Cách tạo cảm biến tốc độ dòng khí chính xác với Arduino với giá dưới £ 20 COVID-19 Quạt thông gió: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Vui lòng xem báo cáo này để biết thiết kế mới nhất của cảm biến lưu lượng lỗ này:

Tài liệu hướng dẫn này chỉ ra cách chế tạo cảm biến tốc độ dòng khí bằng cảm biến chênh lệch áp suất chi phí thấp và các vật liệu sẵn có. Thiết kế dành cho cảm biến lưu lượng kiểu lỗ, lỗ (trong trường hợp của chúng tôi là máy giặt) cung cấp một hạn chế và chúng tôi có thể tính toán lưu lượng bằng cách đo chênh lệch áp suất qua lỗ.

Ban đầu, chúng tôi thiết kế và chế tạo cảm biến này cho dự án của mình có tên OpenVent-Bristol, đây là một thiết kế mã nguồn mở của máy thở sản xuất nhanh để điều trị COVID-19. Tuy nhiên, cảm biến này có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng cảm biến luồng không khí nào.

Phiên bản thiết kế ban đầu này của chúng tôi được làm hoàn toàn bằng các bộ phận bán sẵn, không cần in 3D hoặc cắt laser.

Bản vẽ đính kèm là bản vẽ mặt cắt của thiết kế. Nó rất đơn giản là 2 chiều dài của đường ống dẫn nước với một vòng đệm được đặt ở giữa, đo áp suất chênh lệch qua lỗ để tính toán tốc độ dòng chảy.

Thưởng thức!! và cho chúng tôi một bình luận nếu bạn đưa ra nhận xét của riêng mình.

Bước 1: Mua phụ tùng

Đây là những phần bạn sẽ cần:

• Chiều dài 2x 15cm của ống ống nước PVC 22mm OD
• 1x vòng đệm kim loại ID 5.5mm OD khoảng 20mm (giữa 19.5-22mm là tốt)

• Một cảm biến chênh lệch áp suất (khoảng £ 10). Chúng tôi đã sử dụng MPX5010DP nhưng bạn có thể muốn chọn một cái khác để phù hợp với áp lực trong hệ thống của mình. Một số cửa hàng mẫu bán các cảm biến này được liệt kê bên dưới:

  • 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…
• Đường ống áp lực cắt đến chiều dài khoảng 20mm: Bất kỳ ống cứng 2mm OD nào cũng phải phù hợp, chẳng hạn như ống đồng thau. Vì tuyệt vọng, tôi đã sử dụng vòi phun từ một lon WD-40, nó hoạt động nhưng keo siêu dính không dính tốt
• keo siêu dính
• Ống silicon / PVC để kết nối với các cổng áp suất của cảm biến áp suất. ID 2-3mm sẽ ổn, bạn có thể cần một dây buộc cáp nhỏ nếu ống của bạn quá khổ.

Bạn có thể muốn mua 1 hoặc 2 đầu nối ống nước nếu bạn muốn lắp đường ống cảm biến lưu lượng vào một đường ống 22mm khác:

Lưu ý: Các vật liệu được chọn không đáp ứng các quy định về sản phẩm y tế, đặc biệt là PVC.

Bước 2: Cắt ống nước

Cắt 2 đoạn dài từ ống dẫn nước. Chúng tôi đã sử dụng chiều dài 15cm nhưng nó có thể hoạt động tốt nếu ngắn hơn một chút. Tôi thực hiện các vết cắt bằng cách sử dụng một chiếc cưa cắt vì điều quan trọng là để có được một đường cắt vuông đẹp. Sử dụng giấy cát để làm phẳng bất kỳ chỗ vỡ nào

Bước 3: Lắp ráp các ống dẫn nước

• Dán chặt máy giặt của bạn vào cuối một ống, đảm bảo máy giặt đồng tâm với ống và đảm bảo tạo một hạt keo liên tục khắp chu vi của máy giặt để đảm bảo không có áp suất không khí lọt ra ngoài.
• Sau đó, chồng chiều dài còn lại của ống vào phía bên kia của máy giặt. Một lần nữa, hãy đảm bảo dán tất cả các đường xung quanh để không khí lọt ra ngoài

Bước 4: Thêm vòi áp lực

1. Khoan 2 lỗ ở các khoảng cách từ máy giặt theo hình ảnh đính kèm
2. Đẩy các thanh OD 2mm vào các lỗ, đảm bảo nó vừa khít (ống của tôi là 2,2 OD nhưng mũi khoan của tôi là 2mm, vì vậy tôi chỉ lắc mũi khoan một chút cho đến khi ống vừa khít)
3. Dán chặt ống vào lỗ, đảm bảo rằng ống được bịt kín xung quanh
4. Quấn băng cách điện xung quanh vòi áp lực của bạn cho đến khi ống silicon vừa khít và đẹp

Bước 5: Kiểm tra và hiệu chỉnh

Kết nối cảm biến áp suất với Arduino của bạn và kết nối các vòi áp suất với các cổng của cảm biến áp suất. Đảm bảo rằng chân cắm tương tự vật lý của cảm biến khớp với chân cắm của phần mềm.

Kiểm tra nó bằng cách sử dụng mã đính kèm. Lưu ý, cần có các thư viện sau:

• Wire.h
• và Sensirion_SFM3000_arduino (thư viện này dành cho một cảm biến khác, nhưng tôi đã thực hiện một số thay đổi trong mã của mình để giải thích điều đó)

Lý tưởng nhất là bạn muốn hiệu chỉnh cảm biến của mình, chúng tôi đã sử dụng Sensirion SFM3300 được kết nối nối tiếp với cảm biến sản xuất tại nhà. Các kết nối cho SFM3300 là:

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

Lý tưởng nhất là nguồn không khí của bạn cho thử nghiệm hiệu chuẩn phải cung cấp một lưu lượng ổn định và có thể kiểm soát được để cung cấp tốc độ dòng chảy có kiểm soát. Chúng tôi đã sử dụng một máy bơm không khí bị tấn công để được cấp nguồn thông qua bộ điều khiển tốc độ DC chải điện tử được điều khiển bằng chiết áp. Nếu bạn có nguồn điện một chiều cũng hoạt động tốt.

Mã cũng như có khả năng đọc áp suất và lưu lượng từ cảm biến của chúng tôi, nó cũng có thể đọc từ Sensirion SFM3300 thông qua i2c, là cảm biến chúng tôi sử dụng để hiệu chuẩn. Bạn sẽ cần điều chỉnh mã cho phù hợp nếu bạn có mã khác cảm biến hiệu chuẩn. (Khá tuyệt vời khi cảm biến DIY cho kết quả đọc ổn định hơn và ổn định hơn so với SFM3300)

Phiên bản đầu tiên của mã sử dụng một bảng tra cứu đã được hiệu chỉnh để xuất ra các số đọc tốc độ dòng chảy. Chúng tôi đã làm điều này bởi

• ghi lại áp suất trên toàn bộ quá trình quét từ nguồn không khí của chúng tôi (dưới dạng tệp.csv)
• lấy dữ liệu vào excel
• chuyển nó qua một phương trình để tính ra tốc độ dòng chảy
• sau đó tạo một bảng tra cứu được phân tách bằng dấu phẩy đã được sao chép / dán vào một mảng số nguyên Arduino

Tài liệu excel với phương trình được lưu trữ…

Phiên bản thứ hai của mã sẽ sử dụng một phương trình trong mã vì những lý do sau:

• có tính đến nhiệt độ (sẽ ảnh hưởng đến số đọc tốc độ dòng chảy)
• để tính đến sự thay đổi trong giới hạn hạ lưu, điều này sẽ được cảm nhận bằng một cảm biến áp suất hạ lưu riêng biệt

Bước 6: Tùy chọn phương pháp hiệu chuẩn Janky thích hợp

Nếu bạn không có cảm biến lưu lượng có sẵn để hiệu chỉnh nó với chẳng hạn như Sensirion SFM3300 thì đây là một cách để có được một ý tưởng sơ bộ SUPER về đầu ra dòng chảy. Tuy nhiên, điều này sẽ chỉ hoạt động với nguồn dòng áp suất cao (ngay cả máy bơm đệm khí có thể gặp khó khăn trong việc thổi phồng một quả bóng bay) và sẽ chỉ hoạt động nếu bạn có thể tắt nguồn cung cấp khí lặp lại

• Gắn một quả bóng vào đầu ra của hệ thống và đo đường kính mà nó thổi phồng lên trên mỗi lần lạm phát
• Đổ đầy nước vào bình đo lường (có thể khoảng một nửa)
• Bơm hơi lại quả bóng bay của bạn đến cùng đường kính đó, sau đó nhấn chìm hoàn toàn nó vào bình nước của bạn và ghi lại sự chênh lệch mực nước trước và sau khi quả bóng được đưa vào
• Tiếp theo, bạn sẽ cần phải đo lường khối lượng trên mỗi bong bóng lạm phát trong mã của mình, điều này được thực hiện bằng cách tích hợp luồng theo thời gian. Tôi không thể cung cấp cho bạn mã chính xác để thực hiện việc này vì nó sẽ phải khác nhau tùy thuộc vào nguồn luồng của bạn và cách mã của bạn sẽ cảm nhận điểm bắt đầu và điểm dừng của luồng nhưng tôi đã đính kèm một hàm trong tệp văn bản. âm lượng, bạn sẽ chỉ cần cho nó biết khi nào bắt đầu và dừng tính toán âm lượng (tức là đối với thử nghiệm của chúng tôi, điều này là lúc bắt đầu và dừng của mỗi nhịp thở), điều này được chỉ định cho hàm thông qua biến boolean được gọi là "BreatStatus". Hãy nhớ chuyển tốc độ dòng chảy tính bằng ml / s cho chức năng đó khi bạn gọi nó.

Bước 7: Tích hợp vào hệ thống của bạn

Cắm nó vào thiết lập của bạn bất kể nó có thể là gì và tận hưởng đo tốc độ dòng chảy với giá dưới £ 15:)

Đính kèm là hình ảnh ví dụ về một số lưu lượng, áp suất và thể tích từ ứng dụng máy thở của chúng tôi.

Các khớp nối thẳng của hệ thống ống nước rất tốt để kết hợp cảm biến này với một ống OD 22mm khác.