كيفية صنع مجموعة أدوات الكشف عن الأمونيا: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

سنشرح لك في هذا البرنامج التعليمي كيفية استخدام مستشعرات الأمونيا واردوينو والتوت لقياس تركيز الأمونيا وتقديم تنبيهات في حالة وجود تسرب أو تركيز عالٍ جدًا في الهواء!

هذا المشروع هو مشروع مدرستنا ، في الواقع أراد المختبر الكيميائي لمدرستنا نظامًا لاكتشاف ما إذا كان تركيز الأمونيا في الهواء مرتفعًا جدًا. يوجد في المختبر غطاء للمختبر الكيميائي ، ويحتاج الطلاب إلى تشغيل هذه الأغطية لامتصاص الأبخرة الكيميائية. ولكن إذا نسوا تشغيل الغطاء ، فقد تنتشر الأبخرة السامة داخل المختبر. سيسمح هذا النظام للمعلم المسؤول بالحصول على تنبيه إذا تم استشعار الأمونيا (وهو أحد الغازات السامة) خارج تلك الأغطية.

الخطوة 1: المواد

لهذا المشروع سوف تحتاج:

- 2x مستشعر الأمونيا MQ-137 (أو بقدر ما تريد)

- 1x Arduino Uno (به منفذ تسلسلي واحد)

- 1x Genuino Mega 2560 (أو لوحات أخرى بها منفذين تسلسليين أو أكثر)

- وحدات بلوتوث 2x HC-05

- عدد 1 Raspberry Pi موديل 3B

- 1x بطارية 9 فولت

- الأسلاك والكابلات والمقاومات

الخطوة الثانية: الحصول على البيانات من أجهزة الاستشعار

أجهزة الاستشعار موصلة بأسلاك اردوينو أونو.

لتحقيق هذا التطبيق ، يجب تشغيل هذا المستشعر. للقيام بذلك ، يتم استخدام 5V وكتلة بطاقة اردوينو. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإدخال التناظري A0 يجعل من الممكن استعادة قيمة المقاومة التي قدمها المستشعر. علاوة على ذلك ، يتم تشغيل Arduino

لسوء الحظ ، لا توفر هذه المستشعرات ناتجًا خطيًا يتناسب مع تركيز الأمونيا. هذه المستشعرات مصنوعة من خلية كهروكيميائية ، وتغير المقاومة المتعلقة بالتركيز. المقاومة ترتفع مع التركيز.

المشكلة الحقيقية في هذه ، هي أنها مصنوعة لقياس نوع مختلف من الغاز ، والخلية الكهروكيميائية تتفاعل بشكل غريب. على سبيل المثال ، بالنسبة لنفس العينة من الأمونيا السائلة ، يوفر كلا المستشعرين ناتجًا مختلفًا. كما أنها بطيئة للغاية.

في كلتا الحالتين ، يتم تحويل المقاومة التي يوفرها المستشعر إلى 0-5 فولت ثم إلى "جزء في المليون" (= أجزاء في المليون ، إنها وحدة ذات صلة لقياس تركيز الغاز) بواسطة اردوينو ، باستخدام منحنى الاتجاه ويتم توفير معادلته في توثيق هذه المجسات.

الخطوة 3: إرسال البيانات عبر البلوتوث

من أجل ضبط المستشعرات في أماكن مختلفة في المختبر ، يتم توصيلها مباشرة بلوحة Arduino تعمل ببطارية 9 فولت. ولإيصال نتائج الأمونيا في الهواء إلى بطاقة Rapsberry ، يتم استخدام وحدات البلوتوث. تسمى البطاقة الأولى المتصلة مباشرة بلوحة المستشعر بالرقيق.

لاستخدام وحدات البلوتوث ، يجب تكوينها أولاً. لهذا الغرض ، قم بتوصيل دبوس EN الخاص بالوحدة بجهد 5 فولت (يجب أن ترى وميض مؤشر LED كل ثانيتين) واضغط على الزر الموجود على الوحدة. أكود عن بعد رمزًا فارغًا في arduino وقم بتوصيل دبوس RX للوحدة النمطية بدبوس TX الخاص بـ arduino والعكس صحيح. بعد ذلك ، انتقل إلى الشاشة التسلسلية ، واختر معدل الباود المناسب (بالنسبة لنا ، كان 38400 Br) واكتب AT.

إذا كانت الشاشة التسلسلية تظهر "موافق" ، فقد دخلت في وضع AT. يمكنك الآن تعيين الوحدة على أنها تابعة أو رئيسية. يمكنك العثور أدناه على ملف pdf يحتوي على جميع الأوامر الخاصة بوضع AT.

يعرض موقع الويب التالي الخطوات التي يتم الانتقال إليها في وضع AT لوحدة البلوتوث الخاصة بنا:

تستخدم وحدة البلوتوث 4 دبابيس من اردوينو ، 3.3 فولت مع مقسم جهد ، أرضي ، دبابيس TX و RX. يعني استخدام دبابيس TX و RX أن البيانات يتم نقلها بواسطة المنفذ التسلسلي للبطاقة.

لا تنس أن دبوس RX الخاص بوحدة البلوتوث متصل بدبوس TX في Arduino والعكس صحيح.

يجب أن ترى كلاً من مصابيح LED لوحدات البلوتوث يومض مرتين كل ثانيتين تقريبًا عند توصيلهما ببعضهما البعض.

يتم تحقيق كل من الإيصال ورمز الإرسال على نفس البطاقة وإرفاقهما هنا بعد ذلك.

الخطوة 4: استلام البيانات وتحويلها إلى Raspberry Pi

يتم تنفيذ هذا الجزء من المشروع بواسطة اردوينو ميجا.

تم توصيل هذه البطاقة بوحدة بلوتوث ، مهيأة لاستقبال البيانات و raspberry pi. إنه يسمى سيد.

في هذه الحالة ، تستخدم وحدة البلوتوث منفذًا تسلسليًا واحدًا ، ويتم نقل البيانات إلى raspberry pi باستخدام منفذ تسلسلي آخر. لهذا السبب نحتاج إلى بطاقة بها منفذين تسلسليين أو أكثر.

الرمز هو نفسه تقريبا كما كان من قبل.

الخطوة 5: تسجيل البيانات وميزة التنبيه

سيقوم raspberry pi بتسجيل البيانات كل 5 ثوانٍ (على سبيل المثال ، قد تختلف) في ملف.csv وحفظها داخل سعة بطاقة sd.

في الوقت نفسه ، يتحقق التوت مما إذا كان التركيز ليس مرتفعًا جدًا (قد يختلف أكثر من 10 جزء في المليون على سبيل المثال) ويرسل بريدًا إلكترونيًا للتنبيه إذا كان الأمر كذلك.

ولكن قبل أن يتمكن التوت من إرسال البريد الإلكتروني ، فإنه يحتاج إلى القليل من التكوين. لهذا الغرض ، انتقل إلى الملف "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" وقم بتغيير المعلمات بعد معلوماتك الشخصية. يمكنك العثور على مثال أدناه (code_raspberry_conf.py).

بقدر ما يتعلق الأمر بالكود الرئيسي (blu_arduino_print.py) ، فإنه يحتاج إلى استيراد بعض المكتبات مثل "التسلسلي" للعمل مع منفذ اتصال USB أو المكتبة "ssmtp" لإرسال البريد الإلكتروني.

في بعض الأحيان ، قد يكون هناك خطأ عند إرسال البيانات عن طريق البلوتوث. في الواقع ، يمكن للتوت قراءة سطر فقط عندما يكون هناك رقم منتهي بـ / n. ومع ذلك ، يمكن أن يتلقى التوت أحيانًا شيئًا آخر مثل "\ r / n" أو "\ n" فقط. لذلك ، لتجنب إيقاف تشغيل البرنامج ، استخدمنا الأمر Try - except.

بعد ذلك ، إنها مجرد مجموعة من شروط "إذا".

الخطوة 6: عمل الحالات

معدات مطلوبة، معدة مطلوبة:

- 1 صندوق توصيل 220 * 170 * 85 ملم

- 1 بوكس تقاطع 153 * 110 * 55 مم

- أرتالون أخضر 500 * 15 * 15 ملم

- كابلات كهربائية 1.5 متر

- 2 وحدة بلوتوث

- 1 توت بري

- 1 ميجا اردوينو

- 1 جينوينو

- بطارية 9 فولت

- 1 كابل توصيل Raspberry / Arduino

- عدد 2 مقاومات 2 كيلو اوم

- عدد 2 مقاومات 1 كيلو أوم

- ماكينة لحام

- اله للثقب

- لقم الثقب

- كماشة القطع

- رأى

بدأنا من صندوقي توصيل كهربائيين تم فيهما قطع. أولاً ، تحقيق عنصر المستشعر / الباعث: دعمان لإصلاح بطاقة Genuino حيث صنعت باللون الأخضر ERTALON. ثم كان من الضروري قطع الغطاء لوضع مستشعر الأمونيا وتثبيته. تم توصيل الكابلات من المستشعر إلى بطاقة Genuino. بعد ذلك ، وضعنا وحدة البلوتوث على الصندوق ، وقمنا بلحام الكابلات وربطها بالبطاقة. أخيرًا ، تم دمج مصدر الطاقة ببطارية 9 فولت وسلكياً. عندما تم الانتهاء من المستشعر ، تمكنا من بدء العمل على جهاز الاستقبال. لهذا ، وبنفس الطريقة كما في السابق ، بدأنا بعمل الدعامات للبطاقتين الإلكترونيتين (Raspberry و Arduino mega). ثم قطعنا فتحات الكابلات والمقابس من التوت. تم إصلاح وحدة البلوتوث بنفس الطريقة السابقة. بعد ذلك ، تم حفر الثقوب في الجزء العلوي من الصندوق للسماح بالتهوية للوحين الإلكترونيين ولتجنب أي خطر ارتفاع درجة الحرارة. لإنهاء هذه الخطوة ، تم توصيل جميع الكابلات ولا يحتاج المشروع إلا إلى التشغيل والاختبار.

الخطوة 7: التحسينات

من حيث التحسين ، يمكن استحضار عدة نقاط:

- اختيار جهاز استشعار أكثر كفاءة. في الواقع ، لا يكتشفون بسرعة ظهور الأمونيا في الهواء. أضف إلى ذلك أنه بمجرد تشبعها بالأمونيا ، فإنها تحتاج إلى وقت معين للتخلص منها.

- استخدم بطاقة اردوينو بها وحدة Bluetooth مباشرة كما هو محدد في قاعدة مشروعنا. لسوء الحظ ، لم يعد Genuino 101 متوفرًا في السوق الأوروبية.

- دمج شاشة عرض في المربع حيث يوجد المستشعر لمعرفة التركيز بشكل مستمر

- التأكد من الإنشاء التلقائي للرسم البياني من البيانات المخزنة في ملف csv.