Cara Membuat Sensor Kadar Aliran Udara Yang Tepat Dengan Arduino dengan Ventilator COVID-19 Bawah £ 20: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Sila lihat laporan ini untuk reka bentuk terbaru sensor aliran lubang ini:

Instruksional ini menunjukkan cara membina sensor kadar aliran udara dengan menggunakan sensor tekanan pembezaan kos rendah dan bahan yang tersedia. Reka bentuknya adalah untuk sensor aliran jenis orifice, orifice (dalam kes ini adalah mesin cuci) memberikan batasan dan kita dapat menghitung aliran dengan mengukur perbezaan tekanan di seluruh lubang.

Pada asalnya kami merancang dan membina sensor ini untuk projek kami yang disebut OpenVent-Bristol yang merupakan reka bentuk sumber terbuka ventilator pembuatan pesat untuk rawatan COVID-19. Walau bagaimanapun, sensor ini dapat digunakan dalam hampir semua aplikasi penginderaan aliran udara.

Versi awal reka bentuk kami dibuat sepenuhnya menggunakan bahagian luar rak, tidak diperlukan percetakan 3D atau pemotongan laser.

Lukisan yang dilampirkan menunjukkan lukisan rentas reka bentuk. Ini adalah hanya 2 paip panjang paip dengan mesin cuci yang disambungkan di antara, mengukur tekanan pembezaan di lubang untuk menghitung kadar aliran.

Selamat menikmati !! dan beri kami komen sekiranya anda membuat komen anda sendiri.

Langkah 1: Beli Bahagian

Ini adalah bahagian yang anda perlukan:

• 2x 15cm panjang paip paip OD PVC 22mm
• Mesin basuh logam 1x ID 5.5mm OD sekitar 20mm (antara 19.5-22mm baik)

• Sensor tekanan berbeza (kira-kira £ 10). Kami menggunakan MPX5010DP tetapi anda mungkin ingin memilih yang lain sesuai dengan tekanan dalam sistem anda. Beberapa contoh kedai yang menjual sensor ini disenaraikan di bawah:

  • 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…
• Tekanan paip paip dipotong hingga sekitar 20mm: Sebarang tiub tegar 2mm OD mestilah sesuai seperti tiub tembaga. Kerana putus asa saya menggunakan muncung penyembur dari kaleng WD-40, ia berfungsi tetapi gam super tidak melekat dengan cemerlang
• Lem super
• Tiub silikon / PVC untuk menyambung ke port tekanan sensor tekanan. ID 2-3mm mestilah baik, anda mungkin memerlukan tali leher kabel kecil jika tiub anda terlalu besar.

Anda mungkin ingin membeli 1 atau 2 penyambung paip sekiranya anda mahu memasang sensor aliran ke paip 22mm yang lain:

Catatan: Bahan yang dipilih tidak memenuhi peraturan produk perubatan, terutama PVC.

Langkah 2: Potong Tiub Paip

Potong 2 panjang dari tiub paip. Kami menggunakan panjang 15cm tetapi mungkin berfungsi lebih pendek sedikit lebih pendek. Saya membuat potongan menggunakan gergaji miter kerana penting untuk mendapatkan potongan persegi yang bagus. Gunakan kertas pasir untuk melicinkan burs

Langkah 3: Pasang Tiub Paip

• Letakkan mesin basuh ke hujung satu tiub, pastikan mesin basuh sepusat dengan tiub dan pastikan membuat manik gam berterusan sepanjang lilitan mesin basuh untuk memastikan tiada tekanan udara yang keluar.
• Kemudian masukkan panjang tiub yang lain ke bahagian lain mesin basuh. Sekali lagi, pastikan untuk merekatkannya sehingga tidak ada udara yang akan keluar

Langkah 4: Tambah Tekan Tekan

1. Bor 2 lubang pada jarak dari mesin basuh mengikut gambar yang dilampirkan
2. Tolak batang OD 2mm ke dalam lubang, pastikan ia ketat (tiub saya 2.2 OD tetapi bit gerudi saya adalah 2mm, jadi saya hanya menggerakkan gerudi sedikit sehingga tiub dipasang dengan ketat)
3. Masukkan tiub ke dalam lubang, pastikan ia dilekatkan sepanjang jalan
4. Balut pita penebat di sekitar paip tekanan anda sehingga tiub silikon sesuai dengan baik dan ketat

Langkah 5: Uji dan Kalibrasi

Sambungkan sensor tekanan ke Arduino anda dan sambungkan paip tekanan ke port sensor tekanan. Pastikan pin analog fizikal sensor sepadan dengan pin perisian.

Uji dengan menggunakan kod yang dilampirkan. Perhatikan, perpustakaan berikut diperlukan:

• Wire.h
• dan Sensirion_SFM3000_arduino (perpustakaan ini adalah untuk sensor yang berbeza, tetapi saya telah membuat beberapa perubahan dalam kod saya untuk menjelaskannya)

Sebaik-baiknya anda mahu menentukur sensor anda, kami menggunakan Sensirion SFM3300 yang dihubungkan secara bersiri dengan sensor buatan rumah. Sambungan untuk SFM3300 adalah:

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

Sebaik-baiknya sumber udara anda untuk ujian penentukuran harus memberikan aliran berterusan dan dapat dikawal untuk memberikan kadar aliran yang terkawal. Kami menggunakan pam tempat tidur udara yang diretas untuk digerakkan melalui pengawal kelajuan DC yang disikat elektronik yang dikendalikan menggunakan potensiometer. Sekiranya anda mempunyai bekalan kuasa DC yang akan berfungsi dengan baik juga.

Kod tersebut selain dapat membaca tekanan dan aliran dari sensor kami, ia juga dapat membaca dari Sensirion SFM3300 melalui i2c, yang merupakan sensor yang kami gunakan untuk penentukuran. Anda perlu menyesuaikan kod tersebut jika anda mempunyai perbezaan sensor penentukuran. (Cukup luar biasa, sensor DIY memberikan bacaan yang lebih konsisten daripada SFM3300)

Versi pertama kod menggunakan jadual carian yang dikalibrasi untuk menghasilkan bacaan kadar aliran. Kami membuat ini oleh

• mencatatkan tekanan untuk menyapu sepenuhnya dari sumber udara kami (seperti fail.csv)
• mengambil data ke excel
• meneruskannya melalui persamaan untuk menyelesaikan kadar aliran
• kemudian membuat jadual carian dipisahkan koma yang disalin / ditampal ke dalam array integer Arduino

Dokumen excel dengan persamaan disimpan …

Versi kedua kod akan menggunakan persamaan dalam kod kerana sebab berikut:

• untuk mengambil kira suhu (yang akan mempengaruhi bacaan kadar aliran)
• untuk mempertimbangkan perubahan dalam batasan hilir, ini akan dirasakan dengan sensor tekanan hilir yang terpisah

Langkah 6: Pilihan Kaedah Penentukuran Janky yang betul

Sekiranya anda tidak mempunyai sensor aliran di luar rak untuk mengkalibrasinya dengan seperti Sensirion SFM3300 maka ini adalah salah satu cara untuk mendapatkan idea kasar SUPER mengenai output aliran. Walau bagaimanapun, ini hanya akan berfungsi dengan sumber aliran tekanan tinggi (walaupun pam tempat tidur udara mungkin sukar untuk mengembung belon) dan hanya akan berfungsi jika anda dapat mematikan bekalan udara anda berulang kali

• Pasang belon ke output sistem dan ukur diameter yang dimilikinya pada setiap inflasi
• Isi jag pengukur dengan air (mungkin kira-kira separuh jalan)
• Isi semula balon anda dengan diameter yang sama kemudian rendam sepenuhnya ke dalam kendi air anda dan catat perbezaan paras air sebelum dan sesudah balon dimasukkan
• Seterusnya anda perlu mengukur jumlah inflasi belon dalam kod anda, ini dilakukan dengan mengintegrasikan aliran dari masa ke masa. Saya tidak dapat memberi anda kod yang tepat untuk melakukan ini kerana ia harus berbeza bergantung pada sumber aliran anda dan bagaimana kod anda akan merasakan permulaan dan penghentian aliran tetapi saya telah melampirkan fungsi dalam fail teks yang akan dikeluarkan isipadu, anda hanya perlu memberitahunya bila hendak memulakan dan berhenti mengira isipadu (iaitu untuk ujian kami ini pada permulaan dan berhenti setiap nafas), ini ditunjukkan pada fungsi melalui pemboleh ubah boolean yang disebut "breathStatus". Ingatlah untuk meneruskan kadar aliran dalam ml / s ke fungsi tersebut semasa anda menyebutnya.

Langkah 7: Gabungkan Ke Sistem Anda

Pasangkannya ke persediaan anda walau apa jua keadaannya dan nikmati pengukuran kadar aliran di bawah £ 15:)

Terlampir adalah contoh gambar beberapa aliran, tekanan dan isipadu dari aplikasi ventilator kami.

Sambungan gandingan lurus paip sangat bagus untuk menggabungkan sensor ini ke tiub OD 22mm yang lain.