เครื่องวัด CO2 แบบอนาล็อกขนาดยักษ์: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

โดย rabbitcreekFollow เพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

บรรยากาศปัจจุบันเหนือภูเขาในฮาวายมีคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 400 ppm ตัวเลขนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนผิวดาวเคราะห์ ขณะนี้เราถูกห้อมล้อมด้วยผู้ปฏิเสธความกังวลนี้หรือผู้ที่โบกมือด้วยความกังวลที่กระวนกระวายใจ แต่ตัวเลขนี้และตัวเลขนับพันที่ติดตามในข่าวนั้นยากที่จะเข้าใจในแต่ละวันจริงๆ ปริมาณ CO2 รอบตัวฉันคืออะไร? ฉันจะเชื่อมโยงกับแนวคิดเรื่องก๊าซในชั้นบรรยากาศที่ทำให้โลกร้อนเกินไปได้อย่างไร สำหรับผู้ที่สนใจ ฉันได้สร้างเครื่องวัด CO2 แบบอะนาล็อกขนาดใหญ่โดยใช้เข็มยาว 4 ฟุตจะทำให้การอภิปรายในห้องโรงเรียนหรือพิพิธภัณฑ์มีชีวิตชีวาขึ้นเกี่ยวกับวิธีการวัด CO2 และวิธีที่คุณสามารถเป็นส่วนหนึ่งของการวิเคราะห์ก๊าซนี้

จากงานของฉันกับการวิเคราะห์ส่วนผสมของก๊าซในท่อหายใจ: https://www.instructables.com/id/CO2-Measurement-in-Snorkels/ และความสนุกในการผลิตนาฬิกาน้ำขึ้นน้ำลงขนาดยักษ์: https://www.instructables.com/ id/Giant-Tide-Clock/ ฉันได้นำเซ็นเซอร์ CO2 มาใช้ใหม่และกลไกเซอร์โวที่ทนทานเพื่อสร้างเครื่องวัด CO2 แบบอะนาล็อกติดผนังที่แสดงระดับ CO2 ในอากาศในปัจจุบันได้อย่างแม่นยำมาก งานสร้างส่วนใหญ่เป็นงานพิมพ์ 3 มิติ และยังมีเอาต์พุตดิจิตอลที่แม่นยำจากจอแสดงผล Adafruit feather E - Ink ฮอร์นดมกลิ่นของกล่องหุ้มเซ็นเซอร์เป็นไฟล์ STL ที่ยอดเยี่ยมจาก: ปรับขนาดกล่องลำโพงเกลียว 3 นิ้วโดย iiime ซึ่งเดิมทำมาสำหรับตู้ลำโพง Nautilus ทำงานโดยใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้หรือหูดที่ผนังขนาด 5 โวลต์ และจะบันทึกข้อมูลทั้งหมดของคุณไปยังที่ใส่การ์ด SD ที่ให้มา

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมวัสดุของคุณ

วัสดุก่อสร้างไม่ถูก แต่เพิ่มความแม่นยำสูงสุดของการอ่าน

1. Adafruit 2.13 Tri-Color eInk / ePaper Display FeatherWing - Red Black White-- คุณสามารถใช้ TFT ราคาถูกมากสำหรับสิ่งนี้ในราคา $3.00 แต่มันจะไม่ปรากฏขึ้นในแสงแดด ข้อเสียของหน้าจอที่วางซ้อนกันได้นี้คือ ว่ามันรีเฟรชช้า

2. Adafruit Feather 32u4 Adalogger -- รุ่น MO ของอุปกรณ์นี้ทำงานได้ไม่ดีกับเซ็นเซอร์ คุณสามารถใช้ยูนิตธรรมดา 32u4 ที่ถูกกว่าโดยไม่ต้องมีช่องเสียบการ์ด SD แต่สิ่งนี้ทำให้ง่ายขึ้นในกรณีที่คุณต้องการบันทึกข้อมูลทั้งหมดของคุณ

3. สวิตช์เปิด/ปิดโลหะที่ทนทานพร้อมวงแหวน LED สีน้ำเงิน - เปิด/ปิดสีน้ำเงิน 16 มม.

4.10, 000ppm MH-Z16 NDIR CO2 Sensor พร้อมอินเทอร์เฟซ I2C/UART 5V/3.3V สำหรับ Arduino/Raspeberry Pi โดย Sandbox Electronics - ประสบการณ์ที่ไร้ปัญหากับบริษัทนี้มาก โปรดปฏิบัติตามคำแนะนำในการเปิดใช้งานเอาต์พุต 3 โวลต์ - มันทำงานเพียง 5 โวลต์

5. ServoCity เพลาดุมล้อมาตรฐาน ServoBlock™ (24T Spline) ServoCity - อีกหนึ่งบริษัทที่ยอดเยี่ยม! (ฉันไม่ได้รับประโยชน์จากการรับรองบริษัทเหล่านี้)

6. Standard HiTec Digital Servo ที่เหมาะกับด้านบน

7. 6.00” ช่องอลูมิเนียม--Servo City

ขั้นตอนที่ 2: 3D พิมพ์ส่วนประกอบ

ส่วนประกอบทั้งหมดสามารถพิมพ์ได้อย่างง่ายดายด้วย PLA บนเครื่องพิมพ์ 3 มิติใดๆ Creality CR10 ราคาถูกที่ฉันใช้มีฐานเอาท์พุตที่กว้างพอที่จะทำให้แตรและแผ่นรองหลังมีขนาดใหญ่ได้ ใช้เวลาหลายชั่วโมงแต่ไม่พบปัญหาใดๆ พิมพ์ด้วยการสนับสนุน จากนั้นฮอร์นก็ถูกพ่นด้วยสีที่มีพื้นผิวซึ่งให้ความรู้สึกเหมือนทรายกับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายและปกปิดเส้นละเอียดของการพิมพ์ 3 มิติ แผ่นหลังได้รับการออกแบบใน Fusion 360 เพื่อให้พอดีกับหน้าต่างของจอแสดงผลหมึก Feather E ไฟล์อื่นๆ ใช้สำหรับขันสกรูบนตัวยึดสำหรับแกนตัวชี้และเคสสำหรับถ่วงน้ำหนักที่ด้านล่างของตัวชี้

ขั้นตอนที่ 3: สร้างมัน

การก่อสร้างค่อนข้างง่าย ระบบเซอร์โวซิตี้ช่วยให้คุณประกอบกลไกเซอร์โวเข้ากับโครงสร้างรองรับได้อย่างรวดเร็ว อุปกรณ์ยึดสำหรับติดตั้งแตรด้านหน้าพร้อมแผ่นรองด้านหลังที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดทำด้วยแผ่นขั้วต่อแบบงอสองแผ่นซึ่งติดกาว E6000 ไว้ที่ด้านหลังของแผ่น แผ่นขั้วต่ออีกแผ่นขยายออกด้านหลังเพื่อให้สามารถยึดกับขั้วต่อผนัง 90 องศาได้อย่างมั่นคง ตัวชี้ที่ฉันใช้สามารถสร้างความยาวเท่าใดก็ได้ ของฉันมีขนาดประมาณ 4 ฟุต ฉันใช้ไม้บรรทัดยาวที่คุณสามารถหาได้ในร้านกล่องใหญ่ราคาไม่เกิน 5 เหรียญ พวกเขาทำจากไฟเบอร์กลาสและสวยงามและเบาสำหรับความยาวของพวกเขา ในสถานการณ์ที่มีเซอร์โวแม้จะรองรับกระปุกเกียร์ คุณจะต้องถ่วงน้ำหนักอย่างระมัดระวังและจัดตำแหน่งให้อยู่ตรงกลางบนแท่นยึดอย่างแม่นยำ ตุ้มน้ำหนักของฉันทำด้วยแหวนรองในตัวเรือนที่พิมพ์ 3 มิติ แล้วปิดผนึกด้วยอีพ็อกซี่ที่ปลายตัด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซอร์โวสามารถทนต่อประสบการณ์น้ำหนักและถ่วงดุลนี้ได้โดยลองใช้ เซอร์โวควรหยุดส่งเสียงครวญครางหลังจากที่ถึงตำแหน่งในซอฟต์แวร์แล้ว หากยังคงบ่นและย้ายคุณมักจะมีปัญหา

ขั้นตอนที่ 4: วางสาย/ประกอบ

แผนภาพการเดินสายไฟรวมอยู่ด้านบน เซอร์โวพินเชื่อมต่อกับพิน 11 ในสถานการณ์นี้ จอแสดงผลกระดาษ E ใช้หมุดบนขนนกค่อนข้างน้อย ดังนั้นอย่าใช้โดยไม่ได้ตั้งใจ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคู่ SDA, SCL เชื่อมต่ออย่างถูกต้อง ใช้พลังงานจากหูดที่ผนัง 5 โวลต์ (2 A) หรือแบตเตอรี่ Lipo หูดที่ผนังจะถูกส่งผ่านสวิตช์เปิด/ปิดซึ่งติดตั้งอยู่ที่ด้านบนของแตร ซึ่งจะจ่ายพลังงานให้กับคอมพิวเตอร์ขนนก เซอร์โว และเซ็นเซอร์ทั้งหมดด้วยไฟ 5 โวลต์ ฉันยังติดชุดไฟ LED สีน้ำเงินที่ปลายแตรแบบขนานเพื่อให้แสงสว่างที่ปลายอุโมงค์ (ไม่อยู่ในแผนภาพการเดินสายไฟ) เลเซอร์เซนเซอร์สำหรับ CO2 ติดตั้งอยู่ใกล้ช่องเปิดแตร คุณจึงสามารถเป่าเข้าไปหรือป้อนส่วนผสมของอากาศอื่นๆ จนถึงปากได้ บอร์ดดิจิตอลสำหรับบอร์ดนี้ติดตั้งอยู่ภายในแตรและมีการต่อสายไฟเข้ากับสวิตช์โดยตรง สายกราวด์ สายไฟ และสาย SDA, SCL ถูกนำออกจากด้านหลังของเพลตไปยังบอร์ด Feather กองแสดงกระดาษ Adalogger Feather/ E ติดตั้งอยู่ที่ด้านหลังของเพลต หลังจากทดสอบการเชื่อมต่อทั้งหมดแล้ว ฮอร์นจะถูกผนึกกับแผ่นรองด้านหลังด้วยกาว E6000 ค้างคืน

ขั้นตอนที่ 5: โปรแกรม It

โปรแกรมง่ายๆ ด้วย Arduino IDE รวมไลบรารีต่างๆ สำหรับเครื่องที่แนบมา: NDIR_I2C.h (รวมอยู่ในเว็บไซต์ Sandbox Electronics), "Adafruit_EPD.h" สำหรับการเรียกใช้จอแสดงผล E-paper ที่สวยงาม, Servo.h สำหรับไลบรารีเซอร์โวมาตรฐาน กำหนดพินที่จำเป็นสำหรับการแสดงผล กำหนดพินสำหรับเอาต์พุตเซอร์โว ติดเซอร์โวและเซ็นเซอร์ ฟังก์ชันวนรอบจะอ่านเซ็นเซอร์และส่งออกไปยังเซอร์โวด้วยฟังก์ชัน Map/Constrain ส่วนที่ยุ่งยากเพียงอย่างเดียวคือการจำกัดช่วงเซอร์โวของคุณ จึงไม่กระทบกับด้านข้างของเมาท์ ฉันชอบแนวคิดของการติดตั้งส่วนหลังกับเซอร์โว/พอยน์เตอร์ที่ห่อหุ้มระหว่างแผ่นปิดหน้ากับตัวยึดติดผนังด้านหลัง แต่ก็มีข้อจำกัดบางประการเช่นกัน ใช้ฟังก์ชันการกวาดตัวอย่างมาตรฐานเพื่อทดสอบขีดจำกัดมุมของเซอร์โวและจำกัดค่าเหล่านี้ในฟังก์ชันแผนที่ คำสั่งในตอนท้ายคือการจำกัดความเร็วของเซอร์โว ดังนั้นโมเมนตัมของน้ำหนักถ่วงของตัวชี้แบบยาวจะไม่ทำลายประติมากรรม

ขั้นตอนที่ 6: ใช้มัน

อุปกรณ์นี้ติดตั้งได้ง่ายกับพื้นผิวผนังใดๆ ด้วยสกรูสองตัว มันไม่ได้มีน้ำหนักมากนักและเนื่องจากมันเคลื่อนที่ช้ามากจึงไม่แกว่งไปมามากนัก ใน GIFF แรก คุณจะเห็นว่ามันไวต่อ CO2 อย่างไม่น่าเชื่อแม้ในลมหายใจของคุณ การหายใจเข้าที่ปลายเขาจะเพิ่มระดับ CO2 ที่เป็นไปได้เป็น 4% ซึ่งจะเป็น 40,000 ppm เซ็นเซอร์จะลดขนาดลงที่ 10,000 และคุณสามารถจัดการกับสิ่งนี้ในการเขียนโปรแกรมการเคลื่อนที่ของไม้กายสิทธิ์ เช่น สร้างลอการิทึมเอาต์พุตหรือเปลี่ยนวงจรการเคลื่อนไหวด้วยการแกว่งเร็วขึ้น การทดลองอื่นๆ สามารถทำได้ง่ายด้วย เช่น วางไว้ในห้องแคบๆ เล็กๆ ที่มีผู้คนจำนวนมาก (ห้องใต้ดินของโบสถ์ในหม้อ) หรือข้างนอกบนเนินเขาที่มีลมพัดแรง ต่ำสุดที่ฉันได้รับคือประมาณ 410 และนั่นคือพายุลม 50 ไมล์ต่อชั่วโมงเมื่อวานนี้ การใช้ที่เป็นไปได้ของเครื่องมือนี้คือการทำให้ผู้คนคุ้นเคยกับแนวคิดของการตรวจสอบ CO2 และความสำคัญของมัน ไม่ใช่ปริมาณเชิงนามธรรมบางส่วนที่พูดถึง แต่สิ่งที่เราสามารถวัดได้จริงในห้องเรียนหรือพิพิธภัณฑ์ของเรา

อย่าขัดขืนความอยากที่จะเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหาที่เลวร้ายนี้ไม่ว่าจะโดยการศึกษาหรือการพูดออกมา