Jak zrobić dokładny czujnik przepływu powietrza z Arduino za mniej niż 20 funtów respiratora COVID-19: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Zapoznaj się z tym raportem, aby zapoznać się z najnowszym projektem tego czujnika przepływu z kryzą:

Ta instrukcja pokazuje, jak zbudować czujnik natężenia przepływu powietrza przy użyciu niedrogiego czujnika różnicy ciśnień i łatwo dostępnych materiałów. Konstrukcja jest przeznaczona dla czujnika przepływu typu kryzowego, kryza (w naszym przypadku podkładka) zapewnia ograniczenie i możemy obliczyć przepływ, mierząc różnicę ciśnień na kryzie.

Pierwotnie zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy ten czujnik dla naszego projektu o nazwie OpenVent-Bristol, który jest projektem o otwartym kodzie źródłowym respiratora do szybkiej produkcji do leczenia COVID-19. Jednak ten czujnik może być używany w prawie każdym zastosowaniu wykrywania przepływu powietrza.

Ta początkowa wersja naszego projektu jest wykonana w całości z gotowych części, nie jest potrzebny druk 3D ani cięcie laserowe.

Załączony rysunek przedstawia rysunek przekrojowy projektu. To bardzo proste, 2 odcinki rury kanalizacyjnej z podkładką superklejoną pomiędzy nimi, mierzącą różnicę ciśnień w kryzie w celu obliczenia natężenia przepływu.

Cieszyć się!! i daj nam komentarz, jeśli stworzysz własny.

Krok 1: Kup części

Oto części, których będziesz potrzebować:

• 2x 15 cm długości rury instalacyjnej PVC o średnicy 22 mm OD
• 1x metalowa podkładka ID 5,5 mm OD około 20 mm (pomiędzy 19,5-22 mm jest w porządku)

• Czujnik różnicy ciśnień (ok. 10 GBP). Użyliśmy MPX5010DP, ale możesz wybrać inny odpowiedni do ciśnień w twoim systemie. Poniżej wymieniono niektóre przykładowe sklepy, które sprzedają te czujniki:

  • 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…
• Rurka ciśnieniowa przycięta do około 20 mm długości: Każda sztywna rura o średnicy zewnętrznej 2 mm powinna być odpowiednia, na przykład rurka mosiężna. Z desperacji użyłem dyszy natryskowej z puszki WD-40, zadziałała, ale super klej nie kleił się genialnie
• Super klej
• Rurki silikonowe/PVC do podłączenia do portów ciśnienia czujnika ciśnienia. ID 2-3 mm powinno być w porządku, może być potrzebna mała opaska kablowa, jeśli rura jest za duża.

Możesz kupić 1 lub 2 złącza hydrauliczne, jeśli chcesz dopasować rurę czujnika przepływu do innej rury 22 mm:

Uwaga: wybrane materiały nie spełniają przepisów dotyczących wyrobów medycznych, w szczególności PVC.

Krok 2: Wytnij rurę hydrauliczną

Wytnij 2 odcinki z rury kanalizacyjnej. Użyliśmy 15 cm długości, ale może działać trochę krócej. Cięcia wykonałem za pomocą piły ukośnej, ponieważ ważne jest, aby uzyskać ładne cięcie pod kątem prostym. Użyj papieru ściernego, aby wygładzić wszelkie wiertła

Krok 3: Złóż rury hydrauliczne

• Przyklej superklej swoją podkładkę do końca jednej tuby, upewnij się, że podkładka jest koncentryczna z tubą i upewnij się, że ciągła kropla kleju na całym obwodzie podkładki, aby zapewnić, że nie będzie wyciekać powietrze.
• Następnie superklej drugą długość rurki po drugiej stronie podkładki. Ponownie upewnij się, że sklejasz dookoła, aby powietrze nie wyciekało

Krok 4: Dodaj kurki ciśnieniowe

1. Wywierć 2 otwory w odległości od podkładki zgodnie z załączonym obrazkiem
2. Wciśnij pręty o średnicy 2 mm OD do otworów, upewnij się, że są ciasno dopasowane (moja rurka miała 2,2 OD, ale moje wiertło miało 2 mm, więc pomachałem trochę wiertłem, aż rura ściśle przylegała)
3. Przyklej tubkę do otworu, upewniając się, że jest całkowicie uszczelniona
4. Owiń taśmę izolacyjną wokół kranu dociskowego, aż silikonowa rurka będzie dobrze przylegać i ciasno

Krok 5: Testuj i kalibruj

Podłącz czujnik ciśnienia do Arduino i podłącz zawory ciśnieniowe do portów czujnika ciśnienia. Upewnij się, że fizyczny styk analogowy czujnika jest zgodny ze stykiem oprogramowania.

Przetestuj go za pomocą załączonego kodu. Uwaga, potrzebne są następujące biblioteki:

• Drut.h
• i Sensirion_SFM3000_arduino (ta biblioteka jest dla innego czujnika, ale w związku z tym dokonałem pewnych zmian w kodzie)

Idealnie, jeśli chcesz skalibrować czujnik, użyliśmy Sensirion SFM3300 połączonego szeregowo z czujnikiem domowej roboty. Połączenia dla SFM3300 to:

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

Idealnie, twoje źródło powietrza do testu kalibracyjnego powinno dawać stały przepływ i być kontrolowane, aby zapewnić kontrolowane przemiatanie prędkości przepływu. Użyliśmy pompy z materacem powietrznym, która została zhakowana, aby była zasilana za pomocą elektronicznego, szczotkowanego regulatora prędkości prądu stałego, kontrolowanego za pomocą potencjometru. Jeśli masz zasilacz prądu stałego, również będzie działał dobrze.

Kod oprócz możliwości odczytu ciśnienia i przepływu z naszego czujnika, może również odczytywać z czujnika Sensirion SFM3300 za pośrednictwem i2c, czyli czujnika, którego używaliśmy do kalibracji. Jeśli masz inny kod, musisz odpowiednio dostosować kod czujnik kalibracji. (Całkiem zdumiewające, że czujnik DIY dawał stabilniejsze, bardziej spójne odczyty niż SFM3300)

Pierwsza wersja kodu wykorzystuje skalibrowaną tabelę przeglądową do wyświetlania odczytów natężenia przepływu. Zrobiliśmy to przez

• rejestrowanie ciśnienia w pełnym cyklu z naszego źródła powietrza (jako plik.csv)
• przenoszenie danych do Excela
• przekazanie go przez równanie, aby obliczyć natężenie przepływu
• następnie tworzenie tabeli wyszukiwania oddzielonej przecinkami, która została skopiowana/wklejona do tablicy liczb całkowitych Arduino

Dokument Excela z równaniem jest przechowywany…

Druga wersja kodu użyje równania w kodzie z następujących powodów:

• uwzględnienie temperatury (która wpłynie na odczyty natężenia przepływu)
• aby uwzględnić zmianę w ograniczeniu na dole, zostanie to wykryte za pomocą oddzielnego czujnika ciśnienia na dole

Krok 6: Właściwa opcja metody kalibracji Janky

Jeśli nie masz gotowego czujnika przepływu do kalibracji, takiego jak Sensirion SFM3300, jest to jeden ze sposobów na uzyskanie SUPER przybliżonego obrazu wydajności przepływu. Jednak będzie to działać tylko w przypadku źródła przepływu o wysokim ciśnieniu (nawet pompa z materacem powietrznym może mieć trudności z napompowaniem balonu) i zadziała tylko wtedy, gdy będziesz mógł wielokrotnie włączać i wyłączać dopływ powietrza

• Podłącz balon do wyjścia systemu i zmierz średnicę, do której jest nadmuchiwany przy każdym napompowaniu
• Napełnij miarkę wodą (może do połowy)
• Napełnij balon ponownie do tej samej średnicy, a następnie całkowicie zanurz go w dzbanku z wodą i zanotuj różnicę poziomu wody przed i po włożeniu balonu
• Następnie musisz zmierzyć objętość na napełnienie balonu w swoim kodzie, odbywa się to poprzez integrację przepływu w czasie. Nie mogę podać dokładnego kodu, aby to zrobić, ponieważ będzie musiał się różnić w zależności od źródła przepływu i tego, jak twój kod wykryje początek i zatrzymanie przepływu, ale dołączyłem funkcję w pliku tekstowym, która zostanie umieszczona objętość, wystarczy powiedzieć, kiedy rozpocząć i zakończyć obliczanie objętości (tj. dla naszego testu było to na początku i na końcu każdego oddechu), jest to sygnalizowane funkcji poprzez zmienną boolowska o nazwie „breathStatus”. Pamiętaj, aby podać prędkość przepływu w ml/s do tej funkcji, kiedy ją wywołasz.

Krok 7: Zintegruj się ze swoim systemem

Podłącz go do swojej konfiguracji, cokolwiek to może być i ciesz się pomiarem natężenia przepływu za mniej niż 15 GBP:)

Załączony jest przykładowy obraz niektórych przepływów, ciśnień i objętości z naszej aplikacji respiratora.

Proste złącza hydrauliczne doskonale nadają się do łączenia tego czujnika z inną rurą o średnicy zewnętrznej 22 mm.