Недорогой датчик расхода воды и внешний дисплей: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Вода - ценный ресурс. Миллионы людей не имеют доступа к чистой питьевой воде, и до 4000 детей ежедневно умирают от болезней, зараженных водой. Тем не менее, мы по-прежнему расточаем наши ресурсы. Общая цель этого проекта - мотивировать более рациональное водопользование и повысить осведомленность о глобальных водных проблемах. Это руководство о том, как грубо определять поток воды в трубе и управлять внешним видом. Я использую пьезоэлектрический преобразователь, несколько светодиодов и ардуино. Устройство является приблизительным прототипом того, что в конечном итоге станет технологией убеждения, которая мотивирует устойчивое поведение и повышает осведомленность об использовании воды. Это проект Стейси Кузнецова и Эрика Паулоса из Лаборатории живых сред Института взаимодействия человека с компьютером при Университете Карнеги-Меллона. Автор: Стейси Кузнецов[email protected]://staceyk.orgEric [email protected]:// www. paulos.net/Living Environments Labhttps://www.living-environments.net На видео ниже показана предыдущая версия этого проекта, в которой микрофон используется вместо пьезоэлемента для обнаружения потока воды. Вы добьетесь лучших характеристик при использовании пьезоэлектрического преобразователя, поэтому в этом руководстве подробно описан пьезоэлектрический подход. Особая благодарность Бриаму Лиму, Брайану Пендлетону, Крису Харрисону и Стюарту Андерсону за помощь с идеями и дизайном этого проекта!

Шаг 1. Соберите материалы

Вам понадобятся: - Макетная плата - Микроконтроллер (я использовал Arduino) - Мастика - Пьезо-преобразователь (https://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062402) - Несколько светодиодов (я использовал 2 желтых, 2 красных, 2 зеленых) - подсвечник или контейнер аналогичного размера - провод - резистор 1 МОм (или другой большой номинал) - резисторы 4,7 кОм (3) - резисторы 1 кОм (1) - резисторы малой мощности (для светодиодов) - Клипсационные провода - перемычки - мастика - операционный усилитель (LM613)

Шаг 2: Постройте схему

Схема состоит из усилителя для увеличения сигнала от пьезо и делителя напряжения для повышения базового напряжения. Между двумя входами пьезоэлемента установлен резистор большого номинала, который действует как понижающий резистор для сигнала.

Шаг 3: проверьте цепь

Подключите пьезо к цепи и подключите ардуино. Делитель напряжения устанавливает базовое напряжение на уровне 2,5 В, поэтому базовые показания для сигнала должны быть около 512 на аналоговом выводе Arduino (на полпути между 0 и 1023). Моя колеблется в пределах +/- 30 около 520. Вы можете увидеть некоторые колебания около этого числа.

Шаг 4: откалибруйте датчик для обнаружения вибраций

Когда кран открыт, колебания трубы заставляют пьезоэлектрический преобразователь генерировать колеблющийся ток. Поскольку базовое показание сужается около 520, вы можете вычислить амплитуду около этого числа, чтобы обнаружить вибрации. Мой порог установлен на 130, но вы можете увеличивать или уменьшать его в зависимости от типа вибрации, которую вы хотите ощутить, и чувствительности вашего конкретного пьезоэлемента. Чтобы проверить сигнал, используйте мастику, чтобы прикрепить пьезоэлемент к плоской поверхности. Попробуйте постучать или поцарапать поверхность в разных местах и с разной интенсивностью посмотреть, какой тип показаний вы получаете на Arduino. Чтобы уменьшить шум, я рекомендую вычислить скользящее среднее входного сигнала. Это грубый способ определения амплитуды волны, позволяющий избежать ложных срабатываний из-за случайного статического тока. Также могут использоваться более продвинутые методы, такие как БПФ.// Sample Codeint sensor = 2; // Аналог inint val = 0; // Текущее показание аналогового pinint avg; // Среднее значение амплитуды волны int MIDPOINT = 520; // Базовое чтениеvoid setup () {Serial.begin (9600); avg = MIDPOINT; // установить среднее значение в средней точке} void loop () {val = analogRead (sensor); // Вычислить амплитуду волны if (val> MIDPOINT) {val = val - MIDPOINT; } еще {val = MIDPOINT - val; } // вычисляем скользящее среднее от амплитуды avg = (avg * 0.5) + (val * 0.5); if (avg> 130) {// обнаружена вибрация! Serial.println («ТАП»); задержка (100); // задержка, чтобы гарантировать, что последовательный порт не перегружен}}

Шаг 5: Создайте окружающий дисплей

Если ваш датчик работает правильно, вы можете добавить внешний дисплей для отображения информации. Мои светодиоды спарены так, что каждый цвет подсвечивается двумя светодиодами. Для этого соедините вместе входящие (короткие) выводы каждого цвета и используйте резистор низкого номинала перед подключением к Arduino. Подключите заземляющий (более длинный) провод всех светодиодов и прикрепите к земле на Arduino. Как только светодиоды подключены, используйте подсвечник для размещения дисплея. Поскольку подсвечник изготовлен из алюминия, вы можете положить изолятор, например кусок пластика, на дно контейнера, прежде чем вставлять светодиоды, чтобы предотвратить короткое замыкание цепи.

Шаг 6. Используйте данные датчика для управления дисплеем

На мытье рук у меня уходит около 10 секунд. Таким образом, я запрограммировал дисплей так, чтобы он светился зеленым светом в течение первых 10 секунд после включения крана. Через 10 секунд загорается желтый светодиод. Дисплей становится красным, если вода остается включенной через 20 секунд, и начинает мигать красным светом, если кран продолжает работать в течение 25 секунд или более. Используйте свое воображение для создания альтернативных дисплеев!

Шаг 7. Установите датчик и дисплей на водопроводную трубу

Используйте мастику или глину, чтобы прикрепить пьезоэлемент к крану, и еще один слой мастики, чтобы закрепить дисплей сверху. Возможно, вам придется перенастроить пороговую амплитуду или «СРЕДНЕЕ ТОЧКУ», начиная с шага 4. На сигнал также может немного влиять температура. трубы.

Шаг 8: предложения на будущее

Вы можете отключить Arduino от батареи. Предстоящее руководство покажет вам, как управлять этим дисплеем, используя энергию непосредственно из проточной воды или используя энергию окружающего света!