Как сделать комплект для обнаружения аммиака: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

В этом уроке мы покажем вам, как использовать датчики аммиака, ардуино и малину для измерения концентрации аммиака и предоставления предупреждений в случае утечки или слишком высокой концентрации в воздухе!

Этот проект является нашим школьным проектом. Фактически, химическая лаборатория нашей школы хотела, чтобы система определяла, была ли концентрация аммиака в воздухе слишком высокой. В лаборатории есть вытяжные шкафы, и ученики должны включать эти вытяжки, чтобы высасывать химические пары. Но если они забудут включить вытяжку, токсичные пары могут распространиться внутри лаборатории. Эта система позволит ответственному учителю получить предупреждение, если за пределами этих вытяжек будет обнаружен аммиак (один из токсичных газов).

Шаг 1: материалы

Для этого проекта вам понадобятся:

- 2x датчика аммиака MQ-137 (или сколько угодно)

- 1x Arduino Uno (имеет один последовательный порт)

- 1x Genuino Mega 2560 (или другие платы с 2 или более последовательными портами)

- 2 модуля Bluetooth HC-05

- 1x Raspberry Pi модель 3B

- 1x аккумулятор 9 В

- Провода, кабели и резисторы

Шаг 2: Получение данных от датчиков

Датчики подключены к Arduino Uno.

Чтобы реализовать это приложение, этот датчик должен быть запитан. Для этого используются 5В и масса карты ардуино. Кроме того, аналоговый вход A0 позволяет восстанавливать значение сопротивления, заданное датчиком. Кроме того, Arduino получает питание.

К сожалению, эти датчики не обеспечивают линейный выходной сигнал, пропорциональный концентрации аммиака. Эти датчики состоят из электрохимической ячейки, сопротивление которой изменяется в зависимости от концентрации. Сопротивление возрастает с концентрацией.

Настоящая проблема с ними в том, что они предназначены для измерения различных типов газа, и электрохимическая ячейка реагирует странным образом. Например, для одного и того же образца жидкого аммиака оба датчика обеспечивают разный выходной сигнал. К тому же они довольно медленные.

В любом случае, сопротивление, обеспечиваемое датчиком, преобразуется в 0-5 В, а затем в «ppm» (= части на миллион, это соответствующая единица измерения концентрации газа) с помощью Arduino, используя кривую тренда, и ее уравнение приведено в документация на эти датчики.

Шаг 3. Отправка данных через Bluetooth

Чтобы установить датчики в различных местах лаборатории, они напрямую подключаются к плате Arduino с питанием от батареи 9 В. А для передачи результатов аммиака в воздухе на карту Rapsberry используются модули bluetooth. Первая карта, подключенная непосредственно к плате датчика, называется ведомой.

Чтобы использовать модули Bluetooth, их сначала необходимо настроить. Для этого подключите контакт EN модуля к 5V (светодиод должен мигать каждые 2 секунды) и нажмите кнопку на модуле. Телекодируйте пустой код в Arduino и подключите контакт RX модуля к контакту TX Arduino и наоборот. После этого заходим в монитор последовательного порта, выбираем правильную скорость передачи (для нас это было 38400 рублей) и пишем AT.

Если на серийном мониторе отображается «Ok», значит, вы вошли в режим AT. Теперь вы можете установить модуль как подчиненный или как главный. Ниже вы можете найти PDF-файл со всеми командами для режима AT.

На следующем веб-сайте показаны шаги перехода в режиме AT для нашего модуля Bluetooth:

Модуль bluetooth использует 4 контакта Arduino, 3,3 В с делителем напряжения, землю, контакты TX и RX. Использование контактов TX и RX означает, что данные передаются через последовательный порт карты.

Не забывайте, что контакт RX модуля Bluetooth подключен к контакту TX Arduino и наоборот.

Вы должны увидеть, как оба светодиода модулей Bluetooth мигают 2 раза примерно каждые 2 секунды, когда они подключены друг к другу.

И квитанция, и код отправки реализованы на одной карте и прикреплены к ней после.

Шаг 4: получение данных и передача на Raspberry Pi

Эта часть проекта выполняется Arduino Mega.

Эта карта подключена к модулю Bluetooth, настроенному для приема данных, и к Raspberry Pi. Это называется Мастер.

В этом случае модуль bluetooth использует один последовательный порт, а данные передаются на raspberry pi через другой последовательный порт. Поэтому нам нужна карта с 2-мя и более последовательными портами.

Код почти такой же, как и раньше.

Шаг 5: регистрация данных и функция предупреждений

Raspberry Pi будет регистрировать данные каждые 5 секунд (например, может отличаться) в файле.csv и сохраняет их внутри емкости SD-карты.

В то же время малина проверяет, не слишком ли высока концентрация (например, более 10 частей на миллион может варьироваться), и отправляет предупреждение по электронной почте, если это так.

Но прежде чем малина сможет отправить электронное письмо, ее нужно немного настроить. Для этого зайдите в файл "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" и измените параметры, следуя вашей личной информации. Вы можете найти пример ниже (code_raspberry_conf.py).

Что касается основного кода (blu_arduino_print.py), ему необходимо импортировать некоторые библиотеки, такие как «serial», для работы с портом связи USB или библиотеку «ssmtp» для отправки электронной почты.

Иногда при отправке данных по Bluetooth может возникать ошибка. Действительно, малина может читать строку только тогда, когда есть число, оканчивающееся на / n. Однако иногда малина может получать что-то еще вроде «\ r / n» или просто «\ n». Итак, чтобы программа не завершала работу, мы использовали команду Try - Except.

После, это просто набор условий «если».

Шаг 6: Изготовление кейсов

Необходимое оборудование:

- 1 распределительная коробка 220 * 170 * 85 мм

- 1 распределительная коробка 153 * 110 * 55 мм

- Зеленый эрталон 500 * 15 * 15 мм

- 1,5 метра электрического кабеля

- 2 модуля bluetooth

- 1 малина

- 1 Arduino Mega

- 1 Genuino

- батарея 9в

- 1 соединительный кабель Raspberry / Arduino

- 2 резистора по 2КОм

- 2 резистора по 1 кОм

- паяльная машина

- Дрель

- Буровые долота

- Кусачки

- Пила

Мы начали с двух распределительных коробок, в которых делали разрезы. Во-первых, реализация элемента датчика / излучателя: две опоры для фиксации карты Genuino, выполненные в зеленом ERTALON. Затем пришлось разрезать крышку, чтобы поставить датчик аммиака и закрепить. Кабели были подключены от датчика к карте Genuino. После этого мы поместили модуль bluetooth в коробку, припаяли кабели и соединили их с картой. Наконец, был интегрирован и подключен блок питания с батареей на 9 В. Когда датчик был закончен, мы смогли приступить к работе над приемником. Для этого, как и раньше, мы начали с изготовления опор для двух электронных карт (Raspberry и Arduino Mega). Затем вырезаем из Raspberry прорези для кабелей и заглушек. Модуль блютуз пофиксили так же, как и раньше. Затем в верхней части коробки были просверлены отверстия, чтобы обеспечить вентиляцию двух электронных плат и избежать риска перегрева. Чтобы завершить этот шаг, все кабели были подключены, и проект нужно только включить и протестировать.

Шаг 7: Улучшения

В плане улучшения можно выделить несколько моментов:

- Выбор более производительного датчика. Действительно, они не сразу обнаруживают появление аммиака в воздухе. Добавьте к этому, что после насыщения аммиаком им нужно определенное время, чтобы избавиться от него.

- Использовалась карта Arduino, непосредственно имеющая модуль Bluetooth, как указано в основе нашего проекта. К сожалению, Genuino 101 больше не доступен на европейском рынке.

- Интегрируйте дисплей в коробку, где расположен датчик, чтобы постоянно знать концентрацию

- Обеспечьте автоматическое построение графика из данных, хранящихся в файле csv.