Com fer un sensor de cabal d’aire precís amb Arduino per a un ventilador COVID-19 inferior a 20 £: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Consulteu aquest informe per obtenir el disseny més recent d’aquest sensor de flux d’orifici:

Aquesta instrucció mostra com construir un sensor de cabal d’aire mitjançant un sensor de pressió diferencial de baix cost i materials fàcilment disponibles. El disseny és per a un sensor de cabal tipus orifici, l'orifici (en el nostre cas una rentadora) proporciona una restricció i podem calcular el cabal mesurant la diferència de pressió a través de l'orifici.

Originalment vam dissenyar i construir aquest sensor per al nostre projecte anomenat OpenVent-Bristol, que és un disseny de codi obert de ventilador de fabricació ràpida per al tractament de COVID-19. No obstant això, aquest sensor es pot utilitzar en gairebé qualsevol aplicació de detecció de flux d'aire.

Aquesta versió inicial del nostre disseny està feta íntegrament amb peces disponibles, no cal fer cap impressió 3D ni tall per làser.

El dibuix adjunt mostra un dibuix en secció transversal del disseny. Es tracta, senzillament, de dues longituds de canonada de canonada amb una rentadora supergluejada pel mig, mesurant la pressió diferencial a través de l'orifici per calcular el cabal.

Gaudeix !! i feu-nos un comentari si en feu el vostre.

Pas 1: comprar peces

Aquestes són les parts que necessitareu:

• 2x 15cm de longitud de canonada de canonada de PVC de 22 mm de diàmetre
• 1x ID de rentadora de metall de 5,5 mm de diàmetre al voltant de 20 mm (entre 19,5 i 22 mm està bé)

• Un sensor de pressió diferencial (aproximadament 10 £). Hem utilitzat un MPX5010DP, però és possible que vulgueu seleccionar-ne un de diferent perquè s’adapti a les pressions del vostre sistema. A continuació s’enumeren alguns exemples de botigues que venen aquests sensors:

  • 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…
• Tub de presa de pressió tallat a uns 20 mm de longitud: qualsevol tub rígid de 2 mm de diàmetre hauria de ser adequat, com ara un tub de llautó. Per desesperació, vaig fer servir el broquet de polvorització d’una llauna WD-40, va funcionar però la súper cola no es va quedar brillant
• Super cola
• Tubs de silicona / PVC per connectar-se als ports de pressió del sensor de pressió. La identificació de 2-3 mm hauria d’estar bé, és possible que necessiteu una petita brida de cable si el tub és de grans dimensions.

És possible que vulgueu comprar 1 o 2 connectors de fontaneria si voleu instal·lar la canonada del sensor de flux en una altra canonada de 22 mm:

Nota: els materials escollits no compleixen la normativa de productes mèdics, especialment el PVC.

Pas 2: Tallar el tub de fontaneria

Tallar 2 llargs del tub de fontaneria. Hem utilitzat 15 cm de longitud, però pot funcionar una mica més curt. Vaig fer els talls amb una serra de mitra, ja que és important aconseguir un bon tall quadrat. Utilitzeu paper de sorra per suavitzar qualsevol frau

Pas 3: Muntar tubs de fontaneria

• Col·loqueu la rentadora fins a l'extrem d'un tub, assegureu-vos que la rentadora sigui concèntrica amb el tub i assegureu-vos de fer un cordó continu de cola al voltant de la circumferència de la rentadora per assegurar-vos que no hi hagi pressió d'aire.
• A continuació, enganxeu l'altra longitud del tub a l'altre costat de la rentadora. Una vegada més, assegureu-vos d’enganxar tot el recorregut perquè no s’escapi aire

Pas 4: afegiu aixetes de pressió

1. Practicar 2 forats a les distàncies de la rentadora segons la imatge adjunta
2. Introduïu les barres de 2 mm de diàmetre dins dels forats i assegureu-vos que estigui ben ajustat (el tub era de 2,2 diàmetres, però la broca era de 2 mm, de manera que vaig fer una mica de trepant fins que el tub encaixés bé)
3. Enganxeu el tub al forat i assegureu-vos que estigui segellat al voltant
4. Emboliqueu la cinta d’aïllament al voltant de l’aixeta de pressió fins que el tub de silici quedi ben ajustat

Pas 5: prova i calibra

Connecteu el sensor de pressió al vostre Arduino i connecteu les aixetes de pressió als ports del sensor de pressió. Assegureu-vos que el pin analògic físic del sensor coincideixi amb el pin del programari.

Proveu-lo mitjançant el codi adjunt. Tingueu en compte que són necessàries les biblioteques següents:

• Wire.h
• i Sensirion_SFM3000_arduino (aquesta biblioteca és per a un sensor diferent, però he fet alguns canvis al meu codi per tenir-ne compte)

Idealment voleu calibrar el sensor, hem utilitzat un Sensirion SFM3300 connectat en sèrie amb el sensor casolà. Les connexions del SFM3300 són:

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

Idealment, la font d'aire per a la prova de calibratge hauria de donar un cabal constant i ser controlable per donar un control controlat dels cabals. Hem utilitzat una bomba de llit d’aire piratejada per alimentar-la mitjançant un controlador de velocitat de corrent continu electrònic electrònic controlat mitjançant un potenciòmetre. Si teniu una font d'alimentació de corrent continu, també funcionarà bé.

El codi, a més de ser capaç de llegir la pressió i el flux del nostre sensor, també es pot llegir des del Sensirion SFM3300 mitjançant i2c, que és el sensor que hem utilitzat per al calibratge. Haureu d’adaptar el codi en conseqüència si teniu sensor de calibratge. (Sorprenentment, el sensor de bricolatge va proporcionar lectures més constants i constants que el SFM3300)

La primera versió del codi utilitza una taula de cerca calibrada per generar lectures de cabal. Ho hem fet per

• registrant la pressió sobre un escombrat complet des de la nostra font d'aire (com a fitxer.csv)
• prenent les dades en excel
• passant-ho per una equació per calcular el cabal
• a continuació, es crea una taula de cerca separada per comes que es va copiar / enganxar en una matriu sencera Arduino

El document Excel amb equació s’emmagatzema …

La segona versió del codi utilitzarà una equació al codi pels motius següents:

• tenir en compte la temperatura (que afectarà les lectures del cabal)
• per tenir en compte un canvi en la restricció aigües avall, es detectarà amb un sensor de pressió aigües avall separat

Pas 6: opció de mètode de calibració Janky adequada

Si no teniu un sensor de flux disponible per calibrar-lo amb un Sensirion SFM3300, aquesta és una manera d’obtenir una idea SUPER aproximada del flux de sortida. Tanmateix, això només funcionarà amb una font de cabal d'alta pressió (fins i tot la bomba del llit d'aire pot tenir dificultats per inflar un globus) i només funcionarà si es pot activar repetidament el subministrament d'aire.

• Col·loqueu un globus a la sortida del sistema i mesureu el diàmetre que s’infla a cada inflació
• Ompliu una gerra per mesurar amb aigua (potser aproximadament a la meitat)
• Torneu a inflar el globus amb el mateix diàmetre i submergiu-lo completament a la gerra d'aigua i anoteu la diferència del nivell de l'aigua abans i després d'inserir el globus.
• A continuació, haureu de mesurar el volum per inflació del globus al vostre codi, això es fa integrant el flux al llarg del temps. No puc donar-vos codi exacte per fer-ho perquè haurà de ser diferent en funció de la vostra font de flux i de com detectarà el vostre inici i aturada del flux, però he adjuntat una funció en un fitxer de text que es publicarà volum, només haureu de dir-li quan començar i deixar de calcular el volum (és a dir, per a la nostra prova, es va produir a l’inici i a l’aturada de cada respiració), això s’indica a la funció mitjançant la variable booleana anomenada "breathStatus". Recordeu passar el cabal en ml / s a aquesta funció quan la truqueu.

Pas 7: integració al vostre sistema

Connecteu-lo a la configuració que sigui i gaudiu mesurant el cabal per menys de 15 GBP:)

Adjuntem un exemple d’imatge d’alguns fluxos, pressions i volums de la nostra aplicació de ventilador.

Les juntes d’acoblament rectes de fontaneria són ideals per unir aquest sensor a un altre tub OD de 22 mm.