Cara Membuat Sensor Laju Aliran Udara Akurat Dengan Arduino untuk Di Bawah £20 COVID-19 Ventilator: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Silakan lihat laporan ini untuk desain terbaru dari sensor aliran lubang ini:

Instruksi ini menunjukkan cara membuat sensor laju aliran udara menggunakan sensor tekanan diferensial berbiaya rendah dan bahan yang tersedia. Desainnya adalah untuk sensor aliran tipe lubang, lubang (dalam kasus kami mesin cuci) memberikan batasan dan kami dapat menghitung aliran dengan mengukur perbedaan tekanan di lubang.

Awalnya kami merancang dan membangun sensor ini untuk proyek kami yang disebut OpenVent-Bristol yang merupakan desain open source dari ventilator pembuatan cepat untuk pengobatan COVID-19. Namun sensor ini dapat digunakan di hampir semua aplikasi penginderaan aliran udara.

Versi awal dari desain kami ini dibuat seluruhnya menggunakan suku cadang yang tersedia, tidak diperlukan pencetakan 3D atau pemotongan laser.

Gambar terlampir menunjukkan gambar penampang desain. Hal ini sangat sederhana 2 panjang pipa pipa dengan mesin cuci superglued di antara, mengukur tekanan diferensial di lubang untuk menghitung laju aliran.

Menikmati!! dan beri kami komentar jika Anda membuat sendiri.

Langkah 1: Beli Suku Cadang

Ini adalah bagian yang Anda perlukan:

• 2x 15cm panjang pipa pipa PVC OD 22mm
• 1x mesin cuci logam ID 5.5mm OD sekitar 20mm (antara 19,5-22mm baik-baik saja)

• Sensor tekanan diferensial (sekitar £10). Kami menggunakan MPX5010DP tetapi Anda mungkin ingin memilih yang lain agar sesuai dengan tekanan di sistem Anda. Beberapa contoh toko yang menjual sensor ini tercantum di bawah ini:

  • 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…
• Pipa keran tekanan dipotong menjadi sekitar 20mm panjang: Setiap 2mm OD pipa kaku harus cocok seperti tabung kuningan. Karena putus asa saya menggunakan nosel semprot dari kaleng WD-40, itu berhasil tetapi lem super tidak menempel dengan cemerlang
• lem super
• Tabung silikon/PVC untuk menghubungkan ke port tekanan dari sensor tekanan. ID 2-3mm seharusnya baik-baik saja, Anda mungkin memerlukan pengikat kabel kecil jika tabung Anda terlalu besar.

Anda mungkin ingin membeli 1 atau 2 konektor pipa jika Anda ingin memasang pipa sensor aliran ke pipa 22mm lain:

Catatan: Bahan yang dipilih tidak memenuhi peraturan produk medis, khususnya PVC.

Langkah 2: Potong Tabung Pipa

Potong 2 panjang dari pipa ledeng. Kami menggunakan panjang 15cm tetapi mungkin berfungsi dengan baik sedikit lebih pendek. Saya membuat potongan menggunakan gergaji mitra karena penting untuk mendapatkan potongan persegi yang bagus. Gunakan kertas pasir untuk menghaluskan semua bur

Langkah 3: Merakit Pipa Pipa

• Lem super mesin cuci Anda ke ujung satu tabung, pastikan mesin cuci konsentris dengan tabung dan pastikan untuk membuat manik-manik lem terus menerus di sekitar lingkar mesin cuci untuk memastikan tidak ada tekanan udara yang bocor.
• Kemudian lem super panjang tabung lainnya ke sisi lain dari mesin cuci. Sekali lagi, pastikan untuk merekatkan seluruhnya agar tidak ada udara yang keluar

Langkah 4: Tambahkan Keran Tekanan

1. Bor 2 lubang pada jarak dari mesin cuci sesuai dengan gambar terlampir
2. Dorong batang OD 2mm ke dalam lubang, pastikan pas (tabung saya 2.2 OD tapi mata bor saya 2mm, jadi saya hanya menggoyangkan bor sedikit sampai tabung pas)
3. Lem super tabung ke dalam lubang, pastikan tertutup rapat
4. Bungkus pita isolasi di sekitar keran tekanan Anda sampai tabung silikon pas dan kencang

Langkah 5: Uji dan Kalibrasi

Hubungkan sensor tekanan ke Arduino Anda dan hubungkan keran tekanan ke port sensor tekanan. Pastikan pin analog fisik sensor cocok dengan pin perangkat lunak.

Uji menggunakan kode terlampir. Catatan, perpustakaan berikut diperlukan:

• Wire.h
• dan Sensirion_SFM3000_arduino (perpustakaan ini untuk sensor yang berbeda, tetapi saya telah membuat beberapa perubahan dalam kode saya untuk memperhitungkannya)

Idealnya Anda ingin mengkalibrasi sensor Anda, kami menggunakan Sensirion SFM3300 yang dihubungkan secara seri dengan sensor buatan sendiri. Koneksi untuk SFM3300 adalah:

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

Idealnya sumber udara Anda untuk uji kalibrasi harus memberikan aliran yang konstan dan dapat dikontrol untuk memberikan sapuan laju aliran yang terkontrol. Kami menggunakan pompa air bed yang diretas untuk diberi daya melalui pengontrol kecepatan DC elektronik yang dikendalikan menggunakan potensiometer. Jika Anda memiliki catu daya DC yang akan bekerja dengan baik juga.

Kode tersebut selain mampu membaca tekanan dan aliran dari sensor kami, juga dapat membaca dari Sensiion SFM3300 melalui i2c, yang merupakan sensor yang kami gunakan untuk kalibrasi. Anda perlu menyesuaikan kode yang sesuai jika Anda memiliki kode yang berbeda. sensor kalibrasi. (Cukup luar biasa sensor DIY memberikan pembacaan yang lebih stabil daripada SFM3300)

Versi pertama kode menggunakan tabel pencarian yang dikalibrasi untuk menampilkan pembacaan laju aliran. Kami membuat ini dengan

• mencatat tekanan melalui sapuan penuh dari sumber udara kami (sebagai file.csv)
• memasukkan data ke excel
• melewatinya melalui persamaan untuk menghitung laju aliran
• kemudian membuat tabel pencarian yang dipisahkan koma yang disalin/ditempelkan ke array integer Arduino

Dokumen excel dengan persamaan disimpan…

Versi kedua dari kode akan menggunakan persamaan dalam kode karena alasan berikut:

• untuk memperhitungkan suhu (yang akan mempengaruhi pembacaan laju aliran)
• untuk memperhitungkan perubahan pembatasan hilir, ini akan dirasakan dengan sensor tekanan hilir yang terpisah

Langkah 6: Opsi Metode Kalibrasi Janky yang Tepat

Jika Anda tidak memiliki sensor aliran siap pakai untuk mengkalibrasinya dengan seperti Sensirion SFM3300 maka ini adalah salah satu cara untuk mendapatkan gambaran kasar SUPER tentang keluaran aliran. Namun ini hanya akan bekerja dengan sumber aliran tekanan tinggi (bahkan pompa air bed mungkin kesulitan untuk mengembang balon) dan hanya akan bekerja jika Anda dapat mematikan pasokan udara Anda berulang kali.

• Pasang balon ke output sistem dan ukur diameter yang mengembang pada setiap inflasi
• Isi kendi pengukur dengan air (mungkin sekitar setengah jalan)
• Kembangkan kembali balon Anda hingga diameter yang sama, lalu masukkan sepenuhnya ke dalam kendi berisi air dan catat perbedaan ketinggian air sebelum dan sesudah balon dimasukkan
• Selanjutnya Anda perlu mengukur volume per inflasi balon dalam kode Anda, ini dilakukan dengan mengintegrasikan aliran dari waktu ke waktu. Saya tidak dapat memberi Anda kode yang tepat untuk melakukan ini karena itu harus berbeda tergantung pada sumber aliran Anda dan bagaimana kode Anda akan merasakan awal dan akhir aliran tetapi saya telah melampirkan fungsi dalam file teks yang akan keluar volume, Anda hanya perlu memberi tahu kapan harus mulai dan berhenti menghitung volume (yaitu untuk pengujian kami ini adalah di awal dan akhir setiap napas), ini ditunjukkan ke fungsi melalui variabel boolean yang disebut "breathStatus". Ingatlah untuk meneruskan laju aliran dalam ml/s ke fungsi tersebut saat Anda memanggilnya.

Langkah 7: Integrasikan Ke Sistem Anda

Tancapkan ke pengaturan Anda apa pun itu dan nikmati pengukuran laju aliran dengan harga di bawah £15:)

Terlampir adalah contoh gambar beberapa aliran, tekanan dan volume dari aplikasi ventilator kami.

Sambungan sambungan pipa lurus sangat bagus untuk menyambungkan sensor ini ke tabung OD 22mm lainnya.