Делаем устройство для мониторинга концентрации CO₂ / Хабр

▍ введение

Вскоре мы начнем создавать САПР для создания печатных плат и IDE. Мы оценим, насколько точно у нас есть необходимая информация.

Вредные эффекты CO2 становятся очевидными только после того, как все покинули порт. Они не покинут комнату, даже после того, как вы вентиляте ее, и будут продолжать напоминать себе некоторое время (в моем случае еще 20-30 минут). Измерьте концентрацию CO2 и укажите увеличение для достижения этого.

P PM рассчитывает концентрацию CO2. PPM – это, по сути, отношение молекул CO2 к другим газам (в данном случае, воздуху) на миллион. Если, например, концентрация составляет 400ppm или выше, это означает, что на каждый миллион молекул измеряемого газа в измеряемом объеме приходится 450 молекул измеряемого газа.

Обсуждая концентрацию, важно понять корень проблемы. Например, здесь

Концентрация СО2 vs последствия

Согласно шкале, первые неблагоприятные эффекты начнут проявляться при 1000 PPM, поэтому вам следует начинать беспокоиться уже в этот момент. Последствия усугубляются при достижении 2500 PPM: 5000 промилле определенно заставят вас выйти из комнаты и выпить еще одну чашку чая.

Принципиальная схема и описание

На этой схеме показано, что система состоит из платы Arduino и модуля детектора газа LPG. Считывание показаний датчика газа LPG, отправка сообщений на экраны клавиатуры и управление зуммером – все эти функции выполняет Arduino. Потенциометр, установленный на этом датчике, позволяет регулировать его чувствительность.

Клеммы VCC и GND напрямую подключены к выводам 19 на Arduino, а выход D0 датчика сжиженного газа напрямую подключен к выходу 18 (A4) Arduino. В модуль датчика LPG газа включен нагреватель, и ему может потребоваться до 15 минут для разогрева, прежде чем он сможет обнаружить LPG газ.

Аналоговый сигнал от M3 преобразуется в цифровой сигнал с помощью компаратора. Arduino подключен к цифровому ЖК-дисплею 16×2 в 4-битном режиме. Выводы Arduino 2, GND 3 и управляющие выводы RS, RW и En соединены напрямую. Выводы Arduino 4, 5 и 7 подключены к выводам данных D4-D7. NPN транзистор BC547 используется для связи зуммера с выводом 13 на плате Arduino.

Описание программы

Мы читаем показания из газового модуля LPG, используя функцию чтения цифровых выводов программы, а затем приняли меры на основе информации, которая была у нас.

Для проверки конструкции мы использовали зажигалку со сжиженным газом.

▍ выбор железа

Я принял решение обрабатывать данные датчика с помощью STM32F030. Гораздо более энергоэффективный микроконтроллер доступен в STM. Все они в коробке, и мне нужно что -то поставить там.

Для подключения аппарата мы используем L6920DTR. Эффективность хорошая – около 95%, и это не очень дорого и трудоемко. (Для питания датчика напряжение нужно повысить до 5 В с помощью DC-DC, а для питания МК напряжение нужно понизить с помощью обычного линейного стабилизатора. МК выдерживает ток 6 А.

Для зарядки аккумулятора мы используем чип под названием STC4054GR. В этом случае мы выберем саму батарею так, чтобы она занимала наименьшее количество доступного места.

На основе SSD1306 мы будем использовать 0,96 дюйма в качестве дисплея:

Дисплей на базе SSD1306

▍ датчик со₂

Давайте начнем с измерительного модуля, который является наиболее важным. Конечно, мы будем использовать OEM -версию, которая уже была сделана;Это не особенно сложно и призывает людей намного умнее, чем я. Я выбрал датчик NDIR MH-19B, потому что его проще получить:

MH-Z19B

Этот компонент устройства будет наиболее дорогим по сравнению с остальными, как с точки зрения цены, так и потребления. Давайте рассмотрим его качества:

Мы не учитываем никаких дополнительных факторов. Погрешность измерения значительно больше, если датчик китайский (сарказм не уместен).

Давайте обсудим его функционирование. В сжатом виде план выглядит следующим образом:

Схема датчика газов

Определенная длина волны поглощается молекулами газа. Конечно, длина волны, поглощаемая каждым газом, различна. Поступая таким образом, мы можем исключить влияние других газов на результат измерения.

Газ заливается в указанный объем, и в результате происходит легкая вспышка. Свет проходит через измеряемый газ, и излучение поглощается молекулами детектора. Перед детектором установлен фильтр, который пропускает только требуемую длину волны. У меня нет никакой информации, но в данном случае молекулы CO2 поглощают свет с длиной волны 4.

Хотя компоненты устройства кажутся довольно простыми, на самом деле оно довольно сложно. Важно убедиться, что как можно больше излучения исходит от внутренних стен газового бака, потому что излучение должно поглощаться только молекулами газа на пути к детектору. Одна из многих проблем с созданием этих устройств.

Продолжаем ковырять наше устройство дальше.

▍ код, код, код

Я не буду вдаваться в подробности о каждом коде, таком как драйвер USART или операция отображения. ), Но я опишу характеристики MH-’19B в моем конкретном случае на моем Github:

▍ разработка железа

Вжух, схема готова.

Иногда в цепи 3,3 В используются конденсаторы на 25 В. Это типично, потому что я всегда начинаю свои планы со своих запасов перед походом в магазин.

В этом нет ничего особенного. Самая маленькая печатная плата составляет 55×45 в размере. Датчик CO2 занимает около 50% пространства:

3D -Отпечатанная модель печатной плитки

▍ разработка корпуса

3D модель тела

Три отверстия для светодиодов расположены на лицевой стороне. Желтый и красный – два верхних уровня для индикации концентрации. Окно имеет три красных и оранжевых отверстия.

Для воздушного потока в нижней части также имеются отверстия. Изначально я хотел организовать принудительную циркуляцию воздуха с помощью вентилятора. Датчик периодически перегорал из-за того, что им управлял микроконтроллер, но в конце концов я отказался от этого. На мой взгляд, ночью вентилятор не должен шуметь.

На задней стороне изделия имеется паз, в который можно вставить саморез, чтобы повесить на стену офиса.

Он собирается вместе в виде сэндвича. Сначала необходимо установить дисплей и светодиоды. Направляющие расплавляются вместе, образуя соединение между дисплеем и ними, что делает невозможным демонтаж без разрушения компонентов корпуса. Даже если это не очень хорошо, вы можете спросить: “Зачем вообще снимать его там?”

Крепление дисплея к корпусу

Затем монтируется основная плата. Поскольку нам часто приходилось снимать его в процессе отладки, он уже смонтирован на саморезах.

Установка ПП в корпус

Затем задняя крышка прикладывает давление к батарее платы. Самый толстый источник питания в корпусе – это батарея емкостью 1200 мА, которую я выбрал.

АКБ
Задняя крышка устройства

▍ результаты

Благодаря небольшому размеру устройства вы можете носить его с собой и держать в кармане. Без подзарядки может пройти чуть более трех дней потребления. Я бы очень хотел снизить частоту измерения до 0,1 Гц, потому что это значительно снизило бы потребление. Зарядный ток составляет 300 мА, и для полной зарядки требуется несколько часов.

Без учета моего времени общая стоимость составляет 2000 долларов (2021 год), из которых 60% идет на датчик CO2.

Устройство служит своей цели, служа напоминанием о том, что комната должна быть вентилирована и что больше нечего дышать в таких ситуациях. Я добавлю эту функциональность сейчас и прерван »,« Да, да, немного больше »-это нужно опробовать), почему они не полностью исчезали раньше.

Спасибо за ваше время, и сделайте глубокий вдох.

▍ требования

Хорошо, у нас теперь есть концентрация, от которой мы можем отталкиваться при разработке. Теперь определимся с требованиями к устройству:

В целом стандартные требования.

Видео

Датчик утечки газа своими руками

Датчики газа | купить в розницу и оптом

Дополнительная информация

Природный газ не имеет цвета и нет запаха. Газ дается одоранты, чтобы придать ему свой ярко -сильный запах. Похоже, что проблема была решена. Но все же есть взрывы и отравления.

Человек может не чувствовать запах газа во сне. Это объясняет, почему опасная концентрация газа в воздухе может пройти во сне, среди прочего. Все, что от типичного наследственного носа до алкоголизма.

Небольшая утечка газа, которая не вызывает взрыва и не представляет угрозы взрыва. Тем не менее, газ, который всегда присутствует в воздухе и который мы дышим каждый день, также вреден для нашего здоровья. Домашний детектор по утечке газа MT8055 защитит вашу собственность и защищает от рисков для здоровья.

Как сделать микрофонный усилитель?

С каким устройством мы имеем дело перед созданием усилителя для сигнала, получаемого с микрофона?

В соответствии с принимаемым аудиосигналом микрофоны могут иметь различные структуры электрических параметров.

Активные микрофоны – это те, которые вырабатывают ток или напряжение в ответ на звук, в отличие от пассивных микрофонов, которые сами по себе не вырабатывают электрический сигнал. Благодаря использованию небольшой электрической мембраны, соединенной с полевым транзистором (ПЗУ), они также могут сочетать характеристики конденсаторного микрофона с характеристиками углеродного.

Входные сигналы усилителей должны быть совместимы с каждым из этих видов микрофонов.

Поэтому вам необходим адаптер в качестве предварительного условия, поскольку старые магнитоиндукционные микрофоны не могут быть подключены напрямую к современным высокоомным усилителям.

Делитель напряжения (10 Ом для большинства моделей) служит самым базовым микрофонным усилителем для современных электретных устройств. полевой транзистор, затвор которого изменяется в ответ на движение электретной диафрагмы.

Конструкция устройства

Прототип усилителя построен на печатной плате, выполненной в конструкции из стекловолоконной фольги. Конструкция предусматривает установку платы в корпус, и для облегчения этого в краях платы просверлены монтажные отверстия диаметром 3 мм.

Модуль датчика lpg газа

Датчик M3, который является частью этого модуля и обнаруживает сжиженный газ (LM393), используется для сравнения выходного напряжения theM 2 с опорным напряжением. При обнаружении сжиженного газа создается высокий логический уровень. потенциометр для изменения чувствительности газового детектора.

Особенности

• Этот блок (все компоненты уже припаяны к печатной плате) специально разработан для использования как в домашних условиях, так и в составе домашнего аудио-видео комплекса и в автомобиле (генерирует сигнал для автомобильного усилителя мощности) .
• Хорошо продемонстрирован при работе с усилителями мощности NK057 и NM2022

Простейший микрофонный усилитель

На пересечении микрофона и резисторов пассивный усилитель, который все еще активен, выдает изменяющийся электрический сигнал. Для подачи этого переменного сигнала на высокоомные входы современных усилителей можно использовать разделительный конденсатор.

Схема с обратной связью в цепи коллектора

Эта схема сравнима с предыдущей, но в ней транзистор нагружен сопротивлением примерно 1 килом. Эта традиционная конструкция включает в себя обратную связь от точки достижения базы транзистора через сопротивление 500 килограммов.

Технические характеристики

Транзисторный микрофонный усилитель

Данная конкретная модель микрофонного усилителя представляет собой усилитель класса А со встроенной отрицательной обратной связью через резистор в эмиттере. Эмиттер транзистора, который служит точкой выхода сигнала, передает сигнал на последующий каскад или динамическую головку через разделительный конденсатор.

На входе усилителя находится разделитель напряжения, изготовленный из микрофона и 10 килоампов для мощности от 5 до 12 вольт.

Микрофон и резисторы воспринимают звуковые колебания, которые затем изменяются до тех пор, пока не достигнут делителя между микрофоном и умножителем.

Шаг 1. комплектующие и инструменты

Цена проекта будет меняться в зависимости от калибра компонентов, которые вы собираетесь использовать. Но, к счастью для всех нас, некоторые детали просты в использовании в других проектах.

Сначала нужно собрать информацию, необходимую для детектора газа Arduino. Как правило, мы решаем, какую электронику мы хотим искать.

Инструменты:

1. Пистолет для горячего клея
   Что такое острый нож
2. Металлическая линия
   Используйте некоторые инструменты рисования (в зависимости от ваших личных предпочтений)

Комплектующие для комплектующих:

1. Arduino Nano
2. USB-кабель
3. Датчик газа MQ-4
   
4. Дисплей (семисегментный индикатор)
   
5. Картон или другой материал для корпуса (вы можете использовать прилагаемый чертеж и распечатать его на толстой бумаге) или заказать трехмерный

Шаг 2. делаем корпус

Картон – самый простой материал, который можно использовать при создании корпуса. Вы можете использовать шаблон, показанный ниже, чтобы сформировать корпус.

Шаг 3. монтаж деталей детектора газа

Детали теперь добавляются в корпус обнаружения газа. Инструкции монтажа с горячим клеем проиллюстрированы на фотографиях.

На самом деле, крошечные кусочки картона служили опорами для установки и прокладками. Это крайне важно, если вы хотите гарантировать правильную работу кнопки сброса Arduin. Исправляйте детали, но держите кнопки и контакты на электронных устройствах в чистоте.

Шаг 4. подключение

Когда у вас есть все компоненты, вы можете собрать их вместе. Подключите датчик и дисплей к Arduino.

Подключение датчика (сенсоров)

Визуальное соединение

Подключение осуществляется следующим образом:

Шаг 5. загрузка кода

Программирование детектора газа Arduino – это просто. На www.arduino.cc, официальном сайте компании, мы используем программное обеспечение.

Код или файл, приведенный ниже, можно загрузить и загрузить в ваш Arduino.

int sensorValue;
int num; void setup() { pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); pinMode(7, OUTPUT); pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); Serial.begin(9600); // sets the serial port to 9600 } void loop() { sensorValue = analogRead(0); // read analog input pin 0 if (sensorValue < 400) // if there is little or no gas detected display blinking lights { digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(8, HIGH); delay(500); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(6, HIGH); delay(500); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(3, HIGH); delay(500); } else { if (sensorValue >= 900) // the value of the gas measurement between 400 and 900 is displayed (this part refers to the cases below) {num = 9;} else if (sensorValue >= 800) {num = 8;} else if (sensorValue >= 700) {num = 7;} else if (sensorValue >= 600) {num = 6;} else if (sensorValue >= 500) {num = 5;} else if (sensorValue >= 400) {num = 4;} } if (sensorValue > 700) // if there is a lot of gas detected, the dot on the led display will blink { digitalWrite(5, HIGH); delay(100); digitalWrite(5, LOW); delay(100); } switch (num) { case 9: digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, HIGH); digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); break; case 8: digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, HIGH); digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); break; case 7: digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); break; case 6: digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, HIGH); digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); break; case 5: digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, HIGH); digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); break; case 4: digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); break; } }

Шаг 6. тестирование

Пришло время проверить ваш детектор газа! Готовый детектор газа Arduino можно увидеть в конце видео:

Если вы не довольны ответом датчика, измените пороговые значения в коде.