Com fer un kit de detecció d'amoníac: 8 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

En aquest tutorial us mostrarem com utilitzar sensors d'amoníac, arduino i gerds per mesurar la concentració d'amoníac i proporcionar alertes si hi ha una fuita o una concentració massa alta a l'aire.

Aquest projecte és el nostre projecte escolar, de fet el laboratori químic de la nostra escola volia un sistema per detectar si la concentració d’amoníac a l’aire era massa elevada. Al laboratori hi ha campana de laboratori químic i els estudiants han d’encendre-les per aspirar els vapors químics. Però si s’obliden d’encendre la campana, els vapors tòxics es poden estendre a l’interior del laboratori. Aquest sistema permetrà al professor responsable rebre una alerta si es detecta amoníac (que és un gas tòxic) fora d’aquestes campanes.

Pas 1: materials

Per a aquest projecte necessitareu:

- 2x sensor d'amoníac MQ-137 (o tant com vulgueu)

- 1x Arduino Uno (té un port sèrie)

- 1x Genuino Mega 2560 (o altres plaques amb 2 o més ports sèrie)

- 2 mòduls Bluetooth HC-05

- 1x Raspberry Pi model 3B

- 1 bateria de 9V

- Cables, cables i resistències

Pas 2: Obtenir dades dels sensors

Els sensors estan connectats a un arduino Uno.

Per realitzar aquesta aplicació, aquest sensor ha d’estar alimentat. Per fer-ho, s’utilitzen els 5V i la massa de la targeta arduino. A més, l’entrada analògica A0 permet recuperar el valor de resistència donat pel sensor. A més, l'Arduino està alimentat

Malauradament, aquests sensors no proporcionen una sortida lineal proporcional a la concentració d’amoníac. Aquests sensors estan formats per una cel·la electroquímica, que canvia la resistència relacionada amb la concentració. La resistència augmenta amb la concentració.

El problema real és que es fabriquen per mesurar diferents tipus de gas i que les cèl·lules electroquímiques reaccionen de manera estranya. Per exemple, per a la mateixa mostra d'amoníac líquid, tots dos sensors proporcionen una sortida diferent. També són bastant lents.

Sigui com sigui, la resistència proporcionada pel sensor es converteix a 0-5V i després a "ppm" (= parts per milió, és una unitat rellevant per mesurar la concentració de gas) per l’arduino, mitjançant una corba de tendència i la seva equació es proporciona a la documentació d’aquests sensors.

Pas 3: enviament de dades mitjançant Bluetooth

Per establir els sensors en diversos llocs del laboratori, es connecten directament a una placa Arduino alimentada per una bateria de 9 V. I per comunicar els resultats de l’amoníac a l’aire a la targeta Rapsberry, s’utilitzen mòduls bluetooth. La primera targeta connectada directament a la placa del sensor s’anomena esclava.

Per utilitzar els mòduls bluetooth, primer cal configurar-los. Per a aquest propòsit, connecteu el pin EN del mòdul al 5V (hauríeu de veure parpellejar el led cada 2 segons) i premeu el botó del mòdul. Telecodifiqueu un codi buit a l'arduino i connecteu el pin RX del mòdul al pin TX de l'arduino i viceversa. Després, aneu al monitor sèrie, trieu la velocitat Baud adequada (per a nosaltres, era de 38400 Br) i escriviu AT.

Si el monitor sèrie mostra "Ok", heu entrat al mode AT. Ara podeu configurar el mòdul com a esclau o Mestre. A continuació, podeu trobar un pdf amb totes les ordres per al mode AT.

El següent lloc web mostra els passos en el mode AT per al nostre mòdul bluetooth:

El mòdul Bluetooth utilitza 4 pins de l’arduino, 3,3V amb un divisor de tensió, terra, els pins TX i RX. L’ús dels pins TX i RX significa que les dades es transfereixen pel port sèrie de la targeta.

No oblideu que el pin RX del mòdul bluetooth està connectat al pin TX de l’Arduino i viceversa.

Hauríeu de veure els dos leds dels mòduls bluetooth parpellejar 2 vegades cada 2 segons aproximadament quan estan connectats entre si.

Tant el rebut com el codi d’enviament es realitzen a la mateixa targeta i s’adjunten aquí després.

Pas 4: rebre dades i transferir-les al Raspberry Pi

Aquesta part del projecte la fa el mega arduino.

Aquesta targeta està connectada a un mòdul bluetooth, configurat per rebre les dades, i al raspberry pi. Es diu Mestre.

En aquest cas, el mòdul bluetooth utilitza un port sèrie i les dades es transfereixen al raspberry pi mitjançant un altre port sèrie. Per això, necessitem una targeta amb 2 o més ports sèrie.

El codi és gairebé el mateix que abans.

Pas 5: Funcions d'alerta i dades de registre

El raspberry pi registrarà les dades cada 5 segons (per exemple, pot variar) en un fitxer.csv i les guardarà dins de la capacitat de la targeta sd.

Al mateix temps, el gerd comprova si la concentració no és massa elevada (per exemple, pot variar més de 10 ppm) i envia un correu electrònic d’alerta si és el cas.

Però abans que el gerd pugui enviar el correu electrònic, necessita una mica de configuració. A aquest efecte, aneu al fitxer "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" i canvieu els paràmetres seguint la vostra informació personal. Podeu trobar un exemple a continuació (code_raspberry_conf.py).

Pel que fa al codi principal (blu_arduino_print.py), cal importar algunes biblioteques com ara "sèrie" per treballar amb el port de comunicació USB o la biblioteca "ssmtp" per enviar el correu electrònic.

De vegades, pot haver-hi un error en enviar les dades per Bluetooth. De fet, el gerd només pot llegir una línia quan hi ha un número acabat amb / n. Tanmateix, el gerd de vegades pot rebre una altra cosa com "\ r / n" o simplement "\ n". Per tant, per evitar que el programa s’aturés, hem utilitzat l’ordre Try - Except.

Després, només són un munt de condicions "si".

Pas 6: elaboració de casos

Equip necessari:

- 1 caixa de connexions de 220 * 170 * 85 mm

- 1 caixa de connexions de 153 * 110 * 55 mm

Ertalon verd 500 * 15 * 15 mm

- Cables elèctrics d’1,5 metres

- 2 mòduls bluetooth

- 1 gerd

- 1 Arduino Mega

- 1 Genuino

- Bateria de 9v

- 1 cable de connexió Raspberry / Arduino

- 2 resistències de 2K ohm

- 2 resistències d'1K ohm

- Soldadora

- Màquina de perforació

- Broques de perforació

- Alicates de tall

- Va veure

Vam partir de dues caixes de connexions elèctriques en què es feien talls. En primer lloc, la realització de l’element sensor / emissor: dos suports per fixar la targeta Genuino on es fabricava en color ERTALON. Després, va ser necessari tallar la tapa per posar el sensor d'amoníac i fixar-lo. Els cables es van connectar des del sensor a la targeta Genuino. Després vam posar el mòdul bluetooth a la caixa, vam soldar els cables i els vam connectar amb la targeta. Finalment, es va integrar i cablejar la font d'alimentació amb una bateria de 9V. Quan es va acabar el sensor, vam poder començar a treballar al receptor. Per a això, de la mateixa manera que abans, vam començar fent els suports per a les dues targetes electròniques (la Raspberry i la mega Arduino). A continuació, retallem les ranures per als cables i endolls del gerd. El mòdul bluetooth es va solucionar de la mateixa manera que abans. Després, es van practicar els forats a la part superior de la caixa per permetre la ventilació de les dues plaques electròniques i evitar qualsevol risc de sobreescalfament. Per acabar aquest pas, es van connectar tots els cables i només cal alimentar i provar el projecte.

Pas 7: millores

En termes de millora, es poden evocar diversos punts:

- L’elecció d’un sensor més performant. De fet, no detecten ràpidament l'aparició d'amoníac a l'aire. A això s’afegeix que, un cop saturats d’amoníac, necessiten un cert temps per desfer-se’n.

- S'ha utilitzat una targeta arduino que té directament un mòdul Bluetooth tal com s'especifica a la base del nostre projecte. Malauradament, Genuino 101 ja no està disponible al mercat europeu.

- Integrar una pantalla a la caixa on es troba el sensor per conèixer la concentració de manera contínua

- Assegureu-vos de la construcció automàtica d'un gràfic a partir de les dades emmagatzemades al fitxer CSV.