev od 22 mm:

Napomena: Odabrani materijali ne zadovoljavaju propise o medicinskim proizvodima, posebno PVC.

Korak 2: Izrežite vodovodnu cijev

Izrežite 2 dužine iz vodovodne cijevi. Koristili smo 15 cm dužine, ali bi moglo raditi i kraće. Napravio sam rezove pomoću kutne pile jer je važno dobiti lijep kvadratni rez. Brusnim papirom izgladite sve izbočine

Korak 3: Sastavite vodovodne cijevi

• Superljepite svoju podlošku na kraj jedne cijevi, provjerite je li podloška koncentrična s cijevi i obavezno napravite neprekinutu zrnca ljepila do kraja po obodu podloške kako biste osigurali da zrak neće iscuriti.
• Zatim superljepite drugu dužinu cijevi na drugu stranu podloške. Opet, obavezno zalijepite do kraja kako zrak ne bi iscurio

Korak 4: Dodajte slavine za pritisak

1. Izbušite 2 rupe na udaljenostima od podloške prema priloženoj slici
2. Gurnite 2 mm OD šipke u rupe, provjerite da li čvrsto pristaje (moja cijev je bila 2,2 OD, ali moja svrdla je bila 2 mm, pa sam samo malo pomaknuo bušilicu dok cijev čvrsto ne prilegne)
3. Superlijepite cijev u rupu, pazeći da je potpuno zatvorena
4. Omotajte izolacijsku traku oko svoje slavine pod pritiskom sve dok silikonska cijev ne pristane lijepo i čvrsto

Korak 5: Testirajte i kalibrirajte

Priključite senzor pritiska na svoj Arduino i priključite slavine za pritisak na priključke senzora pritiska. Uverite se da se fizički analogni pin senzora podudara sa iglom softvera.

Testirajte ga pomoću priloženog koda. Imajte na umu da su potrebne sljedeće biblioteke:

• Wire.h
• i Sensirion_SFM3000_arduino (ova biblioteka je za drugi senzor, ali sam napravio neke izmjene u svom kodu da to objasnim)

Idealno bi bilo da želite kalibrirati svoj senzor, koristili smo Sensirion SFM3300 spojen serijski sa domaćim senzorom. Priključci za SFM3300 su:

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

Idealno bi bilo da vaš izvor zraka za kalibracijsko ispitivanje ispušta konstantan protok i da se može kontrolirati kako bi se ispuštao kontrolirani protok protoka. Koristili smo pumpu sa zračnim krevetom koja se hakirala za napajanje putem elektroničkog četkastog regulatora brzine istosmjerne struje kojim se upravlja pomoću potenciometra. Ako imate istosmjerno napajanje, i to će raditi sasvim u redu.

Kôd, osim što može očitati tlak i protok iz našeg senzora, može se čitati i sa Sensirion SFM3300 putem i2c, senzora koji smo koristili za kalibraciju. Morat ćete prilagoditi kôd u skladu s tim ako imate drugačiji kalibracioni senzor. (Zapanjujuće je da je DIY senzor dao stabilnija i dosljednija očitanja od SFM3300)

Prva verzija koda koristi kalibriranu tablicu pretraživanja za izlaz očitanja brzine protoka. Ovo smo napravili

• bilježenje pritiska uz potpuni zamah iz našeg izvora zraka (kao.csv datoteka)
• uzimanje podataka u excel
• prolazeći kroz jednadžbu da se odredi brzina protoka
• zatim kreiranje tablice za pretraživanje odvojene zarezima koja je kopirana/zalijepljena u Arduino cijeli broj

Excel dokument s jednadžbom je pohranjen …

Druga verzija koda će koristiti jednadžbu u kodu iz sljedećih razloga:

• uzeti u obzir temperaturu (koja će utjecati na očitanja protoka)
• kako bi se uzela u obzir promjena u ograničenju nizvodno, to će se osjetiti posebnim senzorom pritiska nizvodno

Korak 6: Opcija odgovarajuće metode kalibracije Janky

Ako nemate standardan senzor protoka za kalibriranje sa Sensirion SFM3300, ovo je jedan od načina da dobijete SUPER grubu ideju o izlaznom protoku. Međutim, ovo će funkcionirati samo s izvorom protoka visokog tlaka (čak i pumpa za zračni sloj može imati problema s napuhavanjem balona) i funkcionirat će samo ako možete više puta isključiti dovod zraka

• Pričvrstite balon na izlaz sistema i izmjerite promjer na koji se naduvava pri svakoj napuhavanju
• Napunite mjerni bokal vodom (možda otprilike do pola)
• Ponovno napumpajte balon do istog promjera, a zatim ga potpuno potopite u vrč vode i zabilježite razliku u nivou vode prije i nakon umetanja balona
• Zatim ćete morati mjeriti volumen po napuhanosti balona u vašem kodu, to se postiže integriranjem protoka tokom vremena. Ne mogu vam dati tačan kod za to jer će se morati razlikovati ovisno o vašem izvoru toka i o tome kako će vaš kôd osjetiti početak i zaustavljanje toka, ali priložio sam funkciju u tekstualnu datoteku koja će staviti volumena, samo ćete mu morati reći kada započeti i prestati s izračunavanjem volumena (tj. za naš test to je bilo na početku i zaustavljanju svakog udisaja), to se funkciji ukazuje putem logičke varijable koja se naziva "reatStatus ". Ne zaboravite prenijeti brzinu protoka u ml/s na tu funkciju kada je pozovete.

Korak 7: Integrirajte u svoj sistem

Uključite ga u svoju postavku šta god to bilo i uživajte u mjerenju protoka za manje od 15 GBP:)

U prilogu je primjer slike nekih protoka, pritisaka i volumena iz naše aplikacije ventilatora.

Vodovodni ravni spojni spojevi odlični su za spajanje ovog senzora na drugu cijev od 22 mm.