วิธีทำชุดตรวจจับแอมโมเนีย: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ในบทช่วยสอนนี้ เราจะแสดงวิธีใช้เซ็นเซอร์แอมโมเนีย Arduino และราสเบอร์รี่เพื่อวัดความเข้มข้นของแอมโมเนียและแจ้งเตือนหากมีการรั่วไหลหรือมีความเข้มข้นสูงเกินไปในอากาศ!

โครงการนี้เป็นโครงการของโรงเรียนของเรา อันที่จริง ห้องปฏิบัติการเคมีของโรงเรียนของเราต้องการระบบตรวจจับว่าความเข้มข้นของแอมโมเนียในอากาศสูงเกินไปหรือไม่ ในห้องแล็บมีฮูดสำหรับห้องปฏิบัติการเคมี และนักเรียนต้องเปิดฮู้ดเหล่านั้นเพื่อดูดไอระเหยของสารเคมี แต่ถ้าพวกเขาลืมเปิดเครื่องดูดควัน ไอระเหยที่เป็นพิษสามารถแพร่กระจายภายในห้องปฏิบัติการได้ ระบบนี้จะช่วยให้ครูที่รับผิดชอบได้รับการแจ้งเตือนหากตรวจพบแอมโมเนีย (ซึ่งเป็นก๊าซพิษชนิดหนึ่ง) นอกเครื่องดูดควันเหล่านั้น

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

สำหรับโครงการนี้ คุณจะต้อง:

- 2x แอมโมเนียเซนเซอร์ MQ-137 (หรือมากเท่าที่คุณต้องการ)

- 1x Arduino Uno (มีพอร์ตอนุกรมหนึ่งพอร์ต)

- 1x Genuino Mega 2560 (หรือบอร์ดอื่นๆ ที่มีพอร์ตอนุกรมตั้งแต่ 2 พอร์ตขึ้นไป)

- 2x โมดูลบลูทูธ HC-05

- 1x Raspberry Pi รุ่น 3B

- 1x แบตเตอรี่ 9V

- สายไฟ สายเคเบิล และตัวต้านทาน

ขั้นตอนที่ 2: รับข้อมูลจากเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับ Arduino Uno

ในการตระหนักถึงแอปพลิเคชันนี้ เซ็นเซอร์นี้จะต้องได้รับพลังงาน ในการทำเช่นนี้จะใช้ 5V และมวลของการ์ด Arduino นอกจากนี้ อินพุตแบบอะนาล็อก A0 ยังช่วยให้สามารถกู้คืนค่าความต้านทานที่กำหนดโดยเซ็นเซอร์ได้ นอกจากนี้ Arduino ยังขับเคลื่อนด้วย

น่าเสียดายที่เซ็นเซอร์เหล่านั้นไม่ได้ให้เอาต์พุตเชิงเส้นตามสัดส่วนกับความเข้มข้นของแอมโมเนีย เซ็นเซอร์เหล่านี้ทำมาจากเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งจะเปลี่ยนความต้านทานที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้น ความต้านทานเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้น

ปัญหาที่แท้จริงของสิ่งเหล่านี้คือพวกมันถูกสร้างขึ้นมาเพื่อวัดก๊าซชนิดต่าง ๆ และเซลล์ไฟฟ้าเคมีทำปฏิกิริยาแปลก ๆ ตัวอย่างเช่น สำหรับตัวอย่างแอมโมเนียเหลวชนิดเดียวกัน เซ็นเซอร์ทั้งสองให้เอาต์พุตต่างกัน พวกเขายังค่อนข้างช้า

ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด ความต้านทานที่ได้จากเซ็นเซอร์จะถูกแปลงเป็น 0-5V จากนั้นเป็น "ppm" (= ส่วนต่อล้าน เป็นหน่วยที่เกี่ยวข้องในการวัดความเข้มข้นของก๊าซ) โดย Arduino โดยใช้กราฟแนวโน้มและสมการของอาร์ดิโน เอกสารของเซ็นเซอร์เหล่านี้

ขั้นตอนที่ 3: การส่งข้อมูลผ่าน Bluetooth

เพื่อที่จะติดตั้งเซ็นเซอร์ในสถานที่ต่างๆ ในห้องปฏิบัติการ พวกเขาจะเชื่อมต่อโดยตรงกับบอร์ด Arduino ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V และเพื่อสื่อสารผลลัพธ์ของแอมโมเนียในอากาศไปยังการ์ด Rapsberry จะใช้โมดูลบลูทูธ การ์ดใบแรกที่เชื่อมต่อโดยตรงกับบอร์ดเซ็นเซอร์เรียกว่าสเลฟ

หากต้องการใช้โมดูลบลูทูธ จะต้องกำหนดค่าก่อน เพื่อจุดประสงค์ดังกล่าว ให้เชื่อมต่อพิน EN ของโมดูลกับ 5V (คุณควรเห็นไฟ LED กะพริบทุกๆ 2 วินาที) แล้วกดปุ่มบนโมดูล เข้ารหัสรหัสว่างใน Arduino และเชื่อมต่อพิน RX ของโมดูลกับพิน TX ของ Arduino และในทางกลับกัน หลังจากนั้นไปที่มอนิเตอร์แบบอนุกรมเลือกอัตราบอดที่เหมาะสม (สำหรับเราคือ 38400 Br) และเขียน AT

หากจอภาพอนุกรมแสดง "ตกลง" แสดงว่าคุณเข้าสู่โหมด AT ตอนนี้คุณสามารถตั้งค่าโมดูลเป็นทาสหรือมาสเตอร์ได้แล้ว คุณสามารถค้นหาไฟล์ PDF ด้านล่างพร้อมคำสั่งทั้งหมดสำหรับโหมด AT

เว็บไซต์ต่อไปนี้แสดงขั้นตอนต่างๆ ในโหมด AT สำหรับโมดูลบลูทูธของเรา:

โมดูลบลูทู ธ ใช้ 4 พินของ Arduino, 3.3V พร้อมตัวแบ่งแรงดัน, กราวด์, พิน TX และ RX การใช้พิน TX และ RX หมายความว่าข้อมูลจะถูกถ่ายโอนโดยพอร์ตอนุกรมของการ์ด

อย่าลืมว่าพิน RX ของโมดูลบลูทูธเชื่อมต่อกับพิน TX ของ Arduino และในทางกลับกัน

คุณควรเห็นไฟ LED ทั้งสองของโมดูลบลูทูธกะพริบ 2 ครั้งทุกๆ 2 วินาทีเมื่อเชื่อมต่อกัน

ทั้งใบเสร็จรับเงินและรหัสส่งจะรับรู้ในบัตรเดียวกันและแนบมาที่นี่

ขั้นตอนที่ 4: การรับข้อมูลและถ่ายโอนไปยัง Raspberry Pi

ส่วนนี้ของโครงการทำโดย Arduino mega

การ์ดใบนี้ต่อสายเข้ากับโมดูลบลูทูธ กำหนดค่าให้รับข้อมูล และ Raspberry Pi เรียกว่าท่านอาจารย์

ในกรณีนี้ โมดูลบลูทูธใช้พอร์ตอนุกรมหนึ่งพอร์ต และข้อมูลจะถูกโอนไปยัง Raspberry Pi โดยใช้พอร์ตอนุกรมอื่น นั่นคือเหตุผลที่เราต้องการการ์ดที่มีพอร์ตอนุกรมตั้งแต่ 2 พอร์ตขึ้นไป

รหัสเกือบจะเหมือนกับเมื่อก่อน

ขั้นตอนที่ 5: การบันทึกข้อมูลและคุณสมบัติการแจ้งเตือน

raspberry pi จะบันทึกข้อมูลทุกๆ 5 วินาที (เช่น อาจแตกต่างกันไป) ในไฟล์.csv และบันทึกไว้ในความจุของ sd card

ในเวลาเดียวกัน ราสเบอร์รี่จะตรวจสอบว่าความเข้มข้นไม่สูงเกินไป (เช่น มากกว่า 10ppm อาจแตกต่างกันไป) และส่งอีเมลแจ้งเตือนหากเป็นกรณีนี้

แต่ก่อนที่ราสเบอร์รี่จะส่งอีเมลได้ จำเป็นต้องมีการกำหนดค่าเล็กน้อย เพื่อจุดประสงค์นี้ ให้ไปที่ไฟล์ "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" และเปลี่ยนพารามิเตอร์ตามข้อมูลส่วนบุคคลของคุณ คุณสามารถค้นหาตัวอย่างด้านล่าง (code_raspberry_conf.py)

เท่าที่เกี่ยวข้องกับรหัสหลัก (blu_arduino_print.py) จำเป็นต้องนำเข้าไลบรารีบางตัว เช่น "ซีเรียล" เพื่อทำงานกับพอร์ตการสื่อสาร USB หรือไลบรารี "ssmtp" เพื่อส่งอีเมล

บางครั้ง อาจมีข้อผิดพลาดเมื่อส่งข้อมูลผ่านบลูทูธ อันที่จริง ราสเบอร์รี่สามารถอ่านได้เพียงบรรทัดเดียวเมื่อมีตัวเลขที่ลงท้ายด้วย \n อย่างไรก็ตาม ราสเบอร์รี่บางครั้งอาจได้รับอย่างอื่นเช่น "\r\n" หรือเพียงแค่ "\n" ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้โปรแกรมปิดตัวลง เราใช้คำสั่ง Try - ยกเว้น

หลังจากนั้นก็เป็นเพียงเงื่อนไข "ถ้า" เท่านั้น

ขั้นตอนที่ 6: การสร้างเคส

อุปกรณ์ที่จำเป็น:

- กล่องพักสายไฟ 220*170*85 mm. 1 กล่อง

- กล่องรวมสัญญาณขนาด 153*110*55 มม.. 1 กล่อง

- สีเขียว ertalon 500*15*15 mm

- สายไฟฟ้า 1.5 เมตร

- 2 โมดูลบลูทู ธ

- ราสเบอร์รี่ 1 ลูก

- 1 Arduino Mega

- 1 ของแท้

- แบตเตอรี่ 9v

- สายเชื่อมต่อ Raspberry / Arduino 1 เส้น

- ตัวต้านทาน 2 ตัวที่ 2K โอห์ม

- ตัวต้านทาน 2 ตัวที่ 1K โอห์ม

- เครื่องบัดกรี

- เครื่องเจาะ

- ดอกสว่าน

- คีมตัด

- เลื่อย

เราเริ่มจากกล่องรวมสัญญาณไฟฟ้าสองกล่องที่ทำการตัด ขั้นแรก การสร้างองค์ประกอบเซ็นเซอร์/อิมิตเตอร์: รองรับสองตัวเพื่อแก้ไขการ์ด Genuino ซึ่งสร้างด้วย ERTALON สีเขียว จากนั้นจึงจำเป็นต้องตัดฝาเพื่อใส่เซ็นเซอร์แอมโมเนียและแก้ไข สายเคเบิลเชื่อมต่อจากเซ็นเซอร์กับการ์ด Genuino หลังจากนั้นเราใส่โมดูลบลูทู ธ ลงบนกล่องบัดกรีสายเคเบิลและเชื่อมต่อกับการ์ด สุดท้าย แหล่งจ่ายไฟที่มีแบตเตอรี่ 9V ถูกรวมและต่อสายแล้ว เมื่อเซ็นเซอร์เสร็จสิ้น เราก็สามารถเริ่มทำงานกับเครื่องรับได้ สำหรับสิ่งนี้ เช่นเดียวกับเมื่อก่อน เราเริ่มต้นด้วยการรองรับการ์ดอิเล็กทรอนิกส์สองใบ (Raspberry และ Arduino mega) จากนั้นเราตัดช่องสำหรับสายเคเบิลและปลั๊กออกจาก Raspberry โมดูลบลูทู ธ ได้รับการแก้ไขในลักษณะเดียวกับเมื่อก่อน จากนั้นเจาะรูที่ด้านบนของกล่องเพื่อให้สามารถระบายอากาศสำหรับแผงอิเล็กทรอนิกส์ทั้งสองและเพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไป ในการสิ้นสุดขั้นตอนนี้ สายเคเบิลทั้งหมดเชื่อมต่อและโปรเจ็กต์จะต้องได้รับพลังงานและทดสอบเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 7: การปรับปรุง

ในแง่ของการปรับปรุง สามารถทำให้เกิดจุดต่าง ๆ ได้:

- ทางเลือกของเซ็นเซอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น อันที่จริงพวกเขาตรวจไม่พบการปรากฏตัวของแอมโมเนียในอากาศอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ เมื่อแอมโมเนียอิ่มตัวแล้ว พวกเขาต้องใช้เวลาพอสมควรในการกำจัดแอมโมเนีย

- ใช้การ์ด Arduino ที่มีโมดูล Bluetooth โดยตรงตามที่ระบุไว้ที่ฐานของโครงการของเรา น่าเสียดายที่ Genuino 101 ไม่มีวางจำหน่ายในตลาดยุโรปแล้ว

- รวมจอแสดงผลในกล่องที่ตั้งเซ็นเซอร์เพื่อให้ทราบความเข้มข้นอย่างต่อเนื่อง

- ตรวจสอบการสร้างกราฟโดยอัตโนมัติจากข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในไฟล์ csv