Ako vytvoriť presný snímač prietoku vzduchu s Arduinom pre ventilátor COVID-19 do 20 GBP: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Najnovší dizajn tohto senzora prietoku clony nájdete v tejto správe:

Tento návod ukazuje, ako postaviť snímač prietoku vzduchu pomocou lacného snímača rozdielového tlaku a ľahko dostupných materiálov. Konštrukcia je pre snímač prietoku typu clony, otvor (v našom prípade podložka) poskytuje obmedzenie a prietok môžeme vypočítať meraním rozdielu tlaku v clone.

Pôvodne sme navrhli a vyrobili tento senzor pre náš projekt s názvom OpenVent-Bristol, ktorý je otvoreným zdrojom rýchlo vyrobeného ventilátora na liečbu COVID-19. Tento senzor je však možné použiť takmer v akejkoľvek aplikácii na snímanie prietoku vzduchu.

Táto pôvodná verzia nášho dizajnu je vyrobená výlučne z bežných súčiastok, nie je potrebná žiadna 3D tlač ani laserové rezanie.

Priložený výkres ukazuje výkres rezu návrhu. Jedná sa jednoducho o 2 dĺžky vodovodného potrubia s medzilepenou podložkou, ktorá meria diferenčný tlak cez otvor a vypočítava prietok.

Užite si to!! a dajte nám vedieť, ak si vytvoríte vlastný.

Krok 1: Kúpte si súčiastky

Toto sú diely, ktoré budete potrebovať:

• 2x 15 cm dĺžka vodovodnej rúry z PVC s priemerom 22 mm
• 1x kovová podložka s vnútorným priemerom 5,5 mm a vonkajším priemerom približne 20 mm (v rozmedzí 19,5-22 mm je v poriadku)

• Snímač diferenčného tlaku (približne 10 libier). Použili sme MPX5010DP, ale možno budete chcieť vybrať iný, aby vyhovoval tlakom vo vašom systéme. Niektoré príklady obchodov, ktoré predávajú tieto senzory, sú uvedené nižšie:

  • 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…
• Tlakové vodovodné hadice rozrezané na dĺžku približne 20 mm: Akákoľvek tuhá hadica s priemerom 2 mm by mala byť vhodná, ako napríklad mosadzná trubica. Zo zúfalstva som použil rozprašovaciu trysku z plechovky WD-40, fungovalo to, ale super lepidlo sa nelepilo brilantne
• super lepidlo
• Silikónové/PVC rúrky na pripojenie k tlakovým portom snímača tlaku. 2-3 mm ID by malo byť v poriadku. Ak je trubica príliš veľká, možno budete potrebovať malú sťahovaciu pásku.

Ak chcete namontovať potrubie snímača prietoku na inú 22 mm rúrku, možno budete chcieť kúpiť 1 alebo 2 vodovodné konektory:

Poznámka: Zvolené materiály nespĺňajú predpisy pre lekárske výrobky, najmä PVC.

Krok 2: Vyrežte vodovodnú rúrku

Z vodovodnej trubice odrežte 2 dĺžky. Použili sme 15 cm na dĺžku, ale môže to fungovať aj o niečo kratšie. Rezy som robil pomocou pokosovej píly, pretože je dôležité získať pekný hranatý rez. Na vyhladenie všetkých fréz používajte brúsny papier

Krok 3: Zostavte vodovodné rúrky

• Na koniec jednej trubice prilepte podložku, uistite sa, že je podložka súosá s trubicou a uistite sa, že vytvoríte súvislé lepidlo po celom obvode podložky, aby ste zaistili, že nebude unikať tlak vzduchu.
• Potom nalepte druhú dĺžku tuby na druhú stranu podložky. Opäť dbajte na to, aby ste lepili úplne naokolo, aby nevytekal vzduch

Krok 4: Pridajte tlakové kohútiky

1. Vyvŕtajte 2 otvory vo vzdialenostiach od podložky podľa priloženého obrázku
2. Zatlačte tyče s priemerom 2 mm do otvorov a uistite sa, že dobre priliehajú (moja rúrka mala priemer 2,2 mm, ale vrták mal priemer 2 mm, takže som vŕtačkou trocha krútil, kým trubica tesne nezapadne)
3. Trubičku vlepte do otvoru a uistite sa, že je úplne utesnená
4. Omotajte izolačnú pásku okolo svojho vodovodného kohútika, kým silikónová trubica pekne a pevne nezapadne

Krok 5: Testujte a kalibrujte

Pripojte snímač tlaku k svojmu Arduinu a pripojte kohútiky tlaku k portom snímača tlaku. Zaistite, aby sa fyzický analógový kolík snímača zhodoval s kolíkom softvéru.

Otestujte to pomocou priloženého kódu. Upozorňujeme, že sú potrebné nasledujúce knižnice:

• Wire.h
• a Sensirion_SFM3000_arduino (táto knižnica je pre iný senzor, ale urobil som niekoľko zmien v mojom kóde, aby som to zodpovedal)

V ideálnom prípade, ak chcete svoj senzor kalibrovať, použili sme Sensirion SFM3300 zapojený do série s domácim snímačom. Pripojenia pre SFM3300 sú:

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

V ideálnom prípade by váš zdroj vzduchu pre kalibračný test mal vydávať konštantný prietok a mal by byť kontrolovateľný, aby vydával kontrolované prúdenie. Použili sme nafukovacie čerpadlo na hackovanie, ktoré bolo napájané elektronickým kartáčovaným jednosmerným regulátorom otáčok ovládaným potenciometrom. Ak máte napájanie jednosmerným prúdom, bude fungovať rovnako dobre.

Tento kód, ktorý je schopný odčítať tlak a prietok z nášho snímača, môže tiež čítať zo senzora SFM3300 cez i2c, čo je snímač, ktorý sme použili na kalibráciu. Ak máte iný kód, budete ho musieť zodpovedajúcim spôsobom prispôsobiť. kalibračný senzor. (Pomerne prekvapivo snímač DIY poskytoval stabilnejšie a konzistentnejšie hodnoty ako SFM3300)

Prvá verzia kódu používa na výstupy hodnôt prietoku kalibrovanú vyhľadávaciu tabuľku. Vyrobili sme to podľa

• zaznamenanie tlaku po úplnom zatiahnutí z nášho zdroja vzduchu (ako súbor.csv)
• prevzatie údajov do Excelu
• prechod cez rovnicu na výpočet prietoku
• potom sa vytvorí vyhľadávacia tabuľka oddelená čiarkami, ktorá sa skopírovala/vložila do celočíselného poľa Arduino

Dokument Excelu s rovnicou je uložený …

Druhá verzia kódu použije v kóde rovnicu z nasledujúcich dôvodov:

• vziať do úvahy teplotu (ktorá ovplyvní hodnoty prietoku)
• aby sa vzala do úvahy zmena obmedzenia po prúde, bude to snímané samostatným snímačom tlaku po prúde

Krok 6: Správna možnosť kalibračnej metódy Janky

Ak nemáte štandardný snímač prietoku na kalibráciu, ako je Sensirion SFM3300, je to jeden zo spôsobov, ako získať SUPER hrubú predstavu o prietoku. Bude to však fungovať len so zdrojom vysokého tlaku (dokonca aj čerpadlo na vzduchovom lôžku môže mať problém nafúknuť balón) a bude fungovať iba vtedy, ak môžete opakovane zapnúť a vypnúť prívod vzduchu.

• Pripojte balónik k výstupu systému a zmerajte priemer, na ktorý sa nafúkne pri každom nafukovaní
• Naplňte odmerku vodou (asi do polovice)
• Nafúknite balónik na rovnaký priemer, potom ho úplne ponorte do nádoby s vodou a zaznamenajte rozdiel v hladine vody pred a po vložení balónika.
• Ďalej budete musieť vo svojom kóde zmerať objem nafukovania balónikom, a to integráciou toku v priebehu času. Nemôžem vám poskytnúť presný kód, ako to urobiť, pretože sa bude musieť líšiť v závislosti od zdroja toku a toho, ako váš kód bude cítiť začiatok a koniec toku, ale do textového súboru som pripojil funkciu, ktorá uvedie objemu, stačí mu povedať, kedy začať a prestať počítať objem (tj. pre náš test to bolo na začiatku a na konci každého dychu), toto je pre funkciu indikované pomocou booleovskej premennej nazývanej „dychový stav“. Keď to zavoláte, nezabudnite prepnúť prietok v ml/s na túto funkciu.

Krok 7: Integrácia do systému

Zapojte ho do svojho nastavenia, nech je akýkoľvek, a užite si meranie prietoku pod 15 GBP:)

V prílohe je ukážkový obrázok niektorých prietokov, tlakov a objemov z našej aplikácie s ventilátorom.

Vodovodné priame spojkové spoje sú skvelé na pripojenie tohto senzora k ďalšej 22 mm OD trubici.