Niski koszt czujnika przepływu wody i wyświetlacz otoczenia: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Woda to cenny zasób. Miliony ludzi nie mają dostępu do czystej wody pitnej, a każdego dnia z powodu chorób skażonych wodą umiera nawet 4000 dzieci. Jednak nadal marnujemy nasze zasoby. Nadrzędnym celem tego projektu jest motywowanie bardziej zrównoważonych zachowań związanych z korzystaniem z wody i podnoszenie świadomości na temat globalnych problemów związanych z wodą. Jest to instrukcja, jak z grubsza wykrywać przepływ wody w rurze i sterować wyświetlaczem otoczenia. Używam przetwornika piezo, niektórych diod LED i arduino. Urządzenie jest wstępnym prototypem tego, co ostatecznie stanie się przekonującą technologią, która motywuje do zrównoważonych zachowań i zwiększa świadomość na temat korzystania z wody. Jest to projekt Stacey Kuznetsov i Erica Paulosa z Living Environments Lab w Carnegie Mellon University Human Computer Interaction Institute. Wyprodukowany przez: Stacey [email protected]://staceyk.orgEric [email protected]://www. paulos.net/Living Environments Labhttps://www.living-environments.net Poniższy film ilustruje poprzednią wersję tego projektu, w której do wykrywania przepływu wody zamiast elementu piezo zastosowano mikrofon. Uzyskasz lepszą wydajność podczas korzystania z przetwornika piezoelektrycznego, więc ta instruktażowa szczegółowo opisuje podejście piezoelektryczne. Specjalne podziękowania dla Briama Lima, Bryana Pendletona, Chrisa Harrisona i Stuarta Andersona za pomoc w pomysłach i projektowaniu tego projektu!

Krok 1: Zbierz materiały

Będziesz potrzebował:- Płytka chlebowa- Mikrokontroler (użyłem Arduino)- Mastic- Piezo Transducer (https://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062402)- Kilka diod LED (użyłem 2 żółtych, 2 czerwone, 2 zielone)- Świecznik lub pojemnik podobnej wielkości- Przewód- Rezystor 1 Mohm (lub inny o dużej wartości)- Rezystory 4,7 K (3)- Rezystory 1 K (1)- Rezystory o niskiej wartości (dla diod LED)- Przewody przycinające- Przewody połączeniowe- Mastic- Wzmacniacz (LM613)

Krok 2: Zbuduj obwód

Obwód składa się ze wzmacniacza zwiększającego sygnał z piezo i dzielnika napięcia do podnoszenia napięcia bazowego. Pomiędzy dwoma wejściami piezoelektrycznymi znajduje się rezystor o wysokiej wartości, który działa jako rezystor obniżający sygnał.

Krok 3: Przetestuj obwód

Podłącz piezo do obwodu i podłącz arduino. Dzielnik napięcia ustawia napięcie bazowe na 2,5 V, więc odczyty bazowe dla sygnału powinny wynosić około 512 na pinie analogowym Arduino (w połowie drogi między 0 a 1023). Mój waha się +/-30 wokół 520. Możesz zauważyć pewne wahania wokół tej liczby.

Krok 4: Skalibruj czujnik, aby wykryć wibracje

Po odkręceniu kranu drgania rury spowodują, że piezoelektryczny prąd będzie generował fluktuację. Ponieważ odczyt bazowy zwęża się około 520, można obliczyć amplitudę wokół tej liczby, aby wykryć wibracje. Mój próg jest ustawiony na 130, ale możesz go zwiększyć lub zmniejszyć w zależności od rodzaju wibracji, które chcesz wyczuć, i czułości konkretnego elementu piezoelektrycznego. Aby przetestować sygnał, użyj mastyksu, aby przymocować piezo do płaskiej powierzchni. Spróbuj stukać lub drapać po powierzchni w różnych lokalizacjach i różnych intensywnościach, aby zobaczyć, jaki rodzaj odczytów otrzymujesz na Arduino. Aby zmniejszyć hałas, zalecam obliczenie średniej ruchomej sygnału wejściowego. Jest to prosty sposób określania amplitudy fali, który pozwala uniknąć fałszywych trafień z powodu losowego prądu statycznego. Można również zastosować bardziej zaawansowane metody, takie jak FFT.// Sample Codeint sensor = 2; // Analog inint val =0; // Bieżący odczyt dla analogowego pinint avg; // Bieżąca średnia amplitudy fali MIDPOINT = 520; // Podstawowa konfiguracja unieważnienia odczytu() { Serial.begin(9600); śr = PUNKT ŚRODKOWY; // ustaw średnią w punkcie środkowym}void loop() { val = analogRead(sensor); // Oblicz amplitudę fali if (val > MIDPOINT) { val = val - MIDPOINT; } else { val = PUNKT ŚRODKOWY - val; } // oblicz średnią bieżącą fr amplituną avg = (avg * 0.5) + (val * 0.5); if (avg > 130) { // wykryto wibracje! Serial.println("TAK"); opóźnienie (100); // opóźnienie, aby zapewnić, że port szeregowy nie jest przeciążony }}

Krok 5: Utwórz wyświetlacz otoczenia

Jeśli czujnik działa prawidłowo, możesz dodać wyświetlacz otoczenia, aby wyświetlać informacje. Moje diody LED są sparowane w taki sposób, że każdy kolor jest podświetlany przez dwie diody LED. Aby to zrobić, połącz razem przewód „w” (krótki) każdego koloru i użyj rezystora o niskiej wartości przed podłączeniem do Arduino. Podłącz uziemienie (dłuższe) wszystkich diod LED i podłącz do masy w Arduino. Po podłączeniu diod LED użyj świecznika do umieszczenia wyświetlacza. Ponieważ świecznik jest wykonany z aluminium, możesz chcieć umieścić izolator, taki jak kawałek plastiku, na dnie pojemnika przed włożeniem diod LED, aby zapobiec zwarciu obwodu.

Krok 6: Użyj danych czujnika do sterowania wyświetlaczem

Mycie rąk zajmuje mi około 10 sekund. Dlatego zaprogramowałem wyświetlacz tak, aby przez pierwsze 10 sekund po odkręceniu kranu świecił się na zielono. Po 10 sekundach włącza się żółta dioda LED. Wyświetlacz zmienia kolor na czerwony, jeśli woda pozostaje włączona po 20 sekundach i zaczyna migać na czerwono, jeśli kran pozostaje odkręcony przez 25 sekund lub dłużej. Użyj swojej wyobraźni, aby stworzyć alternatywne wyświetlacze!

Krok 7: Zamontuj czujnik i wyświetlacz na rurze wodnej

Użyj masy uszczelniającej lub gliny, aby przymocować piezo do kranu, a drugą warstwę masy uszczelniającej, aby zabezpieczyć wyświetlacz na górze. Może być konieczne ponowne ustawienie amplitudy progowej lub „PUNKT ŚRODKOWY” z kroku 4. Na sygnał może również nieznacznie wpływać temperatura rury.

Krok 8: przyszłe sugestie

Możesz zdecydować się na wysterowanie Arduino z baterii. Nadchodzący samouczek pokaże Ci, jak obsługiwać ten wyświetlacz, czerpiąc energię bezpośrednio z samej bieżącej wody lub wykorzystując energię światła otoczenia!