Sensor de fluxo de água de baixo custo e tela ambiente: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

A água é um recurso precioso. Milhões de pessoas não têm acesso a água potável e cerca de 4.000 crianças morrem de doenças contaminadas por água todos os dias. No entanto, continuamos a desperdiçar nossos recursos. O objetivo geral deste projeto é motivar um comportamento mais sustentável no uso da água e aumentar a conscientização sobre as questões globais da água. Este é um instrutivo sobre como detectar de forma crua o fluxo de água em um tubo e conduzir uma exibição do ambiente. Estou usando um transdutor piezoelétrico, alguns LEDs e um arduino. O dispositivo é um protótipo bruto do que eventualmente se tornará uma tecnologia persuasiva que motiva o comportamento sustentável e aumenta a conscientização sobre o uso da água. Este é um projeto de Stacey Kuznetsov e Eric Paulos no Living Environments Lab, no Carnegie Mellon University Human Computer Interaction Institute. Produzido por Stacey [email protected]://staceyk.orgEric [email protected]:// www. paulos.net/Living Environments Labhttps://www.living-environments.netO vídeo abaixo ilustra uma versão anterior deste projeto, onde um microfone é usado em vez de um elemento piezo para detectar o fluxo de água. Você obterá um melhor desempenho ao usar um transdutor piezoelétrico, portanto, este manual detalha a abordagem piezoelétrica. Agradecimentos especiais a Briam Lim, Bryan Pendleton, Chris Harrison e Stuart Anderson pela ajuda com as ideias e design deste projeto!

Etapa 1: Reúna os materiais

Você precisará de: - Breadboard- Microcontrolador (usei um Arduino) - Mastic- Piezo Transducer (https://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062402)- Alguns LEDs (usei 2 amarelos, 2 vermelhos, 2 verdes) - Suporte de vela ou recipiente de tamanho semelhante - Fio- 1 Mohm (ou outro valor grande) resistor - Resistores 4,7K (3) - Resistores 1K (1) - Resistores de baixo valor (para os LEDs) - Fios de grampeamento - Fios de jumper - Amplificador operacional (LM613)

Etapa 2: construir o circuito

O circuito consiste em um amplificador para aumentar o sinal do piezo e um divisor de tensão para elevar a tensão de base. Há um resistor de alto valor entre as duas entradas do piezo, que atua como um resistor pull-down para o sinal.

Etapa 3: Teste o circuito

Anexe o piezo ao circuito e conecte o arduino. O divisor de tensão define a tensão de base em 2,5 V, portanto, as leituras de base para o sinal devem ser em torno de 512 no pino analógico do Arduino (meio caminho entre 0 e 1023). A minha flutua +/- 30 em torno de 520. Você pode ver alguma flutuação em torno deste número.

Etapa 4: calibre o sensor para detectar vibrações

Quando a torneira é aberta, as vibrações do tubo farão com que o piezo gere uma corrente flutuante. Como a leitura da base diminui em torno de 520, você pode calcular uma amplitude em torno desse número para detectar vibrações. Meu limite é definido em 130, mas você pode aumentá-lo ou diminuí-lo dependendo dos tipos de vibração que deseja sentir e da sensibilidade de sua peça piezoelétrica específica. Para testar o sinal, use mástique para prender o piezoelétrico a uma superfície plana. Tente tocar ou arranhar a superfície em locais diferentes e intensidades diferentes para ver que tipo de leituras você obtém no Arduino. Para reduzir o ruído, recomendo calcular uma média móvel da entrada. Esta é uma forma rudimentar de determinar a amplitude da onda que evita falsos positivos devido à corrente estática aleatória. Métodos mais avançados, como FFT, também podem ser usados.// Sample Codeint sensor = 2; // Inint analógico val = 0; // Leitura atual para analógico pinint avg; // Média de movimento da amplitude da ondaint MIDPOINT = 520; // Configuração de leitura de base para evitar () {Serial.begin (9600); avg = MIDPOINT; // define a média no ponto médio} void loop () {val = analogRead (sensor); // Computa o amplitue da onda if (val> MIDPOINT) {val = val - MIDPOINT; } else {val = MIDPOINT - val; } // calcula a média de execução do amplituto média = (média * 0,5) + (val * 0,5); if (média> 130) {// vibração detectada! Serial.println ("TAP"); atraso (100); // atrasar para garantir que a porta serial não esteja sobrecarregada}}

Etapa 5: criar uma tela de ambiente

Se o seu sensor estiver funcionando corretamente, você pode adicionar um display ambiente para mostrar as informações. Meus LEDs são pareados de forma que cada cor seja iluminada por dois LEDs. Para fazer isso, conecte o terminal 'in' (curto) de cada cor e use um resistor de baixo valor antes de conectar ao Arduino. Conecte o fio terra (mais longo) de todos os LEDs e conecte-os ao aterramento no Arduino. Depois que os LEDs estiverem conectados, use o castiçal para abrigar o display. Como o castiçal é feito de alumínio, você pode colocar um isolante, como um pedaço de plástico, no fundo do recipiente antes de inserir os LEDs para evitar que o circuito entre em curto.

Etapa 6: Use os dados do sensor para direcionar a tela

Demoro cerca de 10 segundos para lavar as mãos. Portanto, programei o display para mostrar uma luz verde durante os primeiros 10 segundos após a torneira ser aberta. Após 10 segundos, os LEDs amarelos acendem. O display fica vermelho se a água permanecer ligada depois de 20 segundos e começa a piscar a luz vermelha se a torneira continuar aberta por 25 segundos ou mais. Use sua imaginação para criar displays alternativos!

Etapa 7: monte o sensor e o visor em um tubo de água

Use mástique ou argila para prender o piezo à torneira e outra camada de mástique para proteger a tela. Você pode ter que reajustar a amplitude do limiar ou 'MIDPOINT' da etapa 4. O sinal também pode ser ligeiramente afetado pela temperatura do tubo.

Etapa 8: Sugestões Futuras

Você pode optar por conduzir o Arduino sem bateria. Um próximo tutorial mostrará como executar este monitor extraindo energia diretamente da própria água corrente ou aproveitando a energia da luz ambiente ao redor!