Cảm biến lưu lượng nước chi phí thấp và hiển thị môi trường xung quanh: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Nước là một nguồn tài nguyên quý giá. Hàng triệu người không được tiếp cận với nước sạch và có tới 4000 trẻ em chết vì bệnh nhiễm độc nước mỗi ngày. Tuy nhiên, chúng ta vẫn tiếp tục lãng phí tài nguyên của mình. Mục tiêu tổng quát của dự án này là thúc đẩy hành vi sử dụng nước bền vững hơn và nâng cao nhận thức về các vấn đề nước toàn cầu. Tôi đang sử dụng một bộ chuyển đổi piezo, một số đèn LED và một arduino. Thiết bị này là một nguyên mẫu thô của thứ mà cuối cùng sẽ trở thành một công nghệ thuyết phục thúc đẩy hành vi bền vững và nâng cao nhận thức về việc sử dụng nước. Đây là dự án của Stacey Kuznetsov và Eric Paulos tại Phòng thí nghiệm Môi trường sống, thuộc Viện Tương tác Máy tính Con người của Đại học Carnegie Mellon. Được sản xuất bởi Stacey [email protected]://staceyk.orgEric [email protected]:// www. paulos.net/Living En Environment Labhttps://www.living-enosystem.net Video dưới đây minh họa phiên bản trước của dự án này, trong đó micrô được sử dụng thay vì phần tử piezo để phát hiện dòng nước. Bạn sẽ đạt được hiệu suất tốt hơn khi sử dụng đầu dò piezo, vì vậy, hướng dẫn này trình bày chi tiết về cách tiếp cận piezo. Đặc biệt cảm ơn Briam Lim, Bryan Pendleton, Chris Harrison và Stuart Anderson đã giúp đỡ về ý tưởng và thiết kế của dự án này!

Bước 1: Thu thập vật liệu

Bạn sẽ cần: - Breadboard- Vi điều khiển (tôi đã sử dụng Arduino) - Mastic- Piezo Transducer (https://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062402)- Một vài đèn LED (tôi sử dụng 2 màu vàng, 2 đỏ, 2 xanh) - Giá đỡ nến hoặc hộp đựng có kích thước tương tự- Dây điện- Điện trở 1 Mohm (hoặc giá trị lớn khác)- Điện trở 4,7K (3) - Điện trở 1K (1) - Điện trở giá trị thấp (đối với đèn LED) - Clipping Wires- Jumper Wires- Mastic- op amp (LM613)

Bước 2: Xây dựng mạch

Mạch bao gồm một bộ khuếch đại để tăng tín hiệu từ piezo và một bộ phân áp để nâng điện áp cơ bản. Giữa hai đầu vào có một điện trở giá trị cao tạo thành piezo, đóng vai trò như một điện trở kéo xuống cho tín hiệu.

Bước 3: Kiểm tra mạch

Gắn piezo vào mạch và nối arduino. Bộ chia điện áp đặt điện áp cơ sở ở mức 2,5V, vì vậy các số đọc cơ bản cho tín hiệu phải ở khoảng 512 trên chân tương tự Arduino (một nửa giữa 0 và 1023). Của tôi dao động +/- 30 xung quanh 520. Bạn có thể thấy một số biến động xung quanh con số này.

Bước 4: Hiệu chỉnh cảm biến của bạn để phát hiện rung động

Khi bật vòi, sự rung chuyển của đường ống sẽ khiến piezo tạo ra dòng điện dao động. Vì số đọc cơ bản giảm dần khoảng 520, bạn có thể tính toán biên độ xung quanh con số này để phát hiện rung động. Threshhold của tôi được đặt ở 130, nhưng bạn có thể tăng hoặc giảm điều này tùy thuộc vào loại rung bạn muốn cảm nhận và độ nhạy của miếng piezo cụ thể của bạn. Để kiểm tra tín hiệu, hãy sử dụng mastic để gắn piezo vào một bề mặt phẳng. Hãy thử chạm hoặc cào trên bề mặt ở các vị trí khác nhau và các cường độ khác nhau để xem bạn nhận được loại kết quả đọc nào trên Arduino. Để giảm nhiễu, tôi khuyên bạn nên tính toán trung bình động của đầu vào. Đây là một cách xác định biên độ sóng thô thiển để tránh dương tính giả do dòng điện tĩnh ngẫu nhiên. Các phương pháp nâng cao hơn như FFT cũng có thể được sử dụng.// Cảm biến Codeint mẫu = 2; // Tương tự inint val = 0; // Đọc hiện tại cho analog pinint avg; // Chạy trung bình của biên độ sóng. MIDPOINT = 520; // Cơ sở readvoid setup () {Serial.begin (9600); trung bình = MIDPOINT; // đặt trung bình tại điểm giữa} void loop () {val = analogRead (sensor); // Tính toán amplittue sóng if (val> MIDPOINT) {val = val - MIDPOINT; } else {val = MIDPOINT - val; } // tính toán mức trung bình chạy fr the amplitute avg = (avg * 0.5) + (val * 0.5); if (avg> 130) {// phát hiện thấy rung động! Serial.println ("TAP"); chậm trễ (100); // delay để đảm bảo cổng Serial không bị quá tải}}

Bước 5: Tạo màn hình xung quanh

Nếu cảm biến của bạn hoạt động bình thường, bạn có thể thêm màn hình xung quanh để hiển thị thông tin. Các đèn LED của tôi được ghép nối để mỗi màu được chiếu sáng bởi hai đèn LED. Để làm điều này, hãy gắn dây dẫn 'in' (ngắn) của mỗi màu với nhau và sử dụng một điện trở có giá trị thấp trước khi kết nối với Arduino. Kết nối dây tiếp đất (dài hơn) của tất cả các đèn LED và gắn vào đất trên Arduino. Sau khi các đèn LED được kết nối, hãy sử dụng giá đỡ nến để đặt màn hình. Vì giá đỡ nến được làm bằng nhôm, bạn có thể muốn đặt một chất cách điện chẳng hạn như một miếng nhựa, dưới đáy của hộp đựng trước khi lắp đèn LED để ngăn mạch điện bị chập.

Bước 6: Sử dụng dữ liệu cảm biến để thúc đẩy màn hình

Tôi mất khoảng 10 giây để rửa tay. Do đó, tôi đã lập trình để màn hình hiển thị đèn xanh trong 10 giây đầu tiên sau khi vòi được bật. Sau 10 giây, đèn LED màu vàng sẽ bật. Màn hình chuyển sang màu đỏ nếu vẫn còn nước sau 20 giây và bắt đầu nhấp nháy đèn đỏ nếu vòi vẫn chạy trong 25 giây trở lên. Hãy sử dụng trí tưởng tượng của bạn để tạo ra các màn hình thay thế!

Bước 7: Gắn cảm biến và màn hình vào ống nước

Sử dụng mastic hoặc đất sét để gắn piezo vào vòi và một lớp mastic khác để cố định màn hình ở trên. Bạn có thể phải điều chỉnh lại biên độ ngưỡng hoặc 'MIDPOINT' từ bước 4. Tín hiệu cũng có thể bị ảnh hưởng một chút bởi nhiệt độ của đường ống.

Bước 8: Đề xuất trong tương lai

Bạn có thể chọn cách điều khiển Arduino hết pin. Hướng dẫn sắp tới sẽ chỉ cho bạn cách chạy màn hình này bằng cách lấy điện trực tiếp từ nước chảy hoặc bằng cách khai thác năng lượng ánh sáng xung quanh!