Come creare un kit di rilevamento dell'ammoniaca: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

In questo tutorial ti mostreremo come utilizzare i sensori di ammoniaca, arduino e lampone per misurare la concentrazione di ammoniaca e fornire avvisi se c'è una perdita o una concentrazione troppo alta nell'aria!

Questo progetto è il nostro progetto scolastico, infatti il laboratorio chimico della nostra scuola voleva un sistema per rilevare se la concentrazione di ammoniaca nell'aria fosse troppo alta. Nel laboratorio ci sono cappe da laboratorio chimico e gli studenti devono accendere quelle cappe per aspirare i vapori chimici. Ma se dimenticano di accendere il cofano, i vapori tossici possono diffondersi all'interno del laboratorio. Questo sistema consentirà all'insegnante responsabile di ricevere un avviso se l'ammoniaca (che è un gas tossico) viene rilevata al di fuori di tali cappe.

Passaggio 1: materiali

Per questo progetto avrai bisogno di:

- 2x sensore di ammoniaca MQ-137 (o quanto vuoi)

- 1x Arduino Uno (ha una porta seriale)

- 1x Genuino Mega 2560 (o altre schede con 2 o più porte seriali)

- 2x moduli Bluetooth HC-05

- 1x Raspberry Pi modello 3B

- 1x batteria 9V

- Fili, cavi e resistori

Passaggio 2: ottenere dati dai sensori

I sensori sono collegati a un Arduino Uno.

Per realizzare questa applicazione, questo sensore deve essere alimentato. Per fare ciò vengono utilizzati i 5V e la massa della scheda arduino. Inoltre l'ingresso analogico A0 permette di recuperare il valore di resistenza dato dal sensore. Inoltre, l'Arduino è alimentato

Sfortunatamente, quei sensori non forniscono un'uscita lineare proporzionale alla concentrazione di ammoniaca. Tali sensori sono costituiti da una cella elettrochimica, che varia la resistenza relativa alla concentrazione. La resistenza aumenta con la concentrazione.

Il vero problema con questi è che sono fatti per misurare diversi tipi di gas e la cella elettrochimica reagisce in modo strano. Ad esempio, per lo stesso campione di ammoniaca liquida, entrambi i sensori forniscono un output diverso. Sono anche abbastanza lenti.

In entrambi i casi, la resistenza fornita dal sensore viene convertita in 0-5V e quindi in "ppm" (= parti per milione, è un'unità rilevante per misurare la concentrazione di gas) dall'arduino, utilizzando una curva di tendenza e la sua equazione è fornita in la documentazione di questi sensori.

Passaggio 3: invio di dati tramite Bluetooth

Per poter posizionare i sensori in vari punti del laboratorio, sono collegati direttamente ad una scheda Arduino alimentata da una batteria da 9V. E per comunicare i risultati dell'ammoniaca nell'aria alla scheda Rapsberry, vengono utilizzati moduli bluetooth. La prima scheda collegata direttamente alla scheda sensori è detta slave.

Per utilizzare i moduli bluetooth, è necessario prima configurarli. A tal fine, collegare il pin EN del modulo al 5V (dovresti vedere il led lampeggiare ogni 2 sec) e premere il pulsante sul modulo. Telecodifica un codice vuoto nell'arduino e collega il pin RX del modulo al pin TX dell'arduino e viceversa. Dopodiché, vai nel monitor seriale, scegli il Baud rate giusto (per noi era 38400 Br) e scrivi AT.

Se il monitor seriale mostra "Ok", allora sei entrato in modalità AT. Ora puoi impostare il modulo come slave o master. Di seguito puoi trovare un pdf con tutti i comandi per la modalità AT.

Il seguente sito Web mostra i passaggi da seguire in modalità AT per il nostro modulo bluetooth:

Il modulo bluetooth utilizza 4 pin dell'arduino, 3.3V con un partitore di tensione, terra, i pin TX e RX. L'utilizzo dei pin TX e RX significa che i dati vengono trasferiti dalla porta seriale della scheda.

Non dimenticare che il pin RX del modulo bluetooth è collegato al pin TX di Arduino e viceversa.

Dovresti vedere entrambi i led dei moduli bluetooth lampeggiare 2 volte circa ogni 2 secondi quando sono collegati tra loro.

Sia la ricevuta che il codice di invio sono realizzati sulla stessa card e allegati qui di seguito.

Passaggio 4: ricezione dei dati e trasferimento al Raspberry Pi

Questa parte del progetto è realizzata da arduino mega.

Questa scheda è collegata a un modulo bluetooth, configurato per ricevere i dati, e al Raspberry Pi. Si chiama Maestro.

In questo caso, il modulo bluetooth utilizza una porta seriale e i dati vengono trasferiti al raspberry pi utilizzando un'altra porta seriale. Ecco perché abbiamo bisogno di una scheda con 2 o più porte seriali.

Il codice è quasi lo stesso di prima.

Passaggio 5: registrazione dei dati e funzionalità di avviso

Il raspberry pi registrerà i dati ogni 5 secondi (ad esempio, può variare) in un file.csv e lo salverà all'interno della capacità della scheda sd.

Allo stesso tempo, il lampone controlla se la concentrazione non è troppo alta (oltre 10 ppm ad esempio, può variare) e invia un'e-mail di avviso se è il caso.

Ma prima che il lampone possa inviare l'e-mail, ha bisogno di una piccola configurazione. A tal fine, vai nel file "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" e modifica i parametri seguendo le tue informazioni personali. Puoi trovare un esempio di seguito (code_raspberry_conf.py).

Per quanto riguarda il codice principale (blu_arduino_print.py), è necessario importare alcune librerie come "serial" per funzionare con la porta di comunicazione USB o la libreria "ssmtp" per inviare l'e-mail.

A volte, può verificarsi un errore durante l'invio dei dati tramite Bluetooth. Infatti, il lampone può leggere solo una riga quando c'è un numero terminato con \n. Tuttavia, il lampone a volte può ricevere qualcos'altro come "\r\n" o semplicemente "\n". Quindi, per evitare l'arresto del programma, abbiamo utilizzato il comando Try - Except.

Dopo, sono solo un mucchio di condizioni "se".

Passaggio 6: creazione di casi

Attrezzatura richiesta:

- 1 scatola di giunzione da 220*170*85 mm

- 1 scatola di giunzione da 153*110*55 mm

- Ertalon verde 500*15*15 mm

- 1,5 metri di cavi elettrici

- 2 moduli bluetooth

- 1 lampone

- 1 Arduino Mega

- 1 Genuino

- Batteria 9v

- 1 cavo di collegamento Raspberry/Arduino

- 2 resistori da 2K ohm

- 2 resistori da 1K ohm

- Saldatrice

- Trapano

- Punte di perforazione

- Pinze da taglio

- Sega

Siamo partiti da due scatole di derivazione elettrica in cui sono stati fatti dei tagli. Innanzitutto la realizzazione dell'elemento sensore/emettitore: due supporti per il fissaggio della scheda Genuino dove realizzati in ERTALON verde. Quindi, è stato necessario tagliare il coperchio per inserire il sensore di ammoniaca e fissarlo. I cavi sono stati collegati dal sensore alla scheda Genuino. Dopodiché abbiamo messo il modulo bluetooth sulla scatola, abbiamo saldato i cavi e li abbiamo collegati alla scheda. Infine, l'alimentatore con batteria da 9V è stato integrato e cablato. Quando il sensore è stato terminato, siamo stati in grado di iniziare a lavorare sul ricevitore. Per questo, allo stesso modo di prima, abbiamo iniziato realizzando i supporti per le due schede elettroniche (il Raspberry e l'Arduino mega). Quindi abbiamo ritagliato gli slot per cavi e spine dal Raspberry. Il modulo bluetooth è stato riparato allo stesso modo di prima. Successivamente sono stati praticati dei fori sulla parte superiore della scatola per consentire l'areazione delle due schede elettroniche ed evitare ogni rischio di surriscaldamento. Per completare questo passaggio, tutti i cavi sono stati collegati e il progetto deve solo essere alimentato e testato.

Passaggio 7: miglioramenti

In termini di miglioramento, possono essere evocati diversi punti:

- La scelta del sensore più performante. Infatti, non rilevano rapidamente la comparsa di ammoniaca nell'aria. Aggiungete a questo che una volta saturati di ammoniaca, hanno bisogno di un certo tempo per liberarsene.

- Utilizzato una scheda arduino direttamente dotata di modulo Bluetooth come specificato alla base del nostro progetto. Purtroppo Genuino 101 non è più disponibile sul mercato europeo.

- Integrare un display nel box dove si trova il sensore per conoscere la concentrazione in modo continuo

- Assicurare la costruzione automatica di un grafico dai dati memorizzati nel file csv.