20 £ Altındaki COVID-19 Vantilatör için Arduino ile Doğru Bir Hava Akış Hızı Sensörü Nasıl Yapılır: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Bu orifis akış sensörünün en yeni tasarımı için lütfen bu rapora bakın:

Bu talimat, düşük maliyetli bir diferansiyel basınç sensörü ve hazır malzemeler kullanılarak bir hava akış hızı sensörünün nasıl oluşturulacağını gösterir. Tasarım, orifis tipi bir akış sensörü içindir, orifis (bizim durumumuzda bir yıkayıcı) bir kısıtlama sağlar ve orifis boyunca basınç farkını ölçerek akışı hesaplayabiliriz.

Başlangıçta bu sensörü COVID-19 tedavisi için hızlı üretim ventilatörün açık kaynaklı tasarımı olan OpenVent-Bristol adlı projemiz için tasarladık ve ürettik. Ancak bu sensör hemen hemen her hava akışı algılama uygulamasında kullanılabilir.

Tasarımımızın bu ilk versiyonu tamamen kullanıma hazır parçalar kullanılarak yapılmıştır, 3D baskı veya lazer kesime gerek yoktur.

Ekli çizim, tasarımın bir kesit çizimini göstermektedir. Çok basit bir şekilde, akış hızını hesaplamak için orifis boyunca fark basıncını ölçen, aralarına süper yapıştırılmış bir yıkayıcıya sahip 2 uzunlukta tesisat borusudur.

Eğlence!! ve kendiniz yaparsanız bize bir yorum verin.

Adım 1: Parça Satın Alın

Bunlar ihtiyacınız olacak parçalar:

• 2x 15cm uzunluklarda 22mm OD PVC sıhhi tesisat borusu
• 1x metal pul ID 5.5mm OD yaklaşık 20mm (19,5-22mm arası iyidir)

• Bir fark basınç sensörü (yaklaşık 10 £). Bir MPX5010DP kullandık ancak sisteminizdeki basınçlara uygun farklı bir tane seçmek isteyebilirsiniz. Bu sensörleri satan bazı örnek mağazalar aşağıda listelenmiştir:

  • 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…
• Yaklaşık 20 mm uzunluğa kesilmiş basınçlı musluk boruları: Pirinç boru gibi herhangi bir 2 mm OD sert boru uygun olmalıdır. Çaresizlikten bir WD-40 kutusundan püskürtme başlığını kullandım, işe yaradı ama süper yapıştırıcı mükemmel bir şekilde yapışmadı
• Süper yapıştırıcı
• Basınç sensörünün basınç portlarına bağlantı için silikon/PVC boru. 2-3 mm ID iyi olmalı, tüpünüz büyükse küçük bir kablo bağına ihtiyacınız olabilir.

Akış sensörü borularını başka bir 22 mm boruya takmak istiyorsanız 1 veya 2 tesisat konektörü satın almak isteyebilirsiniz:

Not: Seçilen malzemeler, özellikle PVC olmak üzere tıbbi ürün yönetmeliklerine uygun değildir.

Adım 2: Sıhhi Tesisat Borusunu Kesin

Sıhhi tesisat borusundan 2 uzunluk kesin. 15 cm uzunluk kullandık ama biraz daha kısa işe yarayabilir. Güzel bir kare kesim elde etmek önemli olduğu için kesimleri gönye testere kullanarak yaptım. Herhangi bir frezi düzeltmek için zımpara kağıdı kullanın

Adım 3: Tesisat Tüplerini Birleştirin

• Yıkayıcınızı bir tüpün ucuna süper yapıştırın, rondelanın tüple eş merkezli olduğundan emin olun ve hava basıncının dışarı sızmayacağından emin olmak için yıkayıcının çevresi boyunca sürekli bir tutkal damlası yaptığınızdan emin olun.
• Ardından tüpün diğer uzunluğunu yıkayıcının diğer tarafına yapıştırın. Yine, havanın dışarı sızmaması için tamamen yapıştırdığınızdan emin olun.

Adım 4: Basınç Muslukları Ekleyin

1. Ekteki resme göre yıkayıcıdan mesafelerde 2 delik açın
2. 2 mm OD çubukları deliklere itin, sıkı oturduğundan emin olun (tüpüm 2,2 OD idi ancak matkap ucum 2 mm idi, bu yüzden tüp sıkıca oturana kadar matkabı biraz salladım)
3. Tüpü deliğe süper tutkalla yapıştırın, etrafının tamamen kapatıldığından emin olun
4. Silikon tüp güzel ve sıkı bir şekilde oturana kadar yalıtım bandını basınç musluğunuzun etrafına sarın.

Adım 5: Test Et ve Kalibre Et

Basınç sensörünü Arduino'nuza bağlayın ve basınç musluklarını basınç sensörünün bağlantı noktalarına bağlayın. Sensörün fiziksel analog pininin yazılım piniyle eşleştiğinden emin olun.

Ekli kodu kullanarak test edin. Not, aşağıdaki kitaplıklara ihtiyaç vardır:

• tel.h
• ve Sensirion_SFM3000_arduino (bu kitaplık farklı bir sensör içindir, ancak bunu hesaba katmak için kodumda bazı değişiklikler yaptım)

İdeal olarak sensörünüzü kalibre etmek istiyorsanız, ev yapımı sensörle seri olarak bağlanmış bir Sensirion SFM3300 kullandık. SFM3300 için bağlantılar şunlardır:

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

İdeal olarak, kalibrasyon testi için hava kaynağınız sabit bir akış vermeli ve kontrollü bir akış hızı taraması verecek şekilde kontrol edilebilir olmalıdır. Potansiyometre kullanılarak kontrol edilen elektronik fırçalı DC hız kontrol cihazı ile çalıştırılmak üzere hacklenmiş bir hava yatağı pompası kullandık. Eğer iyi çalışacak bir DC güç kaynağınız varsa.

Kod, sensörümüzden gelen basınç ve akışı okuma özelliğinin yanı sıra kalibrasyon için kullandığımız sensör olan i2c üzerinden Sensirion SFM3300'den de okuyabilir. kalibrasyon sensörü (Oldukça şaşırtıcı bir şekilde, DIY sensörü SFM3300'den daha istikrarlı ve daha tutarlı okumalar verdi)

Kodun 1. versiyonu, akış hızı okumalarının çıktısını almak için kalibre edilmiş bir arama tablosu kullanır. Bunu biz yaptık

• hava kaynağımızdan (.csv dosyası olarak) gelen tam bir tarama üzerindeki basıncı günlüğe kaydetme
• verileri excel'e alma
• akış hızını bulmak için bir denklemden geçirmek
• daha sonra bir Arduino tamsayı dizisine kopyalanmış/yapıştırılmış virgülle ayrılmış bir arama tablosu oluşturma

Denklemli excel belgesi saklanır…

Kodun ikinci versiyonu, aşağıdaki nedenlerden dolayı kodda bir denklem kullanacaktır:

• sıcaklığı hesaba katmak (debi okumalarını etkileyecektir)
• aşağı akış kısıtlamasındaki bir değişikliği hesaba katmak için bu, ayrı bir aşağı akış basınç sensörü ile algılanacaktır.

Adım 6: Uygun Janky Kalibrasyon Yöntemi Seçeneği

Sensirion SFM3300 gibi kalibre etmek için kullanıma hazır bir akış sensörünüz yoksa, bu, akış çıkışı hakkında SÜPER kaba bir fikir edinmenin bir yoludur. Ancak bu, yalnızca yüksek basınçlı bir akış kaynağıyla çalışır (hava yatağı pompası bile bir balonu şişirmekte zorlanabilir) ve yalnızca hava beslemenizi tekrar tekrar açabiliyorsanız çalışır.

• Sistemin çıkışına bir balon takın ve her şişirmede şiştiği çapı ölçün
• Bir ölçüm sürahisini suyla doldurun (belki yarısı kadar)
• Balonunuzu aynı çapta yeniden şişirin, ardından tamamen su sürahisine daldırın ve balonun yerleştirilmesinden önceki ve sonraki su seviyesindeki farkı kaydedin.
• Daha sonra, kodunuzdaki balon şişirme başına hacmi ölçmeniz gerekecek, bu, akışı zaman içinde entegre ederek yapılır. Bunu yapmak için size tam bir kod veremem çünkü akış kaynağınıza ve kodunuzun akışın başladığını ve durduğunu nasıl algılayacağına bağlı olarak farklı olması gerekecek, ancak bir metin dosyasına çıkacak bir işlev ekledim. hacim, sadece hacmi hesaplamaya ne zaman başlayıp ne zaman duracağını söylemeniz gerekecek (yani testimiz için bu, her nefesin başlangıcında ve sonundaydı), bu, işleve "nefes Durumu" adı verilen boole değişkeni aracılığıyla gösterilir. Çağırdığınızda, o fonksiyona ml/s cinsinden akış hızını iletmeyi unutmayın.

7. Adım: Sisteminize Entegre Edin

Ne olursa olsun kurulumunuza takın ve 15 sterlinin altındaki akış hızını ölçmenin keyfini çıkarın:)

Ventilatör uygulamamızdan bazı akışların, basınçların ve hacimlerin örnek bir görüntüsü ektedir.

Sıhhi tesisat düz bağlantı mafsalları, bu sensörü başka bir 22 mm OD tüpüne bağlamak için harikadır.