کم هزینه سنسور جریان آب و نمایش محیط: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:58

آب منبع ارزشمندی است. میلیون ها نفر به آب آشامیدنی تمیز دسترسی ندارند و روزانه 4000 کودک بر اثر بیماری های آلوده به آب جان خود را از دست می دهند. با این وجود ، ما همچنان منابع خود را هدر می دهیم. هدف اصلی این پروژه ایجاد انگیزه در استفاده بیشتر از آب و افزایش آگاهی در مورد مسائل جهانی آب است. این در مورد نحوه تشخیص خالص جریان آب در یک لوله و هدایت صفحه نمایش محیطی قابل آموزش است. من از مبدل پیزو ، برخی از LED ها و آردوینو استفاده می کنم. این دستگاه نمونه اولیه ای از آنچه در نهایت به یک فناوری متقاعد کننده تبدیل می شود است که رفتار پایدار را بر می انگیزد و آگاهی در مورد استفاده از آب را افزایش می دهد. این یک پروژه توسط استیسی کوزنتسف و اریک پائولوس در آزمایشگاه محیط های زنده ، در موسسه تعامل رایانه انسانی دانشگاه کارنگی ملون است. تهیه شده توسط استیسی کوزنتسووستاس@cs.cmu.eduhttps://staceyk.org اریک پالوسریک@paulos.net paulos.net/ محیط های زنده هنگام استفاده از مبدل پیزو به عملکرد بهتری دست خواهید یافت ، بنابراین این دستورالعمل روش پیزو را توضیح می دهد. تشکر ویژه از بریام لیم ، برایان پندلتون ، کریس هریسون و استوارت اندرسون برای کمک به ایده ها و طراحی این پروژه!

مرحله 1: جمع آوری مواد

شما به موارد زیر نیاز دارید:- Breadboard- Microcontroller (من از آردوینو استفاده کردم)- Mastic- Piezo Transducer (https://www.radioshack.com/product/index.jsp؟productId=2062402)- چند LED (از 2 رنگ زرد استفاده کردم ، 2 قرمز ، 2 سبز)- جا شمعی یا محفظه ای با اندازه مشابه- سیم- 1 اهم (یا مقدار بزرگ دیگر) مقاومت 4.7K مقاومت (3)- مقاومت 1K (1)- مقاومت کم ارزش (برای LED ها)- Clipping Wires- Jumper Wires- Mastic- op amp (LM613)

مرحله 2: ساختن مدار

این مدار شامل یک تقویت کننده برای افزایش سیگنال از پیزو و یک تقسیم کننده ولتاژ برای بالا بردن ولتاژ پایه است. یک مقاومت با ارزش بالا بین دو ورودی وجود دارد که پیزو را تشکیل می دهد ، که به عنوان یک مقاومت کششی برای سیگنال عمل می کند.

مرحله 3: آزمایش مدار

پیزو را به مدار وصل کنید و آردوینو را وصل کنید. تقسیم کننده ولتاژ ولتاژ پایه را روی 2.5 ولت تنظیم می کند ، بنابراین قرائت پایه برای سیگنال باید در پین آنالوگ آردوینو (در نیمه راه بین 0 تا 1023) حدود 512 باشد. معدن +/- 30 در حدود 520 نوسان می کند. ممکن است در اطراف این عدد نوساناتی مشاهده کنید.

مرحله 4: سنسور خود را برای تشخیص ارتعاشات کالیبره کنید

هنگامی که شیر آب باز است ، ارتعاشات لوله باعث می شود که پیزو یک جریان نوسان ایجاد کند. از آنجا که خوانش پایه در حدود 520 کاهش می یابد ، می توانید دامنه ای را در اطراف این عدد محاسبه کنید تا ارتعاشات را تشخیص دهید. آستانه من 130 است ، اما بسته به نوع ارتعاشی که می خواهید حس کنید و حساسیت قطعه پیزو خاص خود را احساس کنید ، ممکن است این مقدار را افزایش یا کاهش دهید. برای آزمایش سیگنال ، از ماستیک برای اتصال پیزو به یک سطح صاف استفاده کنید. سعی کنید با ضربه زدن یا خراشیدن روی سطح در مکان های مختلف و شدت های مختلف ، ببینید چه نوع خوانشی در Arduino دریافت می کنید. برای کاهش نویز ، توصیه می کنم یک میانگین متحرک از ورودی را محاسبه کنید. این یک روش خام برای تعیین دامنه موج است که از مثبت کاذب به دلیل جریان استاتیک تصادفی جلوگیری می کند. روشهای پیشرفته تری مانند FFT نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد. // نمونه سنسور Codeint = 2؛ // آنالوگ inint val = 0؛ // خواندن فعلی برای میانگین pinint آنالوگ ؛ // میانگین در حال اجرا دامنه موج MIDPOINT = 520؛ // Base readvoid setup () {Serial.begin (9600)؛ میانگین = MIDPOINT؛ // تنظیم میانگین در وسط} حلقه void () {val = analogRead (سنسور) ؛ // محاسبه تقویت موج if (val> MIDPOINT) {val = val - MIDPOINT؛ } else {val = MIDPOINT - val؛ } // محاسبه میانگین در حال اجرا از ampitute avg = (avg * 0.5) + (val * 0.5)؛ if (میانگین> 130) {// ارتعاش تشخیص داده شد! Serial.println ("TAP") ؛ تأخیر (100) ؛ // تأخیر برای اطمینان از بارگیری بیش از حد پورت سریال}}

مرحله 5: ایجاد یک محیط نمایش

اگر سنسور شما به درستی کار می کند ، می توانید یک نمایشگر محیطی برای نشان دادن اطلاعات اضافه کنید. LED های من به گونه ای جفت شده اند که هر رنگ توسط دو LED روشن می شود. برای انجام این کار ، سربرگ "کوتاه" هر رنگ را به هم وصل کنید و قبل از اتصال به آردوینو از یک مقاومت کم ارزش استفاده کنید. سیم اصلی (طولانی تر) همه LED ها را وصل کرده و در Arduino به زمین متصل کنید. هنگامی که LED ها متصل می شوند ، از نگهدارنده شمع برای قرار دادن صفحه نمایش استفاده کنید. از آنجا که نگهدارنده شمع از آلومینیوم ساخته شده است ، ممکن است بخواهید یک عایق مانند یک تکه پلاستیک را قبل از قرار دادن چراغ های LED در کف ظرف قرار دهید تا از کوتاه شدن مدار جلوگیری شود.

مرحله 6: از داده های حسگر برای هدایت صفحه نمایش استفاده کنید

حدود 10 ثانیه طول می کشد تا دست هایم را بشویم. بنابراین ، من صفحه نمایش را طوری برنامه ریزی کرده ام که در 10 ثانیه اول پس از روشن شدن شیر ، چراغ سبز نشان دهد. پس از 10 ثانیه ، LED زرد روشن می شود. اگر آب پس از 20 ثانیه روشن بماند ، صفحه قرمز می شود و اگر شیر آب 25 ثانیه یا بیشتر روشن شود ، چراغ قرمز چشمک می زند. برای ایجاد نمایشگرهای جایگزین می توانید از تخیل خود استفاده کنید!

مرحله 7: سنسور را نصب کرده و روی لوله آب نمایش دهید

از ماستیک یا خاک رس برای اتصال پیزو به شیر و یک لایه دیگر از ماستیک برای ایمن سازی صفحه نمایش در بالا استفاده کنید. ممکن است مجبور شوید دامنه آستانه یا "MIDPOINT" خود را از مرحله 4 دوباره تنظیم کنید. سیگنال نیز ممکن است کمی تحت تاثیر دما قرار گیرد از لوله

مرحله هشتم: پیشنهادات آینده

شما می توانید آردوینو را از باتری خاموش کنید. یک آموزش آینده به شما نشان می دهد که چگونه می توانید این صفحه نمایش را با استفاده از قدرت مستقیم از خود آب جاری یا با استفاده از انرژی نور محیط اطراف اجرا کنید!