Αισθητήρας ροής νερού χαμηλού κόστους και Οθόνη περιβάλλοντος: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Το νερό είναι πολύτιμος πόρος. Εκατομμύρια άνθρωποι δεν έχουν πρόσβαση σε καθαρό πόσιμο νερό και περίπου 4000 παιδιά πεθαίνουν από ασθένειες μολυσμένες με νερό καθημερινά. Ωστόσο, συνεχίζουμε να είμαστε σπάταλοι με τους πόρους μας. Ο πρωταρχικός στόχος αυτού του έργου είναι να παρακινήσει πιο βιώσιμη συμπεριφορά χρήσης νερού και να ευαισθητοποιήσει σχετικά με παγκόσμια ζητήματα νερού. Αυτό είναι ένα διδακτικό πώς να ανιχνεύσετε ακατάλληλα τη ροή νερού σε έναν σωλήνα και να οδηγήσετε μια οθόνη περιβάλλοντος. Χρησιμοποιώ έναν πιεζοηλεκτρικό μετατροπέα, μερικά LED και ένα arduino. Η συσκευή είναι ένα πρόχειρο πρωτότυπο του τι θα γίνει τελικά μια πειστική τεχνολογία που παρακινεί τη βιώσιμη συμπεριφορά και ευαισθητοποιεί σχετικά με τη χρήση του νερού. Πρόκειται για ένα έργο των Stacey Kuznetsov και Eric Paulos στο Living Environments Lab, στο Carnegie Mellon University Human Computer Interaction Institute. Παραγωγή: Stacey [email protected]://staceyk.orgEric [email protected]:// www. paulos.net/Living Environments Labhttps://www.living-environments.netΤο παρακάτω βίντεο απεικονίζει μια προηγούμενη έκδοση αυτού του έργου, όπου χρησιμοποιείται μικρόφωνο αντί για πιεζοστοιχείο για τον εντοπισμό ροής νερού. Θα επιτύχετε καλύτερες επιδόσεις όταν χρησιμοποιείτε πιεζοηλεκτρικό μετατροπέα, οπότε αυτό το διδακτικό περιγράφει λεπτομερώς την πιεζοπροσεγγιστική προσέγγιση. Ιδιαίτερες ευχαριστίες στους Briam Lim, Bryan Pendleton, Chris Harrison και Stuart Anderson για τη βοήθεια με τις ιδέες και το σχεδιασμό αυτού του έργου!

Βήμα 1: Συγκέντρωση υλικών

Θα χρειαστείτε:- Breadboard- Μικροελεγκτής (χρησιμοποίησα Arduino)- Mastic- Piezo Transducer (https://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062402)- Μερικά LED (χρησιμοποίησα 2 κίτρινα, 2 κόκκινα, 2 πράσινα)- Θήκη κεριού ή δοχείο παρόμοιου μεγέθους- Σύρμα- Αντίσταση 1 Mohm (ή άλλη μεγάλη τιμή)- Αντιστάσεις 4.7K (3)- Αντιστάσεις 1K (1)- Αντιστάσεις χαμηλής τιμής (για LED)- Καλώδια αποκοπής- Καλώδια βραχυκυκλωτήρων- Μαστίχα- ενισχυτής (LM613)

Βήμα 2: Δημιουργήστε το κύκλωμα

Το κύκλωμα αποτελείται από έναν ενισχυτή για να αυξήσει το σήμα από το πιεζό και ένα διαχωριστή τάσης για να σηκώσει την τάση βάσης. Υπάρχει μια αντίσταση υψηλής αξίας μεταξύ των δύο εισόδων που σχηματίζουν το πιεζό, το οποίο λειτουργεί ως αντίσταση ανατροπής για το σήμα.

Βήμα 3: Δοκιμάστε το κύκλωμα

Συνδέστε το πίεζο στο κύκλωμα και συνδέστε το arduino. Ο διαχωριστής τάσης θέτει την τάση βάσης στα 2,5V, οπότε οι ενδείξεις βάσης για το σήμα πρέπει να είναι περίπου 512 στον αναλογικό πείρο Arduino (στα μισά της διαδρομής μεταξύ 0 και 1023). Το δικό μου κυμαίνεται +/- 30 περίπου 520. Μπορεί να δείτε κάποια διακύμανση γύρω από αυτόν τον αριθμό.

Βήμα 4: Βαθμονομήστε τον αισθητήρα σας για τον εντοπισμό δονήσεων

Όταν η βρύση είναι ανοιχτή, οι δονήσεις του σωλήνα θα προκαλέσουν το πιεζό να δημιουργήσει ένα κυμαινόμενο ρεύμα. Δεδομένου ότι η ένδειξη βάσης μειώνεται περίπου 520, μπορείτε να υπολογίσετε ένα πλάτος γύρω από αυτόν τον αριθμό για να ανιχνεύσετε κραδασμούς. Το κατώφλι μου έχει οριστεί στα 130, αλλά μπορείτε να το αυξήσετε ή να το μειώσετε ανάλογα με τους τύπους δονήσεων που θέλετε να αισθανθείτε και την ευαισθησία του συγκεκριμένου πιεζοεπιπεδίου σας. Για να δοκιμάσετε το σήμα, χρησιμοποιήστε μαστίχα για να στερεώσετε το πιεζό σε μια επίπεδη επιφάνεια. Δοκιμάστε να χτυπήσετε ή να γρατσουνίσετε στην επιφάνεια σε διαφορετικές θέσεις και διαφορετικές εντάσεις δείτε τι είδους ενδείξεις λαμβάνετε στο Arduino. Για να μειώσετε τον θόρυβο, συνιστώ να υπολογίσετε έναν κινητό μέσο όρο της εισόδου. Αυτός είναι ένας ακατέργαστος τρόπος προσδιορισμού του πλάτους κύματος που αποφεύγει τα ψευδώς θετικά λόγω τυχαίου στατικού ρεύματος. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθούν πιο προηγμένες μέθοδοι όπως το FFT.// Sample Codeint sensor = 2; // Αναλογικό inint val = 0; // Τρέχουσα ανάγνωση για μέση αναλογική pinint. // Μέσος όρος λειτουργίας του πλάτους κύματος MIDPOINT = 520; // Base readvoid setup () {Serial.begin (9600); μέσος όρος = MIDPOINT; // ορίστε τον μέσο όρο στο μεσαίο σημείο} κενό βρόχο () {val = analogRead (αισθητήρας); // Υπολογισμός ενισχυτή κύματος if (val> MIDPOINT) {val = val - MIDPOINT; } else {val = MIDPOINT - val; } // υπολογίστε τον μέσο όρο λειτουργίας από το amplitute avg = (avg * 0,5) + (val * 0,5); αν (μέσος όρος> 130) {// ανιχνεύθηκε δόνηση! Serial.println ("TAP"); καθυστέρηση (100)? // καθυστέρηση για να διασφαλιστεί ότι η σειριακή θύρα δεν είναι υπερφορτωμένη}}

Βήμα 5: Δημιουργήστε μια Οθόνη περιβάλλοντος

Εάν ο αισθητήρας σας λειτουργεί σωστά, μπορείτε να προσθέσετε μια οθόνη περιβάλλοντος για να εμφανίσετε τις πληροφορίες. Τα LED μου συνδυάζονται έτσι ώστε κάθε χρώμα να φωτίζεται από δύο LED. Για να το κάνετε αυτό, συνδέστε το καλώδιο «in» (σύντομο) κάθε χρώματος μαζί και χρησιμοποιήστε αντίσταση χαμηλής τιμής πριν συνδεθείτε στο Arduino. Συνδέστε το καλώδιο γείωσης (μακρύτερο) όλων των LED και συνδέστε το με το Arduino. Μόλις συνδεθούν τα LED, χρησιμοποιήστε τη θήκη κεριών για να στεγάσετε την οθόνη. Δεδομένου ότι η θήκη κεριών είναι κατασκευασμένη από αλουμίνιο, μπορεί να θέλετε να βάλετε ένα μονωτικό, όπως ένα κομμάτι πλαστικό, στο κάτω μέρος του δοχείου πριν τοποθετήσετε τα LED για να αποτρέψετε το βραχυκύκλωμα του κυκλώματος.

Βήμα 6: Χρησιμοποιήστε δεδομένα αισθητήρα για να οδηγήσετε την οθόνη

Μου χρειάζονται περίπου 10 δευτερόλεπτα για να πλύνω τα χέρια μου. Έτσι, έχω προγραμματίσει την οθόνη να δείχνει πράσινο φως για τα πρώτα 10 δευτερόλεπτα μετά την ενεργοποίηση της βρύσης. Μετά από 10 δευτερόλεπτα, ανάβει η κίτρινη λυχνία LED. Η οθόνη γίνεται κόκκινη αν το νερό παραμείνει ανοικτό μετά από 20 δευτερόλεπτα και αρχίζει να αναβοσβήνει το κόκκινο φως εάν η βρύση παραμένει ανοιχτή για 25 δευτερόλεπτα ή περισσότερο. Χρησιμοποιήστε τη φαντασία σας για να δημιουργήσετε εναλλακτικές οθόνες!

Βήμα 7: Τοποθετήστε τον αισθητήρα και εμφανίστε τον πάνω σε σωλήνα νερού

Χρησιμοποιήστε μαστίχα ή πηλό για να συνδέσετε το πιεζό στη βρύση και ένα άλλο στρώμα μαστίχας για να ασφαλίσετε την οθόνη στην κορυφή. Mayσως χρειαστεί να προσαρμόσετε το πλάτος κατωφλίου ή το 'MIDPOINT' από το βήμα 4. Το σήμα μπορεί επίσης να επηρεαστεί ελαφρώς από τη θερμοκρασία του σωλήνα.

Βήμα 8: Μελλοντικές προτάσεις

Μπορείτε να επιλέξετε να αφαιρέσετε το Arduino από μια μπαταρία. Ένα επερχόμενο σεμινάριο θα σας δείξει πώς να εκτελέσετε αυτήν την οθόνη αντλώντας ενέργεια απευθείας από το ίδιο το τρεχούμενο νερό ή αξιοποιώντας τη φωτεινή ενέργεια περιβάλλοντος!