£20 COVID-19 वेंटिलेटर के तहत Arduino के साथ एक सटीक वायु प्रवाह दर सेंसर कैसे बनाएं: 7 चरण

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

इस छिद्र प्रवाह संवेदक के नवीनतम डिज़ाइन के लिए कृपया यह रिपोर्ट देखें:

यह निर्देश दिखाता है कि कम लागत वाले अंतर दबाव सेंसर और आसानी से उपलब्ध सामग्री का उपयोग करके वायु प्रवाह दर सेंसर कैसे बनाया जाए। डिजाइन एक छिद्र प्रकार प्रवाह संवेदक के लिए है, छिद्र (हमारे मामले में एक वॉशर) एक प्रतिबंध प्रदान करता है और हम छिद्र में दबाव अंतर को मापकर प्रवाह की गणना कर सकते हैं।

मूल रूप से हमने OpenVent-Bristol नामक अपनी परियोजना के लिए इस सेंसर को डिज़ाइन और निर्मित किया है जो COVID-19 के उपचार के लिए रैपिड निर्माण वेंटिलेटर का एक ओपन सोर्स डिज़ाइन है। हालाँकि इस सेंसर का उपयोग लगभग किसी भी वायु प्रवाह संवेदन अनुप्रयोग में किया जा सकता है।

हमारे डिजाइन का यह प्रारंभिक संस्करण पूरी तरह से ऑफ-द-शेल्फ भागों का उपयोग करके बनाया गया है, किसी 3 डी प्रिंटिंग या लेजर कटिंग की आवश्यकता नहीं है।

संलग्न ड्राइंग डिजाइन का एक क्रॉस सेक्शन ड्राइंग दिखाता है। यह प्रवाह दर की गणना करने के लिए छिद्र के पार अंतर दबाव को मापने के बीच में एक वॉशर के साथ प्लंबिंग पाइप की बहुत ही सरल लंबाई है।

आनंद लेना!! और अगर आप अपना खुद का बनाते हैं तो हमें एक टिप्पणी दें।

चरण 1: पार्ट्स खरीदें

ये वे भाग हैं जिनकी आपको आवश्यकता होगी:

• 22 मिमी ओडी पीवीसी पाइपलाइन पाइप की 2x 15 सेमी लंबाई
• 1x धातु वॉशर आईडी 5.5 मिमी आयुध डिपो लगभग 20 मिमी (19.5-22 मिमी के बीच ठीक है)

• एक डिफरेंशियल प्रेशर सेंसर (लगभग £10)। हमने MPX5010DP का उपयोग किया है लेकिन आप अपने सिस्टम में दबाव के अनुरूप एक अलग का चयन करना चाह सकते हैं। इन सेंसर को बेचने वाले कुछ उदाहरण स्टोर नीचे सूचीबद्ध हैं:

  • uk.rs-online.com/web/p/ pressure-sensors/71…
  • www.digikey.co.uk/product-detail/hi/nxp-us…
  • www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
• प्रेशर टैप टयूबिंग लगभग 20 मिमी लंबाई में कट जाती है: कोई भी 2 मिमी ओडी कठोर ट्यूबिंग उपयुक्त होनी चाहिए जैसे कि पीतल की ट्यूब। हताशा में मैंने WD-40 कैन से स्प्रे नोजल का इस्तेमाल किया, यह काम कर गया लेकिन सुपर ग्लू शानदार ढंग से चिपक नहीं पाया
• सुपर गोंद
• प्रेशर सेंसर के प्रेशर पोर्ट से कनेक्ट करने के लिए सिलिकॉन/पीवीसी टयूबिंग। 2-3 मिमी आईडी ठीक होनी चाहिए, यदि आपकी ट्यूब बड़ी है तो आपको एक छोटी केबल टाई की आवश्यकता हो सकती है।

यदि आप फ्लो सेंसर पाइपिंग को अन्य 22 मिमी पाइप पर फिट करना चाहते हैं तो आप 1 या 2 प्लंबिंग कनेक्टर खरीदना चाह सकते हैं:

नोट: चुनी गई सामग्री चिकित्सा उत्पाद नियमों, विशेष रूप से पीवीसी को पूरा नहीं करती है।

चरण 2: नलसाजी ट्यूब काटें

प्लंबिंग ट्यूब से 2 लंबाई काटें। हमने 15cm लंबाई का उपयोग किया है लेकिन यह थोड़ा छोटा काम कर सकता है। मैंने एक मैटर आरी का उपयोग करके कटौती की, क्योंकि एक अच्छा चौकोर कट प्राप्त करना महत्वपूर्ण है। किसी भी बर्स को चिकना करने के लिए सैंड पेपर का उपयोग करें

चरण 3: नलसाजी ट्यूबों को इकट्ठा करें

• एक ट्यूब के अंत में अपने वॉशर को सुपरग्लू करें, सुनिश्चित करें कि वॉशर ट्यूब के साथ केंद्रित है और यह सुनिश्चित करने के लिए वॉशर की परिधि के चारों ओर गोंद का एक निरंतर मनका बनाना सुनिश्चित करें कि कोई वायु दाब लीक न हो।
• फिर वॉशर के दूसरी तरफ ट्यूब की दूसरी लंबाई को सुपरग्लू करें। फिर से, सुनिश्चित करें कि सभी तरह से चारों ओर गोंद करें ताकि कोई हवा बाहर न निकले

चरण 4: दबाव नल जोड़ें

1. संलग्न छवि के अनुसार वॉशर से दूरी पर 2 छेद ड्रिल करें
2. छेद में 2 मिमी आयुध डिपो की छड़ें दबाएं, सुनिश्चित करें कि यह एक तंग फिट है (मेरी ट्यूब 2.2 ओडी थी लेकिन मेरी ड्रिल बिट 2 मिमी थी, इसलिए मैंने ट्यूब को कसकर फिट होने तक ड्रिल को थोड़ा सा घुमाया)
3. छेद में ट्यूब को सुपरग्लू करें, यह सुनिश्चित कर लें कि इसे चारों ओर से सील कर दिया गया है
4. अपने दबाव नल के चारों ओर इन्सुलेशन टेप लपेटें जब तक कि सिलिकॉन ट्यूब अच्छी और तंग पर फिट न हो जाए

चरण 5: परीक्षण और जांचना

प्रेशर सेंसर को अपने Arduino से कनेक्ट करें और प्रेशर टैप को प्रेशर सेंसर के पोर्ट से कनेक्ट करें। सुनिश्चित करें कि सेंसर का भौतिक एनालॉग पिन सॉफ्टवेयर के पिन से मेल खाता है।

संलग्न कोड का उपयोग करके इसका परीक्षण करें। ध्यान दें, निम्नलिखित पुस्तकालयों की आवश्यकता है:

• वायर.एच
• और Sensirion_SFM3000_arduino (यह पुस्तकालय एक अलग सेंसर के लिए है, लेकिन मैंने इसके लिए अपने कोड में कुछ बदलाव किए हैं)

आदर्श रूप से आप अपने सेंसर को कैलिब्रेट करना चाहते हैं, हमने होम मेड सेंसर के साथ श्रृंखला में जुड़े एक Sensirion SFM3300 का उपयोग किया। SFM3300 के लिए कनेक्शन हैं:

• वीसीसी - 5वी
• जीएनडी - जीएनडी
• एसडीए - ए4
• एससीएल - ए5

आदर्श रूप से अंशांकन परीक्षण के लिए आपके वायु स्रोत को एक निरंतर प्रवाह देना चाहिए और प्रवाह दरों का नियंत्रित स्वीप देने के लिए नियंत्रित होना चाहिए। हमने एक पोटेंशियोमीटर का उपयोग करके नियंत्रित इलेक्ट्रॉनिक ब्रश डीसी गति नियंत्रक के माध्यम से संचालित होने के लिए हैक किए गए एक एयर बेड पंप का उपयोग किया। यदि आपके पास डीसी बिजली की आपूर्ति है जो ठीक भी काम करेगी।

कोड के साथ-साथ हमारे सेंसर से दबाव और प्रवाह को पढ़ने में सक्षम होने के कारण, यह सेंसरियन SFM3300 से i2c के माध्यम से भी पढ़ सकता है, जो कि सेंसर है जिसे हमने कैलिब्रेशन के लिए उपयोग किया था। यदि आपके पास एक अलग है तो आपको कोड को तदनुसार अनुकूलित करने की आवश्यकता होगी। अंशांकन सेंसर। (काफी आश्चर्यजनक रूप से DIY सेंसर ने SFM3300 की तुलना में अधिक लगातार रीडिंग दी)

कोड का पहला संस्करण प्रवाह दर रीडिंग को आउटपुट करने के लिए कैलिब्रेटेड लुकअप टेबल का उपयोग करता है। हमने इसे द्वारा बनाया है

• हमारे वायु स्रोत से पूर्ण स्वीप पर दबाव दर्ज करना (.csv फ़ाइल के रूप में)
• डेटा को एक्सेल में ले जाना
• प्रवाह दर निकालने के लिए इसे एक समीकरण के माध्यम से पारित करना
• फिर एक अल्पविराम से अलग लुकअप टेबल बनाना जो एक Arduino पूर्णांक सरणी में कॉपी/पेस्ट किया गया था

समीकरण के साथ एक्सेल दस्तावेज़ संग्रहीत किया जाता है …

कोड का दूसरा संस्करण निम्नलिखित कारणों से कोड में एक समीकरण का उपयोग करेगा:

• तापमान को ध्यान में रखना (जो प्रवाह दर रीडिंग को प्रभावित करेगा)
• डाउनस्ट्रीम प्रतिबंध में बदलाव को ध्यान में रखते हुए, इसे एक अलग डाउनस्ट्रीम प्रेशर सेंसर के साथ महसूस किया जाएगा

चरण 6: उचित जानकी अंशांकन विधि विकल्प

यदि आपके पास सेंसरियन SFM3300 जैसे कैलिब्रेट करने के लिए ऑफ-द-शेल्फ फ्लो सेंसर नहीं है तो फ्लो आउटपुट का सुपर रफ आइडिया प्राप्त करने का यह एक तरीका है। हालांकि यह केवल एक उच्च दबाव प्रवाह स्रोत के साथ काम करेगा (यहां तक कि एयर बेड पंप भी गुब्बारे को फुलाए जाने के लिए संघर्ष कर सकता है) और केवल तभी काम करेगा जब आप बार-बार अपनी वायु आपूर्ति को बंद कर सकते हैं

• सिस्टम के आउटपुट में एक गुब्बारा संलग्न करें और उस व्यास को मापें जो इसे प्रत्येक मुद्रास्फीति पर फुलाता है
• पानी के साथ एक मापने वाला जग भरें (शायद लगभग आधा रास्ता)
• अपने गुब्बारे को उसी व्यास में फिर से फुलाएँ और फिर इसे अपने पानी के जग में पूरी तरह से डुबो दें और गुब्बारा डालने से पहले और बाद में पानी के स्तर में अंतर दर्ज करें।
• आगे आपको अपने कोड में प्रति गुब्बारा मुद्रास्फीति की मात्रा को मापने की आवश्यकता होगी, यह समय के साथ प्रवाह को एकीकृत करके किया जाता है। मैं आपको ऐसा करने के लिए सटीक कोड नहीं दे सकता क्योंकि इसे आपके प्रवाह स्रोत के आधार पर अलग होना होगा और आपका कोड प्रवाह की शुरुआत और रोक को कैसे समझेगा लेकिन मैंने एक टेक्स्ट फ़ाइल में एक फ़ंक्शन संलग्न किया है जो बाहर हो जाएगा वॉल्यूम, आपको बस यह बताना होगा कि वॉल्यूम की गणना कब शुरू और बंद करनी है (यानी हमारे परीक्षण के लिए यह प्रत्येक सांस की शुरुआत और स्टॉप पर था), यह फ़ंक्शन को "ब्रीथस्टैटस" नामक बूलियन चर के माध्यम से इंगित किया जाता है। जब आप इसे कॉल करते हैं तो उस फ़ंक्शन में प्रवाह दर को एमएल/एस में पास करना याद रखें।

चरण 7: अपने सिस्टम में एकीकृत करें

इसे अपने सेटअप में प्लग करें जो कुछ भी हो और £ 15 से कम के लिए प्रवाह दर को मापने का आनंद लें:)

संलग्न हमारे वेंटिलेटर एप्लिकेशन से कुछ प्रवाह, दबाव और वॉल्यूम की एक उदाहरण छवि है।

इस सेंसर को 22mm OD ट्यूब से जोड़ने के लिए प्लंबिंग स्ट्रेट कपलिंग जॉइंट्स बढ़िया हैं।