Hvordan lage en nøyaktig luftmengdesensor med Arduino for under £ 20 COVID-19-ventilator: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Se denne rapporten for den nyeste utformingen av denne åpningsflytsensoren:

Denne instruksjonene viser hvordan du bygger en luftstrømningssensor ved hjelp av en differensialtrykksensor til lav pris og lett tilgjengelige materialer. Designet er for en strømningssensor av åpningstype, åpningen (i vårt tilfelle en vaskemaskin) gir en begrensning, og vi kan beregne strømmen ved å måle trykkforskjellen over åpningen.

Opprinnelig designet og bygde vi denne sensoren for vårt prosjekt kalt OpenVent-Bristol, som er en åpen kildekode-design for hurtigfremstillingsventilator for behandling av COVID-19. Denne sensoren kan imidlertid brukes i omtrent alle applikasjoner for registrering av luftstrøm.

Denne første versjonen av designet vårt er laget utelukkende ved bruk av hyller-deler, ingen 3D-utskrift eller laserskjæring er nødvendig.

Den vedlagte tegningen viser en tverrsnittstegning av designet. Det er ganske enkelt 2 lengder rørsystem med en vaskemaskin som er limt mellom, som måler differensialtrykk over åpningen for å beregne strømningshastigheten.

Nyt!! og gi oss en kommentar hvis du lager din egen.

Trinn 1: Kjøp deler

Dette er delene du trenger:

• 2x 15 cm lengder på 22 mm OD rørleggerrør i PVC
• 1x metallskive ID 5,5 mm OD rundt 20 mm (mellom 19,5-22 mm er greit)

• En differensialtrykkssensor (ca. £ 10). Vi brukte en MPX5010DP, men det kan være lurt å velge en annen som passer til trykket i systemet. Noen eksempler på butikker som selger disse sensorene er oppført nedenfor:

  • 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…
• Trykkhalsrør kuttet til rundt 20 mm lengde: Enhver 2 mm OD stiv slange bør være egnet, for eksempel et messingrør. Av desperasjon brukte jeg spraydysen fra en WD-40-boks, det fungerte, men superlimet feste ikke strålende
• superlim
• Silikon/PVC -slange for tilkobling til trykksensorene. 2-3 mm ID skal være greit, du kan trenge et lite kabelbånd hvis røret ditt er for stort.

Det kan være lurt å kjøpe 1 eller 2 VVS-kontakter hvis du vil montere strømningssensorrøret på et annet 22 mm rør:

Merk: Materialene som er valgt oppfyller ikke medisinske produktforskrifter, spesielt PVC.

Trinn 2: Skjær VVS -rør

Klipp 2 lengder fra VVS -røret. Vi brukte 15 cm lengde, men det kan fungere helt fint litt kortere. Jeg lagde kuttene med en gjærsag, da det er viktig å få et fint firkantet snitt. Bruk sandpapir for å glatte ut eventuelle burs

Trinn 3: Monter VVS -rør

• Lim limvasken til enden av det ene røret, sørg for at skiven er konsentrisk i forhold til røret, og sørg for å lage en kontinuerlig limrulle hele veien rundt vaskemaskinens omkrets for å sikre at det ikke lekker lufttrykk ut.
• Lim deretter den andre lengden på røret til den andre siden av skiven. Igjen, sørg for å lime hele veien rundt slik at ingen luft lekker ut

Trinn 4: Legg til trykkraner

1. Bor 2 hull på avstandene fra vaskemaskinen i henhold til vedlagte bilde
2. Skyv 2 mm OD -stengene inn i hullene, sørg for at den sitter godt fast (røret mitt var 2,2 OD, men boret mitt var 2 mm, så jeg bare logret boret litt til røret passet tett)
3. Lim limrøret inn i hullet, og sørg for at det er forseglet hele veien rundt
4. Fest isolasjonstape rundt trykkhanen til silisiumrøret sitter godt og godt fast

Trinn 5: Test og kalibrer

Koble trykksensoren til din Arduino og koble trykkhanene til portene på trykksensoren. Sørg for at sensorens fysiske analoge pinne stemmer overens med pinnen til programvaren.

Test den ved hjelp av vedlagte kode. Vær oppmerksom på at følgende biblioteker er nødvendige:

• Wire.h
• og Sensirion_SFM3000_arduino (dette biblioteket er for en annen sensor, men jeg har gjort noen endringer i koden min for å ta hensyn til det)

Ideelt sett vil du kalibrere sensoren din. Vi brukte en Sensirion SFM3300 koblet i serie med hjemmelaget sensor. Tilkoblinger for SFM3300 er:

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

Ideelt sett bør din luftkilde for kalibreringstesten gi en konstant strømning og være kontrollerbar for å gi ut et kontrollert sveip av strømningshastigheter. Vi brukte en luftsengepumpe som ble hacket for å bli drevet via en elektronisk børstet likestrømshastighetsregulator kontrollert ved hjelp av et potensiometer. Hvis du har en likestrømforsyning som også fungerer fint.

Koden, i tillegg til at den kan lese trykket og strømmen fra sensoren vår, kan den også lese fra Sensirion SFM3300 via i2c, som er sensoren vi brukte for kalibrering. Du må tilpasse koden deretter hvis du har en annen kalibreringssensor. (Ganske utrolig DIY -sensoren ga jevnere og mer konsistente avlesninger enn SFM3300)

Den første versjonen av koden bruker en kalibrert oppslagstabell for å sende ut strømningshastighetsavlesninger. Vi lagde dette av

• logge trykket over en full fei fra luftkilden vår (som.csv -fil)
• tar dataene til excel
• passerer den gjennom en ligning for å regne ut strømningshastigheten
• Deretter oppretter du en kommaseparert oppslagstabell som ble kopiert/limt inn i et Arduino -heltall

Excel -dokumentet med ligning er lagret …

Den andre versjonen av koden vil bruke en ligning i koden av følgende årsaker:

• for å ta hensyn til temperaturen (som vil påvirke strømningshastighetsavlesningene)
• For å ta hensyn til en endring i nedstrømsbegrensningen, vil dette bli registrert med en separat nedstrøms trykksensor

Trinn 6: Riktig Janky Calibration Method Option

Hvis du ikke har en flytende sensor på hyllen for å kalibrere den med for eksempel en Sensirion SFM3300, er dette en måte å få en SUPER grov ide om strømningseffekten. Dette vil imidlertid bare fungere med en høytrykksstrømningskilde (selv luftsengpumpen kan slite med å blåse opp en ballong) og vil bare fungere hvis du kan slå av og på lufttilførselen gjentatte ganger.

• Fest en ballong til systemets utgang og mål diameteren den blåses opp til på hver oppblåsing
• Fyll en målekanne med vann (kanskje omtrent halvveis)
• Blås opp ballongen din til den samme diameteren, og senk den deretter helt ned i kannen med vann og noter forskjellen i vannstanden før og etter at ballongen er satt inn
• Deretter må du måle volumet per ballonginflasjon i koden din, dette gjøres ved å integrere strømmen over tid. Jeg kan ikke gi deg eksakt kode for å gjøre dette fordi det må være forskjellig avhengig av strømningskilden og hvordan koden din vil kjenne en start og stopp av strømmen, men jeg har lagt ved en funksjon i en tekstfil som vil bli lagt ut volum, trenger du bare å fortelle det når du skal starte og slutte å beregne volumet (dvs. for testen vår var dette ved starten og stoppet for hvert åndedrag), dette indikeres for funksjonen via den boolske variabelen kalt "breathStatus". Husk å overføre strømningshastigheten i ml/s til den funksjonen når du kaller den.

Trinn 7: Integrer i systemet ditt

Koble den til oppsettet ditt uansett hva det er og nyt måling av strømningshastighet for under £ 15:)

Vedlagt er et eksempel på noen strømninger, trykk og volumer fra vår ventilatorapplikasjon.

VVS -rette koplingsledd er flotte for å koble denne sensoren til et annet 22 mm OD -rør.