เซ็นเซอร์วัดการไหลของน้ำราคาประหยัดและการแสดงสภาพแวดล้อม: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:09

น้ำเป็นทรัพยากรที่มีค่า ผู้คนหลายล้านคนไม่มีน้ำดื่มสะอาด และมีเด็กมากถึง 4,000 คนเสียชีวิตจากโรคที่ปนเปื้อนในน้ำทุกวัน แต่เรายังคงใช้ทรัพยากรของเราอย่างสิ้นเปลือง เป้าหมายที่ครอบคลุมของโครงการนี้คือการกระตุ้นพฤติกรรมการใช้น้ำอย่างยั่งยืนมากขึ้นและสร้างความตระหนักเกี่ยวกับปัญหาน้ำทั่วโลก นี่เป็นคำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการตรวจจับการไหลของน้ำในท่ออย่างคร่าวๆ และขับเคลื่อนการแสดงผลโดยรอบ ฉันใช้ตัวแปลงสัญญาณ piezo, LED บางตัวและ Arduino อุปกรณ์นี้เป็นต้นแบบคร่าวๆ ของสิ่งที่จะกลายเป็นเทคโนโลยีโน้มน้าวใจในที่สุด ซึ่งกระตุ้นให้เกิดพฤติกรรมที่ยั่งยืนและสร้างความตระหนักเกี่ยวกับการใช้น้ำ นี่เป็นโครงการโดย Stacey Kuznetsov และ Eric Paulos ที่ Living Environments Lab ที่ Carnegie Mellon University Human Computer Interaction Institute ผลิตโดย Stacey [email protected]://staceyk.orgEric [email protected]://www. paulos.net/Living Environments Labhttps://www.living-environments.net วิดีโอด้านล่างแสดงตัวอย่างโครงการเวอร์ชันก่อนหน้า ซึ่งใช้ไมโครโฟนแทนองค์ประกอบเพียโซเพื่อตรวจจับการไหลของน้ำ คุณจะได้รับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเมื่อใช้ตัวแปลงสัญญาณแบบเพียโซ ดังนั้นคำแนะนำนี้จึงให้รายละเอียดเกี่ยวกับแนวทางเพียโซ ขอขอบคุณเป็นพิเศษกับ Briam Lim, Bryan Pendleton, Chris Harrison และ Stuart Anderson สำหรับความช่วยเหลือเกี่ยวกับแนวคิดและการออกแบบโครงการนี้!

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมวัสดุ

คุณจะต้อง:- Breadboard- ไมโครคอนโทรลเลอร์ (ฉันใช้ Arduino)- Mastic- Piezo Transducer (https://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062402)- LED สองสามดวง (ฉันใช้ 2 สีเหลือง 2 สีแดง 2 สีเขียว)- เชิงเทียนหรือภาชนะขนาดใกล้เคียงกัน- ลวด- ตัวต้านทาน 1 Mohm (หรือค่าอื่น ๆ ที่มีค่ามาก)- ตัวต้านทาน 4.7K (3)- ตัวต้านทาน 1K (1)- ตัวต้านทานค่าต่ำ (สำหรับ LED)- คีมตัดสายไฟ- สายจัมเปอร์- Mastic- op amp (LM613)

ขั้นตอนที่ 2: สร้างวงจร

วงจรประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์เพื่อเพิ่มสัญญาณจากเพียโซและตัวแบ่งแรงดันเพื่อยกแรงดันฐาน มีตัวต้านทานค่าสูงระหว่างอินพุตทั้งสองรูปแบบเพียโซ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานแบบดึงลงสำหรับสัญญาณ

ขั้นตอนที่ 3: ทดสอบวงจร

แนบเพียโซกับวงจรแล้วต่ออาร์ดิโน ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานที่ 2.5V ดังนั้นการอ่านค่าพื้นฐานสำหรับสัญญาณควรอยู่ที่ประมาณ 512 บนขาอะนาล็อก Arduino (ครึ่งทางระหว่าง 0 ถึง 1023) ของฉันผันผวน +/-30 ประมาณ 520 คุณอาจเห็นความผันผวนของตัวเลขนี้

ขั้นตอนที่ 4: ปรับเทียบเซ็นเซอร์ของคุณเพื่อตรวจจับการสั่น

เมื่อเปิดก๊อก การสั่นสะเทือนของท่อจะทำให้พายโซสร้างกระแสผันผวน เนื่องจากการอ่านค่าฐานลดลงประมาณ 520 คุณจึงสามารถคำนวณแอมพลิจูดรอบๆ ตัวเลขนี้เพื่อตรวจจับการสั่นได้ ค่าขีดจำกัดของฉันถูกตั้งไว้ที่ 130 แต่คุณอาจเพิ่มหรือลดค่านี้ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของการสั่นสะเทือนที่คุณต้องการรับรู้และความไวของชิ้นส่วนเพียโซของคุณโดยเฉพาะ หากต้องการทดสอบสัญญาณ ให้ใช้สีเหลืองอ่อนเพื่อติดเพียโซกับพื้นผิวเรียบ ลองแตะหรือขีดข่วนบนพื้นผิวที่ตำแหน่งต่างๆ และระดับความเข้มต่างๆ กัน ดูว่าคุณอ่านค่าประเภทใดบน Arduino เพื่อลดเสียงรบกวน ขอแนะนำให้คำนวณค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่ของอินพุต นี่เป็นวิธีคร่าวๆ ในการกำหนดแอมพลิจูดของคลื่นที่หลีกเลี่ยงผลบวกที่ผิดพลาดเนื่องจากกระแสไฟฟ้าสถิตแบบสุ่ม อาจใช้วิธีขั้นสูงอื่น ๆ เช่น FFT // เซ็นเซอร์ Codeint ตัวอย่าง = 2; // ค่า inint อนาล็อก =0; // การอ่านปัจจุบันสำหรับ pinint แบบอะนาล็อกเฉลี่ย; // วิ่งเฉลี่ยของแอมพลิจูดคลื่นint MIDPOINT = 520; // การตั้งค่าการอ่านฐาน () { Serial.begin (9600); เฉลี่ย = MIDPOINT; // กำหนดค่าเฉลี่ยที่จุดกึ่งกลาง} วงเป็นโมฆะ () { val = analogRead (เซ็นเซอร์); // คำนวณความกว้างของคลื่นถ้า (val > MIDPOINT) { val = val - MIDPOINT; } อื่น { val = MIDPOINT - วาล; } // คำนวณค่าเฉลี่ยการวิ่ง fr the amplute avg = (avg * 0.5) + (val * 0.5); ถ้า (เฉลี่ย > 130) { // ตรวจพบการสั่นสะเทือน! Serial.println ("แตะ"); ล่าช้า (100); // หน่วงเวลาเพื่อให้แน่ใจว่าพอร์ตอนุกรมจะไม่โอเวอร์โหลด }}

ขั้นตอนที่ 5: สร้าง Ambient Display

หากเซ็นเซอร์ของคุณทำงานอย่างถูกต้อง คุณสามารถเพิ่มการแสดงผลโดยรอบเพื่อแสดงข้อมูลได้ LED ของฉันจับคู่กันเพื่อให้แต่ละสีสว่างขึ้นด้วย LED สองดวง เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ ให้ต่อขั้ว 'in' (แบบสั้น) ของแต่ละสีเข้าด้วยกัน และใช้ตัวต้านทานค่าต่ำก่อนเชื่อมต่อกับ Arduino ต่อสายดิน (ยาวกว่า) ของ LED ทั้งหมดและต่อกับกราวด์บน Arduino เมื่อเชื่อมต่อ LED แล้ว ให้ใช้เชิงเทียนเพื่อจัดวางจอแสดงผล เนื่องจากเชิงเทียนทำมาจากอลูมิเนียม คุณอาจต้องการวางฉนวน เช่น ชิ้นส่วนของพลาสติก ที่ด้านล่างของภาชนะก่อนที่จะเสียบ LED เพื่อป้องกันไม่ให้ไฟฟ้าลัดวงจร

ขั้นตอนที่ 6: ใช้ข้อมูลเซ็นเซอร์เพื่อขับเคลื่อนจอแสดงผล

ฉันใช้เวลาประมาณ 10 วินาทีในการล้างมือ ดังนั้น ฉันได้ตั้งโปรแกรมจอแสดงผลให้แสดงไฟสีเขียวในช่วง 10 วินาทีแรกหลังจากเปิดการแตะ หลังจากผ่านไป 10 วินาที ไฟ LED สีเหลืองจะติด หน้าจอจะเปลี่ยนเป็นสีแดงหากน้ำยังคงอยู่หลังจากผ่านไป 20 วินาที และเริ่มกะพริบไฟสีแดงหากก๊อกน้ำยังคงทำงานเป็นเวลา 25 วินาทีขึ้นไป ใช้จินตนาการของคุณเพื่อสร้างจอแสดงผลทางเลือก!

ขั้นตอนที่ 7: ติดตั้งเซนเซอร์และแสดงผลบนท่อน้ำ

ใช้สีเหลืองอ่อนหรือดินเหนียวเพื่อติดเพียโซกับก๊อก และอีกชั้นของสีเหลืองอ่อนเพื่อยึดจอแสดงผลไว้ด้านบน คุณอาจจะต้องปรับแอมพลิจูดของเกณฑ์ใหม่หรือ 'MIDPOINT' จากขั้นตอนที่ 4 สัญญาณอาจได้รับผลกระทบเล็กน้อยจากอุณหภูมิ ของท่อ

ขั้นตอนที่ 8: ข้อเสนอแนะในอนาคต

คุณอาจเลือกที่จะขับ Arduino ออกจากแบตเตอรี่ บทช่วยสอนที่กำลังจะมีขึ้นจะแสดงวิธีเรียกใช้จอแสดงผลนี้โดยดึงพลังงานโดยตรงจากน้ำที่ไหลเอง หรือโดยการควบคุมพลังงานแสงโดยรอบ!