Sådan laver du en nøjagtig luftmængdesensor med Arduino til under 20 £ COVID-19-ventilator: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Se denne rapport for det nyeste design af denne åbningsflow -sensor:

Denne instruktion viser, hvordan man bygger en luftmængdesensor ved hjælp af en differensialtrykssensor til lav pris og let tilgængelige materialer. Designet er til en flowmåler af en åbningstype, åbningen (i vores tilfælde en skive) giver en begrænsning, og vi kan beregne strømmen ved at måle trykforskellen over åbningen.

Oprindeligt designede og byggede vi denne sensor til vores projekt kaldet OpenVent-Bristol, som er et open source-design af hurtig fremstillingsventilator til behandling af COVID-19. Denne sensor kan dog bruges i næsten enhver applikation til registrering af luftstrøm.

Denne første version af vores design er lavet udelukkende ved hjælp af dele fra hylden, ingen 3D-print eller laserskæring er nødvendig.

Den vedlagte tegning viser en tværsnits tegning af designet. Det er ganske enkelt 2 længder af VVS -rør med en vaskemaskine overlimet imellem, der måler differenstryk over åbningen for at beregne strømningshastigheden.

God fornøjelse!! og giv os en kommentar, hvis du laver din egen.

Trin 1: Køb dele

Dette er de dele, du skal bruge:

• 2x 15 cm længder af 22 mm OD PVC VVS -rør
• 1x metalskive ID 5,5 mm OD omkring 20 mm (mellem 19,5-22 mm er fint)

• En differenstrykføler (ca. £ 10). Vi brugte en MPX5010DP, men du vil måske vælge en anden, der passer til trykket i dit system. Nogle eksempler på butikker, der sælger disse sensorer, er angivet 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…
• Trykvandsslange skåret til omkring 20 mm længde: Enhver 2 mm OD stiv slange skal være egnet, f.eks. Et messingrør. Af desperation brugte jeg sprøjtedysen fra en WD-40 dåse, det virkede, men superlimet klistrede ikke glimrende
• super lim
• Slange af silicium/PVC til tilslutning til tryksensorens trykporte. 2-3 mm ID skal være fint, du skal muligvis bruge et lille kabelbinder, hvis dit rør er for stort.

Det kan være en god idé at købe 1 eller 2 VVS-stik, hvis du vil montere strømningssensorens rør på et andet 22 mm rør:

Bemærk: De valgte materialer opfylder ikke medicinske produktregler, især PVC.

Trin 2: Skær VVS -rør

Klip 2 længder af VVS -røret. Vi brugte 15 cm længde, men det kan fungere fint lidt kortere. Jeg lavede snittene ved hjælp af en geringssav, da det er vigtigt at få et godt firkantet snit. Brug sandpapir til at glatte eventuelle boringer

Trin 3: Saml VVS -rør

• Lim din vaskemaskine til enden af et rør, sørg for, at skiven er koncentrisk med røret, og sørg for at lave en kontinuerlig limstrimmel hele vejen rundt om vaskemaskinens omkreds for at sikre, at der ikke siver noget lufttryk ud.
• Superlim derefter den anden længde af røret til den anden side af skiven. Igen skal du sørge for at lime hele vejen rundt, så der ikke siver luft ud

Trin 4: Tilføj trykhaner

1. Bor 2 huller på afstandene fra skiven i henhold til det vedhæftede billede
2. Skub 2 mm OD -stængerne ind i hullerne, sørg for at det sidder tæt (mit rør var 2,2 OD, men mit bor var 2 mm, så jeg slog bare med boret lidt, indtil røret passede tæt)
3. Superlim lim røret ind i hullet, og sørg for at det er forseglet hele vejen rundt
4. Pak isoleringstape rundt om din trykhane, indtil siliciumrøret sidder godt og tæt

Trin 5: Test og kalibrer

Tilslut tryksensoren til din Arduino og tilslut trykhanerne til tryksensorens porte. Sørg for, at sensorens fysiske analoge pin stemmer overens med pin -softwaren.

Test det ved hjælp af den vedhæftede kode. Bemærk, følgende biblioteker er nødvendige:

• Wire.h
• og Sensirion_SFM3000_arduino (dette bibliotek er til en anden sensor, men jeg har foretaget nogle ændringer i min kode for at tage højde for det)

Ideelt set vil du kalibrere din sensor, vi brugte en Sensirion SFM3300 forbundet i serie med den hjemmelavede sensor. Forbindelser til SFM3300 er:

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

Ideelt set skal din luftkilde til kalibreringstesten afgive et konstant flow og være kontrollerbart for at give et kontrolleret feje af strømningshastigheder. Vi brugte en luftbedpumpe hacket til at blive drevet via en elektronisk børstet DC -hastighedsregulator styret ved hjælp af et potentiometer. Hvis du har en jævnstrømforsyning, der også fungerer fint.

Koden såvel som at kunne læse trykket og strømmen fra vores sensor, den kan også læse fra Sensirion SFM3300 via i2c, som er den sensor, vi brugte til kalibrering. Du bliver nødt til at tilpasse koden i overensstemmelse hermed, hvis du har en anden kalibreringssensor. (Helt overraskende gav DIY -sensoren mere stabile, mere konsekvente aflæsninger end SFM3300)

Den første version af koden bruger en kalibreret opslagstabel til at aflæse flowhastighedsmålinger. Vi lavede dette ved

• logning af trykket over en fuld fejning fra vores luftkilde (som.csv -fil)
• tager data til excel
• passerer den gennem en ligning for at beregne strømningshastigheden
• derefter oprette en kommasepareret opslagstabel, der blev kopieret/indsat i et Arduino -heltal array

Excel -dokumentet med ligning gemmes …

Den anden version af koden vil bruge en ligning i koden af følgende årsager:

• for at tage hensyn til temperaturen (hvilket vil påvirke aflæsningerne af strømningshastigheden)
• for at tage højde for en ændring i nedstrømsbegrænsningen, vil dette blive registreret med en separat nedstrøms trykføler

Trin 6: Korrekt Janky -kalibreringsmetode

Hvis du ikke har en strømningssensor på hylden til at kalibrere den med f.eks. En Sensirion SFM3300, er dette en måde at få en SUPER grov ide om strømningsudbyttet. Dette vil dog kun fungere med en højtryksstrømskilde (selv luftbedpumpen kan have svært ved at puste en ballon op) og fungerer kun, hvis du gentagne gange kan tænde og slukke din lufttilførsel

• Sæt en ballon på systemets output og mål den diameter, den blæser til på hver inflation
• Fyld en målekande med vand (måske cirka halvvejs)
• Genopblæs din ballon til den samme diameter, sænk den derefter helt ned i din vandkande og registrer forskellen i vandstanden før og efter at ballonen er indsat
• Dernæst skal du måle volumen pr. Balloninflation i din kode, dette gøres ved at integrere strømmen over tid. Jeg kan ikke give dig den nøjagtige kode for at gøre dette, fordi det skal være anderledes afhængigt af din strømningskilde, og hvordan din kode vil fornemme en start og stop af strømmen, men jeg har vedhæftet en funktion i en tekstfil, der vil blive lagt ud volumen, skal du bare fortælle det, hvornår du skal starte og stoppe beregningen af volumen (dvs. for vores test var dette ved starten og stoppet af hvert åndedrag), dette indikeres til funktionen via den boolske variabel kaldet "breathStatus". Husk at overføre strømningshastigheden i ml/s til den funktion, når du kalder den.

Trin 7: Integrer i dit system

Tilslut det til din opsætning, uanset hvad det måtte være, og nyd måling af strømningshastighed for under £ 15:)

Vedhæftet er et eksempelbillede af nogle strømninger, tryk og volumener fra vores ventilatorapplikation.

VVS -lige koblingsled er gode til at forbinde denne sensor med et andet 22 mm OD -rør.