Jak zrobić zestaw do wykrywania amoniaku: 8 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

W tym samouczku pokażemy, jak używać czujników amoniaku, arduino i maliny do pomiaru stężenia amoniaku i ostrzegania w przypadku wycieku lub zbyt wysokiego stężenia w powietrzu!

Ten projekt jest naszym projektem szkolnym, w rzeczywistości laboratorium chemiczne naszej szkoły chciało systemu wykrywającego, czy stężenie amoniaku w powietrzu jest zbyt wysokie. W laboratorium jest laboratoryjny okap chemiczny, a uczniowie muszą go włączyć, aby odessać chemiczne opary. Ale jeśli zapomną włączyć kaptur, toksyczne opary mogą rozprzestrzenić się w laboratorium. Ten system pozwoli odpowiedzialnemu nauczycielowi otrzymać ostrzeżenie, jeśli amoniak (który jest jednym toksycznym gazem) zostanie wykryty poza tymi okapami.

Krok 1: Materiały

Do tego projektu potrzebujesz:

- 2x czujnik amoniaku MQ-137 (lub tyle ile chcesz)

- 1x Arduino Uno (posiada jeden port szeregowy)

- 1x Genuino Mega 2560 (lub inne płyty z 2 lub więcej portami szeregowymi)

- 2x moduły Bluetooth HC-05

- 1x Raspberry Pi model 3B

- 1x bateria 9V

- Przewody, kable i rezystory

Krok 2: Pobieranie danych z czujników

Czujniki są podłączone do arduino Uno.

Aby zrealizować tę aplikację, czujnik ten musi być zasilany. W tym celu wykorzystywane jest napięcie 5V i masa karty arduino. Dodatkowo wejście analogowe A0 umożliwia odzyskanie wartości rezystancji podanej przez czujnik. Co więcej, Arduino jest zasilane

Niestety czujniki te nie zapewniają liniowej mocy wyjściowej proporcjonalnej do stężenia amoniaku. Czujniki te wykonane są z ogniwa elektrochemicznego, zmieniającego rezystancję związaną ze stężeniem. Opór rośnie wraz z koncentracją.

Prawdziwy problem z nimi polega na tym, że są one stworzone do pomiaru różnych rodzajów gazu, a ogniwo elektrochemiczne reaguje dziwnie. Na przykład dla tej samej próbki ciekłego amoniaku oba czujniki zapewniają różne dane wyjściowe. Są też dość powolne.

Tak czy inaczej, rezystancja dostarczana przez czujnik jest konwertowana na 0-5V, a następnie na „ppm” (= części na milion, jest to odpowiednia jednostka do pomiaru stężenia gazu) przez arduino, używając krzywej trendu i jej równanie jest podane w dokumentacja tych czujników.

Krok 3: Wysyłanie danych przez Bluetooth

W celu rozmieszczenia czujników w różnych miejscach laboratorium są one bezpośrednio połączone z płytką Arduino zasilaną baterią 9V. A do przekazywania wyników amoniaku w powietrzu do karty Rapsberry wykorzystywane są moduły bluetooth. Pierwsza karta podłączona bezpośrednio do płytki czujnika nosi nazwę slave.

Aby korzystać z modułów bluetooth, należy je najpierw skonfigurować. W tym celu podłącz pin EN modułu do napięcia 5V (powinna być widoczna migająca dioda co 2 sekundy) i naciśnij przycisk na module. Telekoduj pusty kod w arduino i podłącz pin RX modułu do pinu TX arduino i odwrotnie. Następnie wejdź w monitor szeregowy, wybierz odpowiednią szybkość transmisji (dla nas było to 38400 Br) i napisz AT.

Jeśli monitor szeregowy pokazuje "OK", to wszedłeś w tryb AT. Możesz teraz ustawić moduł jako podrzędny lub nadrzędny. Poniżej znajdziesz plik pdf ze wszystkimi poleceniami dla trybu AT.

Poniższa strona internetowa pokazuje kroki, jakie należy wykonać w trybie AT dla naszego modułu bluetooth:

Moduł bluetooth wykorzystuje 4 piny arduino, 3.3V z dzielnikiem napięcia, masę, piny TX i RX. Użycie pinów TX i RX oznacza, że dane są przesyłane przez port szeregowy karty.

Nie zapominaj, że pin RX modułu bluetooth jest podłączony do pinu TX Arduino i na odwrót.

Powinieneś zobaczyć, jak obie diody modułów bluetooth migają 2 razy mniej więcej co 2 sekundy, gdy są ze sobą połączone.

Zarówno paragon, jak i kod wysyłki są realizowane na tej samej karcie i załączane później.

Krok 4: Odbieranie danych i przesyłanie do Raspberry Pi

Tę część projektu wykonuje arduino mega.

Ta karta jest podłączona do modułu bluetooth skonfigurowanego do odbierania danych i raspberry pi. Nazywa się Mistrz.

W takim przypadku moduł bluetooth korzysta z jednego portu szeregowego, a dane są przesyłane do raspberry pi za pomocą innego portu szeregowego. Dlatego potrzebujemy karty z 2 lub więcej portami szeregowymi.

Kod jest prawie taki sam jak poprzednio.

Krok 5: Rejestrowanie danych i funkcja alertów

Raspberry pi będzie rejestrować dane co 5 sekund (na przykład mogą się różnić) w pliku.csv i zapisuje je w pojemności karty SD.

Jednocześnie malina sprawdza, czy stężenie nie jest zbyt wysokie (np. powyżej 10ppm może się różnić) i wysyła alert e-mail, jeśli tak jest.

Ale zanim malina będzie mogła wysłać e-mail, potrzebuje trochę konfiguracji. W tym celu przejdź do pliku "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" i zmień parametry zgodnie z Twoimi danymi osobowymi. Przykład znajdziesz poniżej (code_raspberry_conf.py).

Jeśli chodzi o kod główny (blu_arduino_print.py), to trzeba zaimportować niektóre biblioteki, takie jak "serial" do pracy z portem komunikacyjnym USB lub bibliotekę "ssmtp" do wysyłania e-maili.

Czasami może wystąpić błąd podczas wysyłania danych przez Bluetooth. Rzeczywiście, malina może odczytać linię tylko wtedy, gdy jest liczba zakończona \n. Jednak malina może czasami otrzymać coś innego, jak „\r\n” lub po prostu „\n”. Tak więc, aby uniknąć wyłączenia programu, użyliśmy polecenia Try - Except.

Potem to tylko kilka warunków „jeśli”.

Krok 6: Tworzenie spraw

Wymagane wyposażenie:

- 1 puszka przyłączeniowa 220*170*85 mm

- 1 puszka przyłączeniowa 153*110*55 mm

-Zielony ertalon 500*15*15mm

- kable elektryczne o długości 1,5 metra

- 2 moduły bluetooth

- 1 Malina

- 1 megabajt Arduino

- 1 oryginalny

- bateria 9v

- 1 kabel połączeniowy Raspberry/Arduino

- 2 rezystory 2K ohm

- 2 rezystory 1K ohm

- Maszyna do lutowania

- Wiertarka

- Wiertła

- Szczypce do cięcia

- Piła

Zaczęliśmy od dwóch puszek elektrycznych, w których wykonano nacięcia. Po pierwsze, realizacja elementu czujnika/emitera: dwa wsporniki do mocowania karty Genuino wykonane w kolorze zielonym ERTALON. Następnie trzeba było rozciąć pokrywę, aby założyć czujnik amoniaku i go naprawić. Kable połączono z czujnika do karty Genuino. Następnie wkładamy moduł bluetooth do pudełka, lutujemy kable i łączymy je z kartą. Wreszcie zasilacz z baterią 9V został zintegrowany i okablowany. Gdy czujnik był gotowy, mogliśmy przystąpić do pracy nad odbiornikiem. W tym celu, podobnie jak poprzednio, zaczęliśmy od wykonania podpór dla dwóch kart elektronicznych (Malina i Arduino mega). Następnie wycinamy gniazda na kable i wtyczki z Raspberry. Moduł bluetooth został naprawiony w taki sam sposób jak poprzednio. Następnie wywiercono otwory w górnej części obudowy, aby umożliwić wentylację dwóch płytek elektronicznych i uniknąć ryzyka przegrzania. Aby zakończyć ten krok, wszystkie kable zostały podłączone, a projekt wymaga jedynie zasilania i testów.

Krok 7: Ulepszenia

Jeśli chodzi o poprawę, można przywołać kilka punktów:

- Wybór bardziej wydajnego czujnika. Rzeczywiście, nie wykrywają szybko pojawienia się amoniaku w powietrzu. Dodaj do tego, że po nasyceniu amoniakiem potrzebują pewnego czasu, aby się go pozbyć.

- Użyto karty arduino mającej bezpośrednio moduł Bluetooth, jak określono w podstawie naszego projektu. Niestety Genuino 101 nie jest już dostępny na rynku europejskim.

- Zintegruj wyświetlacz w pudełku, w którym znajduje się czujnik, aby w sposób ciągły znać stężenie

- Zapewnij automatyczną konstrukcję wykresu z danych zapisanych w pliku csv.