Ein Ammoniak-Erkennungs-Kit herstellen: 8 Schritte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

In diesem Tutorial zeigen wir Ihnen, wie Sie Ammoniaksensoren, Arduino und Himbeere verwenden, um die Ammoniakkonzentration zu messen und Warnungen auszugeben, wenn ein Leck oder eine zu hohe Konzentration in der Luft vorliegt!

Dieses Projekt ist unser Schulprojekt, tatsächlich wollte das Chemielabor unserer Schule ein System, um festzustellen, ob die Konzentration von Ammoniak in der Luft zu hoch ist. Im Labor gibt es chemische Laborhauben, und die Schüler müssen diese Hauben einschalten, um die chemischen Dämpfe abzusaugen. Aber wenn sie vergessen, die Haube einzuschalten, können sich giftige Dämpfe im Labor ausbreiten. Dieses System ermöglicht es dem verantwortlichen Lehrer, eine Warnung zu erhalten, wenn Ammoniak (ein giftiges Gas) außerhalb dieser Hauben wahrgenommen wird.

Schritt 1: Materialien

Für dieses Projekt benötigen Sie:

- 2x Ammoniaksensor MQ-137 (oder so viel Sie wollen)

- 1x Arduino Uno (es hat eine serielle Schnittstelle)

- 1x Genuino Mega 2560 (oder andere Boards mit 2 oder mehr seriellen Ports)

- 2x HC-05 Bluetooth-Module

- 1x Raspberry Pi Modell 3B

- 1x Batterie 9V

- Drähte, Kabel und Widerstände

Schritt 2: Abrufen von Daten von den Sensoren

Sensoren sind mit einem Arduino Uno verdrahtet.

Um diese Anwendung zu realisieren, muss dieser Sensor mit Strom versorgt werden. Dazu werden die 5V und die Masse der Arduino-Karte verwendet. Außerdem ermöglicht der Analogeingang A0, den vom Sensor gelieferten Widerstandswert zurückzugewinnen. Außerdem wird der Arduino mit Strom versorgt

Leider liefern diese Sensoren kein lineares Ausgangssignal proportional zur Ammoniakkonzentration. Diese Sensoren bestehen aus einer elektrochemischen Zelle, die den Widerstand in Abhängigkeit von der Konzentration ändert. Der Widerstand steigt mit der Konzentration.

Das eigentliche Problem dabei ist, dass sie für die Messung verschiedener Gasarten hergestellt werden und die elektrochemische Zelle seltsam reagiert. Zum Beispiel liefern beide Sensoren für dieselbe Probe von flüssigem Ammoniak unterschiedliche Ausgaben. Sie sind auch ziemlich langsam.

In jedem Fall wird der vom Sensor bereitgestellte Widerstand in 0-5 V und dann in "ppm" (= Teile pro Million, es ist eine relevante Einheit zur Messung der Gaskonzentration) vom Arduino umgewandelt, wobei eine Trendkurve verwendet wird und seine Gleichung in. bereitgestellt wird die Dokumentation dieser Sensoren.

Schritt 3: Senden von Daten über Bluetooth

Um die Sensoren an verschiedenen Stellen im Labor zu platzieren, werden sie direkt mit einem Arduino-Board verbunden, das mit einer 9V-Batterie versorgt wird. Und um die Ergebnisse von Ammoniak in der Luft an die Rapsberry-Karte zu übermitteln, werden Bluetooth-Module verwendet. Die erste direkt an das Sensorboard angeschlossene Karte wird als Slave bezeichnet.

Um die Bluetooth-Module verwenden zu können, müssen diese zunächst konfiguriert werden. Verbinden Sie dazu den EN-Pin des Moduls mit 5V (die LED sollte alle 2 Sek. blinken) und drücken Sie die Taste am Modul. Telekodieren Sie einen leeren Code im Arduino und verbinden Sie den RX-Pin des Moduls mit dem TX-Pin des Arduino und umgekehrt. Danach gehen Sie in den seriellen Monitor, wählen die richtige Baudrate (bei uns waren es 38400 Br) und schreiben AT.

Wenn der serielle Monitor "Ok" anzeigt, haben Sie den AT-Modus aufgerufen. Sie können das Modul nun als Slave oder Master einstellen. Unten finden Sie ein PDF mit allen Befehlen für den AT-Modus.

Die folgende Website zeigt die Schritte im AT-Modus für unser Bluetooth-Modul:

Das Bluetooth-Modul verwendet 4 Pins des Arduino, 3,3 V mit einem Spannungsteiler, Masse, den TX- und RX-Pins. Die Verwendung der TX- und RX-Pins bedeutet, dass die Daten über den seriellen Port der Karte übertragen werden.

Vergessen Sie nicht, dass der Pin RX des Bluetooth-Moduls mit dem TX-Pin des Arduino verbunden ist und umgekehrt.

Sie sollten sehen, dass beide LEDs der Bluetooth-Module etwa alle 2 Sekunden zweimal blinken, wenn sie miteinander verbunden sind.

Sowohl die Quittung als auch der Sendecode werden auf derselben Karte realisiert und hiernach angehängt.

Schritt 4: Daten empfangen und auf den Raspberry Pi übertragen

Dieser Teil des Projekts wird von arduino mega durchgeführt.

Diese Karte ist mit einem Bluetooth-Modul verbunden, das für den Empfang der Daten und dem Himbeer-Pi konfiguriert ist. Es heißt Meister.

In diesem Fall verwendet das Bluetooth-Modul einen seriellen Port und die Daten werden über einen anderen seriellen Port an den Raspberry Pi übertragen. Aus diesem Grund benötigen wir eine Karte mit 2 oder mehr seriellen Ports.

Der Code ist fast der gleiche wie zuvor.

Schritt 5: Protokollierungsdaten und Warnfunktion

Der Raspberry Pi protokolliert die Daten alle 5 Sekunden (kann zum Beispiel variieren) in einer.csv-Datei und speichert sie in der Kapazität der SD-Karte.

Gleichzeitig prüft die Himbeere, ob die Konzentration nicht zu hoch ist (über 10ppm kann z. B. variieren) und sendet in diesem Fall eine Warn-E-Mail.

Aber bevor die Himbeere die E-Mail versenden kann, muss sie ein wenig konfiguriert werden. Gehen Sie dazu in die Datei "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" und ändern Sie die Parameter nach Ihren persönlichen Angaben. Ein Beispiel finden Sie unten (code_raspberry_conf.py).

Was den Hauptcode (blu_arduino_print.py) betrifft, muss er einige Bibliotheken wie "serial" importieren, um mit dem USB-Kommunikationsport zu arbeiten, oder die Bibliothek "ssmtp", um die E-Mail zu senden.

Manchmal kann es beim Senden der Daten per Bluetooth zu einem Fehler kommen. Tatsächlich kann die Himbeere nur dann eine Zeile lesen, wenn eine Zahl mit \n abgeschlossen ist. Die Himbeere kann jedoch manchmal etwas anderes wie "\r\n" oder nur "\n" erhalten. Um ein Herunterfahren des Programms zu vermeiden, haben wir den Befehl Try - Except verwendet.

Danach sind es nur noch eine Reihe von "Wenn"-Bedingungen.

Schritt 6: Fälle herstellen

Benötigte Ausrüstung:

- 1 Anschlussdose 220*170*85 mm

- 1 Anschlussdose 153*110*55 mm

- Grüner Ertalon 500*15*15 mm

- 1,5 Meter Stromkabel

- 2 Bluetooth-Module

- 1 Himbeere

- 1 Arduino Mega

- 1 echtes

- 9V Batterie

- 1 Raspberry / Arduino Verbindungskabel

- 2 Widerstände von 2K Ohm

- 2 Widerstände von 1K Ohm

- Lötmaschine

- Bohrmaschine

- Bohrer

- Schneidezange

- Sah

Wir gingen von zwei elektrischen Anschlussdosen aus, in denen Schnitte vorgenommen wurden. Zuerst die Realisierung des Sensor-/Emitter-Elements: zwei Halterungen zur Befestigung der Genuino-Karte wurden in grünem ERTALON hergestellt. Dann war es notwendig, den Deckel zu schneiden, um den Ammoniaksensor zu platzieren und zu befestigen. Die Kabel wurden vom Sensor an die Genuino-Karte angeschlossen. Danach haben wir das Bluetooth-Modul auf die Box gesteckt, die Kabel verlötet und mit der Karte verbunden. Schließlich wurde die Stromversorgung mit einer 9V-Batterie integriert und verkabelt. Als der Sensor fertig war, konnten wir mit der Arbeit am Empfänger beginnen. Zu diesem Zweck haben wir wie zuvor mit der Herstellung der Halterungen für die beiden elektronischen Karten (der Raspberry und der Arduino Mega) begonnen. Dann schneiden wir die Schlitze für Kabel und Stecker aus dem Raspberry aus. Das Bluetooth-Modul wurde wie zuvor repariert. Dann wurden die Löcher auf der Oberseite der Box gebohrt, um die Belüftung der beiden Elektronikplatinen zu ermöglichen und eine Überhitzungsgefahr zu vermeiden. Um diesen Schritt abzuschließen, wurden alle Kabel angeschlossen und das Projekt muss nur noch mit Strom versorgt und getestet werden.

Schritt 7: Verbesserungen

In Bezug auf die Verbesserung können mehrere Punkte genannt werden:

- Die Wahl des leistungsfähigeren Sensors. Tatsächlich erkennen sie das Auftreten von Ammoniak in der Luft nicht schnell. Hinzu kommt, dass sie, wenn sie einmal mit Ammoniak gesättigt sind, eine gewisse Zeit brauchen, um es loszuwerden.

- Verwendete eine Arduino-Karte direkt mit einem Bluetooth-Modul, wie in der Basis unseres Projekts angegeben. Leider ist Genuino 101 auf dem europäischen Markt nicht mehr erhältlich.

- Integrieren Sie ein Display in die Box, in der sich der Sensor befindet, um die Konzentration kontinuierlich zu kennen

- Stellen Sie die automatische Erstellung eines Diagramms aus den in der CSV-Datei gespeicherten Daten sicher.