Paano Gumawa ng isang Tumpak na Air Flow Rate Sensor Sa Arduino sa ilalim ng £ 20 COVID-19 Ventilator: 7 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Mangyaring tingnan ang ulat na ito para sa pinakabagong disenyo ng sensor ng daloy ng orifice na ito:

Ipinapakita ng mga itinuturo na ito kung paano bumuo ng isang air flow rate sensor gamit ang isang mababang sensor ng presyon ng presyon ng presyon at mga magagamit na materyales. Ang disenyo ay para sa isang sensor ng daloy ng uri ng orifice, ang orifice (sa aming kaso ng washer) ay nagbibigay ng isang paghihigpit at maaari nating kalkulahin ang daloy sa pamamagitan ng pagsukat ng pagkakaiba-iba ng presyon sa kabuuan ng orifice.

Orihinal na dinisenyo at binuo namin ang sensor na ito para sa aming proyekto na tinatawag na OpenVent-Bristol na isang bukas na disenyo ng mapagkukunan ng mabilis na paggawa ng bentilador para sa paggamot ng COVID-19. Gayunpaman ang sensor na ito ay maaaring magamit sa halos anumang aplikasyon ng sensing ng daloy ng hangin.

Ang paunang bersyon ng aming disenyo ay ganap na ginawa gamit ang mga off-the-shelf na bahagi, hindi kinakailangan ng 3D na pagpi-print o pagputol ng laser.

Ang naka-attach na pagguhit ay nagpapakita ng pagguhit ng cross section ng disenyo. Napaka-simple ng 2 haba ng tubo ng pagtutubero na may isang washer na na-superglued sa pagitan, pagsukat ng pagkakaiba-iba ng presyon sa kabuuan ng orifice upang makalkula ang rate ng daloy.

Tangkilikin !! at bigyan kami ng isang puna kung gumawa ka ng iyong sarili.

Hakbang 1: Bumili ng Mga Bahagi

Ito ang mga bahagi na kakailanganin mo:

• 2x 15cm haba ng 22mm OD PVC tubo ng tubo
• 1x metal washer ID 5.5mm OD sa paligid ng 20mm (sa pagitan ng 19.5-22mm ay mabuti)

• Isang kaugalian na sensor ng presyon (tinatayang £ 10). Gumamit kami ng isang MPX5010DP ngunit maaaring gusto mong pumili ng ibang isa upang umangkop sa mga presyon sa iyong system. Ang ilang mga halimbawa ng mga tindahan na nagbebenta ng mga sensor na ito ay nakalista sa ibaba:

  • 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…
• Ang pagpindot sa tubing ng tubo ay gupitin sa haba ng 20mm: Ang anumang 2mm OD matibay na tubo ay dapat na naaangkop tulad ng isang tubong tanso. Dahil sa pagkawalang pag-asa ginamit ko ang spray nguso ng gripo mula sa isang WD-40 na lata, gumana ito ngunit ang sobrang pandikit ay hindi nananatili nang masilaw
• Super pandikit
• Ang silicon / PVC tubing para sa pagkonekta sa mga port ng presyon ng sensor ng presyon. Ang 2-3mm ID ay dapat na maayos, maaaring kailanganin mo ng isang maliit na cable tie kung ang iyong tubo ay sobrang laki.

Maaari mong hilinging bumili ng 1 o 2 mga konektor sa pagtutubero kung nais mong magkasya ang pagdaloy ng sensor ng daloy sa isa pang 22mm na tubo:

Tandaan: Ang mga napiling materyal ay hindi nakakatugon sa mga regulasyon ng produktong medikal, partikular ang PVC.

Hakbang 2: Gupitin ang Tube Plumbing

Gupitin ang 2 haba mula sa tubo ng pagtutubero. Gumamit kami ng 15cm ang haba ngunit maaari itong gumana nang medyo mas maikli. Ginawa ko ang mga pagbawas gamit ang isang miter saw dahil mahalaga na makakuha ng magandang square cut. Gumamit ng sand paper upang makinis ang anumang mga burs

Hakbang 3: Magtipon ng Mga Tubes ng Tubero

• Superglue ang iyong washer sa dulo ng isang tubo, siguraduhing ang tagapaghugas ay concentric sa tubo at siguraduhing gumawa ng isang tuluy-tuloy na butil ng pandikit hanggang sa paligid ng paligid ng washer upang matiyak na walang presyon ng hangin ang makakatulo.
• Pagkatapos superglue ang iba pang haba ng tubo sa kabilang panig ng washer. Muli, siguraduhing idikit ang lahat sa paligid upang walang hangin na maglabas

Hakbang 4: Magdagdag ng Mga Pressure Taps

1. Mag-drill ng 2 butas sa mga distansya mula sa washer ayon sa nakalakip na imahe
2. Itulak ang 2mm OD rods sa mga butas, siguraduhin na ito ay isang masikip na magkasya (ang aking tubo ay 2.2 OD ngunit ang aking drill bit ay 2mm, kaya't isinubo ko lamang ang drill hanggang sa mahigpit na magkasya ang tubo)
3. Superglue ang tubo sa butas, siguraduhin na ito ay selyadong lahat sa paligid
4. Balutin ang insulate tape sa paligid ng iyong pressure tap hanggang sa ang silicon tube ay umaangkop sa maganda at masikip

Hakbang 5: Subukan at I-calibrate

Ikonekta ang sensor ng presyon hanggang sa iyong Arduino at ikonekta ang mga taps ng presyon sa mga port ng sensor ng presyon. Tiyaking tumutugma ang pisikal na analogue pin ng sensor sa pin na software.

Subukan ito gamit ang nakalakip na code. Tandaan, kinakailangan ang mga sumusunod na aklatan:

• Wire.h
• at Sensirion_SFM3000_arduino (ang library na ito ay para sa ibang sensor, ngunit gumawa ako ng ilang pagbabago sa aking code upang maisip iyon)

Sa isip na nais mong i-calibrate ang iyong sensor, gumamit kami ng isang Sensirion SFM3300 na konektado sa serye kasama ang home-hanga sensor. Ang mga koneksyon para sa SFM3300 ay:

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

Tamang-tama ang iyong mapagkukunan ng hangin para sa pagsubok ng pagkakalibrate ay dapat magbigay ng isang pare-pareho na daloy at makokontrol upang magbigay ng isang kontroladong pag-walis ng mga rate ng daloy. Gumamit kami ng isang air bed pump na na-hack upang mapatakbo sa pamamagitan ng isang elektronikong brushing DC speed controller na kinokontrol gamit ang isang potensyomiter. Kung mayroon kang isang supply ng kuryente sa DC na gagana rin nang maayos.

Ang code pati na rin may kakayahang basahin ang presyon at daloy mula sa aming sensor, maaari rin itong basahin mula sa Sensirion SFM3300 sa pamamagitan ng i2c, na kung saan ay ang sensor na ginamit namin para sa pagkakalibrate. Kakailanganin mong iakma ang code nang naaayon kung mayroon kang ibang calibration sensor. (Medyo kamangha-mangha ang sensor ng DIY na nagbigay ng mas matatag na mga pagbabasa kaysa sa SFM3300)

Ang ika-1 bersyon ng code ay gumagamit ng isang naka-calibrate na talahanayan ng paghahanap upang mag-output ng pagbasa ng rate ng daloy. Ginawa namin ito ni

• pag-log ng presyon sa isang buong pag-aalis mula sa aming air source (bilang.csv file)
• pagkuha ng data sa excel
• naipapasa ito sa isang equation upang magawa ang rate ng daloy
• pagkatapos ay lumilikha ng isang hiwalay na kuwit na pagtingin sa talahanayan na kinopya / na-paste sa isang Arduino integer array

Ang excel doc na may equation ay nakaimbak …

Ang pangalawang bersyon ng code ay gagamit ng isang equation sa code para sa mga sumusunod na kadahilanan:

• upang isaalang-alang ang temperatura ng account (na makakaapekto sa mga pagbasa ng rate ng daloy)
• upang isaalang-alang ang isang pagbabago sa paghihigpit sa ilog, ito ay madarama ng isang hiwalay na sensor ng presyon ng daloy ng daloy

Hakbang 6: Pagpipilian ng Paraan ng Janky Calibration na Pagpipilian

Kung wala kang isang off-the-shelf flow sensor upang i-calibrate ito ng tulad ng isang Sensirion SFM3300 kung gayon ito ay isang paraan upang makakuha ng isang SUPER magaspang na ideya ng daloy ng output. Gayunpaman gagana lamang ito sa isang mapagkukunan ng daloy ng mataas na presyon (kahit na ang air bed pump ay maaaring magpumiglas upang mapalaki ang isang lobo) at gagana lamang ito kung maaari mong paulit-ulit na patayin ang iyong supply ng hangin

• Maglakip ng isang lobo sa output ng system at sukatin ang diameter na pinalobo nito sa bawat inflation
• Punan ang isang pagsukat ng banga ng tubig (marahil halos kalahating daanan)
• Muling ipakita ang iyong lobo sa parehong diameter pagkatapos ay ganap na isawsaw ito sa iyong pitsel ng tubig at itala ang pagkakaiba sa antas ng tubig bago at pagkatapos na maipasok ang lobo
• Susunod kakailanganin mong sukatin ang dami ng bawat inflation ng lobo sa iyong code, ginagawa ito sa pamamagitan ng pagsasama ng daloy sa paglipas ng panahon. Hindi kita mabibigyan ng eksaktong code para sa paggawa nito sapagkat magkakaiba ito depende sa iyong mapagkukunan ng daloy at kung paano makakaramdam ang iyong code ng isang pagsisimula at paghinto ng daloy ngunit naidugtong ko ang isang pag-andar sa isang text file na mailalagay dami, kakailanganin mo lamang sabihin ito kung kailan magsisimula at ihinto ang pagkalkula ng dami (ibig sabihin, para sa aming pagsubok na ito ay sa simula at paghinto ng bawat paghinga), ipinahiwatig ito sa pagpapaandar sa pamamagitan ng variable ng boolean na tinatawag na "breathStatus". Alalahaning ipasa ang rate ng daloy sa ml / s sa pagpapaandar na iyon kapag tinawag mo ito.

Hakbang 7: Isama sa Iyong System

I-plug ito sa iyong pag-setup kung anuman ito at tangkilikin ang pagsukat ng rate ng daloy na mas mababa sa £ 15:)

Ang kalakip ay isang halimbawa ng imahe ng ilang mga daloy, presyon at dami mula sa aming aplikasyon ng bentilador.

Ang tubo ng tuwid na mga koneksyon ng pagkabit ay mahusay para sa pagsali sa sensor na ito sa isa pang 22mm OD tube.