Датчики артериальное давление ардуино

Вступление

В сети много гуляет разных кошмаров про безжалостную черную плесень, которая убивает людей, а плесень любит влажные помещения. Бороться с плесенью тяжело, но самое первое, за чем нужно следить – это влажность воздуха. Еще о влажности стоит вспомнить с наступлением зимы, так как нагревая холодный воздух мы тем самым понижаем его влажность, а слишком сухой воздух негативно сказывается на слизистых оболочках, резко снижая иммунитет.

Рассуждая таким образом я пришел к выводу, что не плохо было бы соорудить на базе Ардуины такой себе показометр влажности. Пользуясь случаем и дешевизной цифровых датчиков, грех было не добавить еще и функцию барометра, термометра и, что немаловажно, функцию измерения количества углекислого газа в воздухе (в старых многоэтажках зачастую плохая вентиляция в квартирах, а сами квартиры на зиму плотно герметизируются).

В интернетах так же была найдена такая табличка допустимых концентраций СО2 в воздухе:

Итак, нам понадобится:

Итого: 71.48$ (промышленные приборы с похожим набором датчиков стоят от 300$)

Электронный барометр

Такие громоздкие барометры мы не сможем использовать в робототехнике. Нам нужен миниатюрный и энергоэффективный прибор, который легко подключается к той же Ардуино Уно. Большинство современных барометров делают по технологии МЭМС, так же как и гиротахометры с акселерометрами.

Если открыть корпус МЭМС барометра, можно увидеть чувствительный элемент (справа), который находится прямо под отверстием в защитном корпусе прибора, и плату управления (слева), которая осуществляет первичную фильтрацию и преобразование измерений.

Датчики BMP085 и BMP180

К самым доступным датчикам давления, которые часто используются полетных контроллерах и в разного рода самодельных электронных устройствах, можно отнести датчики компании BOSH: BMP085 и BMP180. Второй барометр более новый, но полностью совместимый со старой версией.

Немного важны характеристик BMP180:

  • диапазон измеряемых значений: от 300 гПа до 1100 гПа (от -500м от 9000м над уровнем моря);
  • напряжение питания: от 3.3 до 5 Вольт;
    сила тока: 5 мкА при скорости опроса — 1 Герц;
  • уровень шума: 0.06 гПа (0.5м) в грубом режиме (ultra low power mode) и 0.02 гПа (0.17м) а режиме максимального разрешения (advanced resolution mode).

Теперь подключим этот датчик к контроллеру, и попробуем оценить атмосферное давление.

Подключение BMP180

Оба датчика имеют I2C интерфейс, так что их без проблем можно подключить к любой платформе из семейства Ардуино. Вот как выглядит таблица подключения к Ардуино Уно.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Программа

Для работы с датчиком нам понадобится библиотека: BMP180_Breakout_Arduino_Library

Скачиваем её из репозитория, и устанавливаем в Arduino IDE. Теперь все готово для написания первой программы. Попробуем получить сырые данные из датчика, и вывести их в монитор COM порта.

Процедура получения заветного давления из датчика не такая тривиальная, и состоит из нескольких этапов. В упрощенном виде алгоритм выглядит так:

  1. запрашиваем у барометра показания встроенного датчика температуры;
  2. ждем время A, пока датчик оценивает температуру;
  3. получаем температуру;
  4. запрашиваем у барометра давление;
  5. ждем время B, пока датчик оценивает давление;
  6. получаем значение давления;
  7. возвращаем значение давления из функции.

Время B зависит от точности измерений, которая задается в функции startPressure. Единственный аргумент этой функции может принимать значения от 0 до 3, где 0 — самая грубая и самая быстрая оценка, 3 — самая точная оценка давления.

Загружаем программу на Ардуино Уно, и наблюдаем поток измерений атмосферного давления. Попробуем поднять датчик над головой, и опустить до уровня пола. Показания будут немного меняться. Осталось только разобраться, как нам преобразовать эти непонятные числа в высоту над уровнем моря.

Преобразование давления в высоту над уровнем моря

Датчик BMP180 возвращает величину давления в гектопаскалях (гПа). Именно в этих единицах принято измерять атмосферное давление. 1 гПа = 100 Паскалей. Известно, что на уровне моря давление в среднем составляет 1013 гПа, и каждый дополнительный метр над уровнем моря будет уменьшать это давление всего на 0.11 гПа (примерно).

Таким образом, если мы вычтем из результата функции getPressure число 1013, и разделим оставшуюся разность на 0.11, то мы получим значение высоты над уровнем моря в метрах. Вот так изменится наша программа:

В действительности, давление зависит от высоты над уровнем моря нелинейно, и наша формула годится лишь для высот на которых мы с вами обычно живем. Благо, человечеству известная более точная зависимость давления от высоты, которую мы можем применить для получения более точных результатов.

Здесь p — измеренное в данной точке давление, p0 — давление относительно которого идет отсчет высоты.

В библиотеке SFE_BMP180 уже есть функция, которая использует указанную. формулу для получения точной высоты. Используем её в нашей программе.

Я не стал полностью копировать функцию getPressure, чтобы сохранить читабельность текста.

В программе появилась еще одна переменная P0 — это давление, которое мы измерим на старте программы. В случае летательного аппарата, P0 будет давлением на взлетной площадке, относительно которой мы начнем набор высоты.

Визуализация

Теперь попробуем отобразить показания давления в программе SFMonitor, и посмотрим как меняется давление при движении датчика на высоту 2 метра.

В результате работы программы получим график давления в Паскалях:

Stm32. медицинское применение. тонометр.

Одним из интересных профилей применения современного МК, безусловно, является медицина. И спектр приборов здезь достаточно широк — начиная от простых градусников, где можно применить простой STM8L с ЖК экраном, заканчивая навороченными кардио-мониторами, измерителями ЭКГ, холтерами с возможностями дистанционного сбора и отправки информации по эйзернет или беспроводно с коек пациентов прямо в кабинет глав-врачу. С такими задачами вполне может справиться МК STM32. Тем более, эта серия сейчас пополнилась еще и новым F4 :).

Сегодня «золотым стандартом» измерения артериального давления принято считать метод «тонов Н. С. Короткова», признанный Всемирной Организацией Здравоохранения. Однако не следует забывать, что это косвенный метод измерения кровяного давления. Безусловно, измерение АД происходит с некоторой погрешностью, определяемой упругостью стенок артерии и мягких тканей, амплитудой и формой пульсовой волны и другими факторами, индивидуальными для каждого человека.

Если отказаться от округлений и точно использовать цену деления манометра, то мы увидим разницу между соседними измерениями и при пользовании механическим прибором. Считывание показаний манометра на слух также выполняется с некоторой ошибкой, зависящей от индивидуальных особенностей человека — быстроты реакции, наличия навыков и т. д.

В итоге погрешность ручных тонометров складывается из трёх составляющих: самого метода, точности манометра и ошибки определения момента считывания показаний. Реально её величина может составлять до 15 мм рт. ст.! На результаты измерений влияет также скорость нагнетания воздуха в манжету, скорость стравливания и величина давления, создаваемого в манжете.

Если прибавить ещё и естественные колебания артериального давления, то разница между двумя соседними измерениями может быть ещё большей. Электронный тонометр, в принципе, должен был быть лишен всех этих недостатков, т.к. измерение тонов происходит с помощью самой-же манжеты, а обработка осуществляется с помощью ряда запатентованных алгоритмов и методик.

Однако, практика показывает, что в ряде случаев электронный тонометр дает устойчивое расхождение с показаниями ручного тонометра. Как следствие — на сегодняшний день у людей сложилось стойкое мнение — «электронные тонометры врут — лучше врача со ртутным измерителем давления никто не измерит!

» Опыты показали, что большая погрешность измерения вызвана исключительно неумением рядового обывателя пользоваться данным прибором, а именно, правильно одевать манжету. Правильно одетая манжета — залог получения хорошей огибающей тонов Короткова и успешного нахождения характерных точек на огибающей.

Ардуино: датчик давления bmp180 (bmp085)

Барометр — это устройство, которое измеряет атмосферное давление. То есть давление воздуха, который давит на нас со всех сторон. Еще со школы мы знаем, что первый барометр представлял собой тарелку с ртутью, и перевернутой пробиркой в ней. Автором этого устройства был Эванджели́ста Торриче́лли — итальянский физик и математик.

Позже, появился более безопасный прибор — барометр-анероид. В этом барометре ртуть была заменена на гофрированную коробку из тонкой жести, в которой создано разрежение. Под воздействием атмосферы, коробочка сжимается и через систему рычагов поворачивает стрелку на циферблате. Вот так выглядят эти два барометра. Слева — анероид, справа — барометр Торричелли.

Зачем нам может понадобиться барометр? Чаще всего, этот прибор используют на летательных аппаратах для определения высоты полета. Чем выше аппарат поднимается над уровнем моря, тем меньшее давление испытывает бортовой барометр. Зная эту зависимость, легко определить высоту.

Другой распространенный вариант использования — самодельная погодная станция. В этом случае мы можем использовать известные зависимости грядущей погоды от атмосферного давления. Помимо барометра, на такие станции ставят датчики влажности и температуры.

Варианты использования вмр 280

Модуль может использоваться разными способами. Чаще всего, его применяют для определения высоты во время полета или глубины, к примеру, во время опущения в шахту. Однако главным его предназначением остается получение данных на метеостанции. Имея определенные знания и навыки, с его помощью можно создать домашнюю метеостанцию с последующим выводом полученных данных на ЖК-дисплей мобильного телефона.

Далее следует…


На этом история не закончилась, а все только начиналось, потому что когда прибор перешел на автономное питание ему резко поплохело и история его лечения заслуживает отдельного топика, вот осциллограмма из истории болезни:

UPD:Схема подключения типичная для указанных датчиков, более детально о распиновке в скетче.

Рабочий скетч для Arduino UNO

Скетч собирался (копипастился) с разных кусков, так что сильно не ругайте, надеюсь разобраться в нем можно

#include <SFE_BMP180.h>
#include <Wire.h>
#include "DHT.h"

#define PIN_SCE   7  // LCD CS  .... Pin 2
#define PIN_RESET 6  // LCD RST .... Pin 1
#define PIN_DC    5  // LCD Dat/Com. Pin 3
#define PIN_SDIN  4  // LCD SPIDat . Pin 4
#define PIN_SCLK  3  // LCD SPIClk . Pin 5
                     // LCD Gnd .... Pin 8
                     // LCD Vcc .... Pin 6
                     // LCD Vlcd ... Pin 7

#define LCD_C     LOW
#define LCD_D     HIGH

#define LCD_X     84
#define LCD_Y     48
#define LCD_CMD   0
SFE_BMP180 pressure;

#define DHTPIN 10
#define DHTTYPE DHT22 

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

#define ALTITUDE 113.0 // Altitude of SparkFun's HQ in Boulder, CO. in meters

int a = 0;
int sensorPin = A0;    // вход подключается к Aout модуля с датчиком СО2
int vBattPin = A1;    // вход используется для мониторинга за состояние батареи
int sensorValue = 0;  // variable to store the value coming from the sensor
float adc_step=5/1024.0f; //шаг измерения АЦП 
float a_k=5.0894E-7; //магическая константа модели датчика СО2
float b_k=6.7303E-4;//еще одна магическая константа модели датчика СО2
float v_0=1.09; //напряжение на выходе датчика на свежем воздухе
int ledPin=13;


static const byte ASCII[][5] =
{
 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00} // 20  
 ,{0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff} // 21 !
//,{0x00, 0x00, 0x5f, 0x00, 0x00} // 21 !
,{0x00, 0x07, 0x00, 0x07, 0x00} // 22 "
,{0x14, 0x7f, 0x14, 0x7f, 0x14} // 23 #
,{0x24, 0x2a, 0x7f, 0x2a, 0x12} // 24 $
,{0x23, 0x13, 0x08, 0x64, 0x62} // 25 %
,{0x36, 0x49, 0x55, 0x22, 0x50} // 26 &
,{0x00, 0x05, 0x03, 0x00, 0x00} // 27 '
,{0x00, 0x1c, 0x22, 0x41, 0x00} // 28 (
,{0x00, 0x41, 0x22, 0x1c, 0x00} // 29 )
,{0x14, 0x08, 0x3e, 0x08, 0x14} // 2a *
,{0x08, 0x08, 0x3e, 0x08, 0x08} // 2b  
,{0x00, 0x50, 0x30, 0x00, 0x00} // 2c ,
,{0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08} // 2d -
,{0x00, 0x60, 0x60, 0x00, 0x00} // 2e .
,{0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02} // 2f /
,{0x3e, 0x51, 0x49, 0x45, 0x3e} // 30 0
,{0x00, 0x42, 0x7f, 0x40, 0x00} // 31 1
,{0x42, 0x61, 0x51, 0x49, 0x46} // 32 2
,{0x21, 0x41, 0x45, 0x4b, 0x31} // 33 3
,{0x18, 0x14, 0x12, 0x7f, 0x10} // 34 4
,{0x27, 0x45, 0x45, 0x45, 0x39} // 35 5
,{0x3c, 0x4a, 0x49, 0x49, 0x30} // 36 6
,{0x01, 0x71, 0x09, 0x05, 0x03} // 37 7
,{0x36, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36} // 38 8
,{0x06, 0x49, 0x49, 0x29, 0x1e} // 39 9
,{0x00, 0x36, 0x36, 0x00, 0x00} // 3a :
,{0x00, 0x56, 0x36, 0x00, 0x00} // 3b ;
,{0x08, 0x14, 0x22, 0x41, 0x00} // 3c <
,{0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14} // 3d =
,{0x00, 0x41, 0x22, 0x14, 0x08} // 3e >
,{0x02, 0x01, 0x51, 0x09, 0x06} // 3f ?
,{0x32, 0x49, 0x79, 0x41, 0x3e} // 40 @
,{0x7e, 0x11, 0x11, 0x11, 0x7e} // 41 A
,{0x7f, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36} // 42 B
,{0x3e, 0x41, 0x41, 0x41, 0x22} // 43 C
,{0x7f, 0x41, 0x41, 0x22, 0x1c} // 44 D
,{0x7f, 0x49, 0x49, 0x49, 0x41} // 45 E
,{0x7f, 0x09, 0x09, 0x09, 0x01} // 46 F
,{0x3e, 0x41, 0x49, 0x49, 0x7a} // 47 G
,{0x7f, 0x08, 0x08, 0x08, 0x7f} // 48 H
,{0x00, 0x41, 0x7f, 0x41, 0x00} // 49 I
,{0x20, 0x40, 0x41, 0x3f, 0x01} // 4a J
,{0x7f, 0x08, 0x14, 0x22, 0x41} // 4b K
,{0x7f, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40} // 4c L
,{0x7f, 0x02, 0x0c, 0x02, 0x7f} // 4d M
,{0x7f, 0x04, 0x08, 0x10, 0x7f} // 4e N
,{0x3e, 0x41, 0x41, 0x41, 0x3e} // 4f O
,{0x7f, 0x09, 0x09, 0x09, 0x06} // 50 P
,{0x3e, 0x41, 0x51, 0x21, 0x5e} // 51 Q
,{0x7f, 0x09, 0x19, 0x29, 0x46} // 52 R
,{0x46, 0x49, 0x49, 0x49, 0x31} // 53 S
,{0x01, 0x01, 0x7f, 0x01, 0x01} // 54 T
,{0x3f, 0x40, 0x40, 0x40, 0x3f} // 55 U
,{0x1f, 0x20, 0x40, 0x20, 0x1f} // 56 V
,{0x3f, 0x40, 0x38, 0x40, 0x3f} // 57 W
,{0x63, 0x14, 0x08, 0x14, 0x63} // 58 X
,{0x07, 0x08, 0x70, 0x08, 0x07} // 59 Y
,{0x61, 0x51, 0x49, 0x45, 0x43} // 5a Z
,{0x00, 0x7f, 0x41, 0x41, 0x00} // 5b [
,{0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20} // 5c ¥
,{0x00, 0x41, 0x41, 0x7f, 0x00} // 5d ]
,{0x04, 0x02, 0x01, 0x02, 0x04} // 5e ^
,{0x40, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40} // 5f _
,{0x00, 0x01, 0x02, 0x04, 0x00} // 60 `
,{0x20, 0x54, 0x54, 0x54, 0x78} // 61 a
,{0x7f, 0x48, 0x44, 0x44, 0x38} // 62 b
,{0x38, 0x44, 0x44, 0x44, 0x20} // 63 c
,{0x38, 0x44, 0x44, 0x48, 0x7f} // 64 d
,{0x38, 0x54, 0x54, 0x54, 0x18} // 65 e
,{0x08, 0x7e, 0x09, 0x01, 0x02} // 66 f
,{0x0c, 0x52, 0x52, 0x52, 0x3e} // 67 g
,{0x7f, 0x08, 0x04, 0x04, 0x78} // 68 h
,{0x00, 0x44, 0x7d, 0x40, 0x00} // 69 i
,{0x20, 0x40, 0x44, 0x3d, 0x00} // 6a j 
,{0x7f, 0x10, 0x28, 0x44, 0x00} // 6b k
,{0x00, 0x41, 0x7f, 0x40, 0x00} // 6c l
,{0x7c, 0x04, 0x18, 0x04, 0x78} // 6d m
,{0x7c, 0x08, 0x04, 0x04, 0x78} // 6e n
,{0x38, 0x44, 0x44, 0x44, 0x38} // 6f o
,{0x7c, 0x14, 0x14, 0x14, 0x08} // 70 p
,{0x08, 0x14, 0x14, 0x18, 0x7c} // 71 q
,{0x7c, 0x08, 0x04, 0x04, 0x08} // 72 r
,{0x48, 0x54, 0x54, 0x54, 0x20} // 73 s
,{0x04, 0x3f, 0x44, 0x40, 0x20} // 74 t
,{0x3c, 0x40, 0x40, 0x20, 0x7c} // 75 u
,{0x1c, 0x20, 0x40, 0x20, 0x1c} // 76 v
,{0x3c, 0x40, 0x30, 0x40, 0x3c} // 77 w
,{0x44, 0x28, 0x10, 0x28, 0x44} // 78 x
,{0x0c, 0x50, 0x50, 0x50, 0x3c} // 79 y
,{0x44, 0x64, 0x54, 0x4c, 0x44} // 7a z
,{0x00, 0x08, 0x36, 0x41, 0x00} // 7b {
,{0x00, 0x00, 0x7f, 0x00, 0x00} // 7c |
,{0x00, 0x41, 0x36, 0x08, 0x00} // 7d }
,{0x10, 0x08, 0x08, 0x10, 0x08} // 7e ←
,{0x00, 0x06, 0x09, 0x09, 0x06} // 7f →
};




void LcdCharacter(char character)
{
  LcdWrite(LCD_D, 0x00);
  for (int index = 0; index < 5; index  )
  {
    LcdWrite(LCD_D, ASCII[character - 0x20][index]);
  }
  LcdWrite(LCD_D, 0x00);
}

void LcdClear(void)
{
  for (int index = 0; index < LCD_X * LCD_Y / 8; index  )
  {
    LcdWrite(LCD_D, 0x00);
  }
}

void LcdInitialise(void)
{
  pinMode(PIN_SCE,   OUTPUT);
  pinMode(PIN_RESET, OUTPUT);
  pinMode(PIN_DC,    OUTPUT);
  pinMode(PIN_SDIN,  OUTPUT);
  pinMode(PIN_SCLK,  OUTPUT);

  digitalWrite(PIN_RESET, LOW);
 // delay(1);
  digitalWrite(PIN_RESET, HIGH);

  LcdWrite( LCD_CMD, 0x21 );  // LCD Extended Commands.
  LcdWrite( LCD_CMD, 0xBf );  // Set LCD Vop (Contrast). //B1
  LcdWrite( LCD_CMD, 0x04 );  // Set Temp coefficent. //0x04
  LcdWrite( LCD_CMD, 0x14 );  // LCD bias mode 1:48. //0x13
  LcdWrite( LCD_CMD, 0x0C );  // LCD in normal mode. 0x0d for inverse
  LcdWrite(LCD_C, 0x20);
  LcdWrite(LCD_C, 0x0C);
}

void LcdString(char *characters)
{
  while (*characters)
  {
    LcdCharacter(*characters  );
  }
}

void LcdWrite(byte dc, byte data)
{
  digitalWrite(PIN_DC, dc);
  digitalWrite(PIN_SCE, LOW);
  shiftOut(PIN_SDIN, PIN_SCLK, MSBFIRST, data);
  digitalWrite(PIN_SCE, HIGH);
}

// gotoXY routine to position cursor 
// x - range: 0 to 84
// y - range: 0 to 5

void gotoXY(int x, int y)
{
  LcdWrite( 0, 0x80 | x);  // Column.
  LcdWrite( 0, 0x40 | y);  // Row.  

}


char * floatToString(char * outstr, double val, byte precision, byte widthp){
  char temp[16];
  byte i;

  // compute the rounding factor and fractional multiplier
  double roundingFactor = 0.5;
  unsigned long mult = 1;
  for (i = 0; i < precision; i  )
  {
    roundingFactor /= 10.0;
    mult *= 10;
  }
  
  temp[0]='';
  outstr[0]='';

  if(val < 0.0){
    strcpy(outstr,"-");
    val = -val;
  }

  val  = roundingFactor;

  strcat(outstr, itoa(int(val),temp,10));  //prints the int part
  if( precision > 0) {
    strcat(outstr, "."); // print the decimal point
    unsigned long frac;
    unsigned long mult = 1;
    byte padding = precision -1;
    while(precision--)
      mult *=10;

    if(val >= 0)
      frac = (val - int(val)) * mult;
    else
      frac = (int(val)- val ) * mult;
    unsigned long frac1 = frac;

    while(frac1 /= 10)
      padding--;

    while(padding--)
      strcat(outstr,"0");

    strcat(outstr,itoa(frac,temp,10));
  }

  // generate space padding 
  if ((widthp != 0)&&(widthp >= strlen(outstr))){
    byte J=0;
    J = widthp - strlen(outstr);
    
    for (i=0; i< J; i  ) {
      temp[i] = ' ';
    }

    temp[i  ] = '';
    strcat(temp,outstr);
    strcpy(outstr,temp);
  }
  
  return outstr;
}


void drawLine(void)
{
  unsigned char  j;  
   for(j=0; j<84; j  ) // top
	{
          gotoXY (j,0);
	  LcdWrite (1,0x01);
  } 	
  for(j=0; j<84; j  ) //Bottom
	{
          gotoXY (j,5);
	  LcdWrite (1,0x80);
  } 	

  for(j=0; j<6; j  ) // Right
	{
          gotoXY (83,j);
	  LcdWrite (1,0xff);
  } 	
	for(j=0; j<6; j  ) // Left
	{
          gotoXY (0,j);
	  LcdWrite (1,0xff);
  }

}

float VoltageToPPM(float voltage)
{
  return pow(b_k, voltage)/a_k;
}


void setup(void)
{
//analogReference(INTERNAL);
 LcdInitialise();
  LcdClear();
  gotoXY(0,0);
    if (pressure.begin())
    LcdString("BMP180 init success");
  else
  {
    // Oops, something went wrong, this is usually a connection problem,
    // see the comments at the top of this sketch for the proper connections.

   LcdString("BMP180 init failnn");
    while(1); // Pause forever.
  }
  dht.begin(); 

}

void loop(void)
{
  sensorValue = analogRead(sensorPin);
  delay(50);
  sensorValue = analogRead(sensorPin);
  delay(50);
  char buf[20];
  float value=sensorValue*adc_step;
  gotoXY(0,0);
  LcdString("CO2:");
  LcdString(floatToString(buf, VoltageToPPM(value),1,5));
  LcdString("ppm");
  gotoXY(0,1);
   LcdString("CO2 V:");
  LcdString(floatToString(buf, value,4,5));
  
   gotoXY(0,2);
   delay(50);
  sensorValue = analogRead(vBattPin);
  delay(50);
  sensorValue = analogRead(vBattPin);
  value=sensorValue*adc_step;
  LcdString("V batt:");
  LcdString(floatToString(buf, value,3,4));
  
//  static bool led_on_off=true;
//    digitalWrite(ledPin, led_on_off);
//  led_on_off=!led_on_off;
  
    char status;
  double T,P,p0,a;

  // Loop here getting pressure readings every 10 seconds.

  // If you want sea-level-compensated pressure, as used in weather reports,
  // you will need to know the altitude at which your measurements are taken.
  // We're using a constant called ALTITUDE in this sketch:
 

  
  // If you want to measure altitude, and not pressure, you will instead need
  // to provide a known baseline pressure. This is shown at the end of the sketch.

  // You must first get a temperature measurement to perform a pressure reading.
  
  // Start a temperature measurement:
  // If request is successful, the number of ms to wait is returned.
  // If request is unsuccessful, 0 is returned.

  status = pressure.startTemperature();
  if (status != 0)
  {
    // Wait for the measurement to complete:
    delay(status);

    // Retrieve the completed temperature measurement:
    // Note that the measurement is stored in the variable T.
    // Function returns 1 if successful, 0 if failure.

    status = pressure.getTemperature(T);
    if (status != 0)
    {
      // Print out the measurement:
      //gotoXY(0,3);
     // LcdString("temp: ");
      //LcdString(floatToString(buf, T,1,4));
     // LcdString(" C");
      
      // Start a pressure measurement:
      // The parameter is the oversampling setting, from 0 to 3 (highest res, longest wait).
      // If request is successful, the number of ms to wait is returned.
      // If request is unsuccessful, 0 is returned.

      status = pressure.startPressure(2);
      if (status != 0)
      {
        // Wait for the measurement to complete:
        delay(status);

        // Retrieve the completed pressure measurement:
        // Note that the measurement is stored in the variable P.
        // Note also that the function requires the previous temperature measurement (T).
        // (If temperature is stable, you can do one temperature measurement for a number of pressure measurements.)
        // Function returns 1 if successful, 0 if failure.

        status = pressure.getPressure(P,T);
        if (status != 0)
        {
          // Print out the measurement:
          gotoXY(0,5);
          //lcd.print("ap ");
          LcdString(floatToString(buf, P*0.7501,1,4));
          //lcd.print(" mb");

          // The pressure sensor returns abolute pressure, which varies with altitude.
          // To remove the effects of altitude, use the sealevel function and your current altitude.
          // This number is commonly used in weather reports.
          // Parameters: P = absolute pressure in mb, ALTITUDE = current altitude in m.
          // Result: p0 = sea-level compensated pressure in mb

          p0 = pressure.sealevel(P,ALTITUDE); // we're at 1655 meters (Boulder, CO)
          LcdString("-");
          LcdString(floatToString(buf, p0*0.7501,1,4));
          //Serial.print(" mb, ");
          //Serial.print(p0*0.0295333727,2);
          //Serial.println(" inHg");

          // On the other hand, if you want to determine your altitude from the pressure reading,
          // use the altitude function along with a baseline pressure (sea-level or other).
          // Parameters: P = absolute pressure in mb, p0 = baseline pressure in mb.
          // Result: a = altitude in m.

          a = pressure.altitude(P,p0);

        }
        else LcdString("error retrieving pressure measurementn");
      }
      else LcdString("error starting pressure measurementn");
    }
    else LcdString("error retrieving temperature measurementn");
  }
  else LcdString("error starting temperature measurementn");

  float h = dht.readHumidity();
  float t = dht.readTemperature();
  gotoXY(0,4);
  if (isnan(t) || isnan(h)) {
   LcdString("Failed to read from DHT");
  } 
  else{
    LcdString(floatToString(buf, h,1,4));
    LcdString("%");
  }
     gotoXY(0,3);
     LcdString("temp: ");
     LcdString(floatToString(buf, t,1,4));
     LcdString(" C");
  delay(1000);
  
}

Читайте также:  Купить столы обеденные в стиле модерн в Москве | Интернет-магазин BasicDecor

Датчик углекислого газа

На датчике углекислого газа следует остановиться отдельно. В то время как датчик давления и влажности выдают показания уже в цифре, имеют какие-никакие цепи стабилизации по питанию, то стоимость полностью цифрового датчика СО2 начинается от 120$, многовато как «для поиграться».

Самый дешевый в виде модуля к Ардуине китайцы предлагают на базе MG811 за 36$. Посмотрел я на его характеристики, а там дикая зависимость от влажности, наличия посторонних газов в воздухе и решил, что нужно поискать что-то более точное и таким оказался TGS4161, привожу его характеристики:

Успокоившись на счет стабильности показаний, оформил покупку и датчик приехал через две недели.

Замена механического реле давления на цифровое (обладателям скважин)

Когда я первый раз столкнулся с тем, чтобы отрегулировать механическое реле давления с пружинками, я понял, что мне нужен звонок другу, а точнее — отцу, так как механизм хоть и хорошо продуманный и отказоустойчивость на высоком уровне, но недостаток даже разовой регулировки на лицо.

Прошу под кат, там интересней 😉

Я как бы разобрался и у меня даже получилось отрегулировать, но на это я затратил время и нервы. Тогда то я и понял, что цифровое реле было бы здорово, просто нажал на кнопки и выставил нужное. Конечно меня могут многие осудить по нескольким статьям:

— ты дурак, что не можешь разобраться с простейшим реле давления и двумя пружинками.
— механика рулит, она будет работать вечно.
— зачем там что то регулировать: один раз выставил сантехник за XX*(курс страны) рублей и все

Без проблем, можно список продолжать долго, но по натуре своей инженерской, хотелось бы развиваться и улучшать все вокруг себя, а не крутить пружинки и думать, когда там подгорят контакты механического реле и начнет срабатывать тепловое реле защиты насоса, когда вы весь в мыле :D, а ещё лучше Ваша жена 🙂

Читайте также:  Устройство слива на даче для душа, кухни и бани

Надо отдать должное, механическое реле у меня работает уже 4-ый год и с ним (тьфу тьфу тьфу) Серьёзного пока ничего не случалось, только приходилось перестраивать, очищать контакты, начало искрить и эти “ЩЕЛК!” в гараже немного напрягали и… пугали моего мышонка, так, что ему пришлось убежать.

Так как я увлекаюсь автоматизацией и прошел путь от 1-wire до arduino через esp, могу и делаю разные поделки в доме, точнее устройства, для облегчения быта. Круг друзей знает о списке проектов, которые я стараюсь завершить и реализовать, но времени на то совсем нет. То стройка баня подвернется на целое лето (750 часов), то снег навалит :), а тут уже и Новый Год на носу!

Меня так же многие “любят” потролить, особенно из ИТ сферы. Но это только веселит, жизнь штука интересная и без этого никак. Так же огромное спасибо всем тем, кто меня поддерживает — без Ваших добрых слов, драйв был бы не тот. Спасибо жене за понимание любви к моим платам )

Из лирики, прыгаем в реальность. Я обратился в поиски цифрового реле и понял, что весьма сложно в этом направлении, либо забугорное под 100$ и совсем не так, как хотелось бы… либо механика за 15$. Привожу в $, так как давно известно, если бы мы перешли на $ — то даже бабушки не парились, как с монетами. А я ж такой негодяй — дом подключил к интернету, а реле давления нет — сумасшедший!

Тема для тролей: Я начал работать с Arduino китайского происхождения, не оригинальные, а китайские, работают так же, где то есть мелкие погрешности, но они меня не задевают так, чтобы извергать лаву негатива и трясти esp8266, которая от статики умирает быстрее, чем вы воткнете её в Ваш компьютер, да ещё с питанием 3.3, которое надо пойти и найти), если это только не NodeMCU, которые я обожаю.

Я люблю и esp8266 и Arduino и людей, но чтобы вот так сесть быстро собрать рабочее и СТАБИЛЬНОЕ устройство для автоматизации — arduino незаменимая штука Wiring C-шный язык очень помогает быстро реализовать то, что требуется. (тут никто и не упрекнет, что ты написал на тормозном Lua скриптовом языке). esp8266 (моё мнение) — хороша там, где не надо АЦП мерять и интернет нужен. Хотя её “сгораниесырость” очень разочаровывает.

Возвращаемся к нашим баранам, то-есть реле 🙂

По итогу нашел в Китае датчик за 5$, с АЦП 0-5V и решил попробовать. Даже не так, я тупо загорелся его применить и собрать устройство. Сразу пошли бурные эротические фантазии, как будут мигать светодиодики ) и нажиматься кнопки для регулировки, а на китайском иконическом синем экране будут гореть заветные циферки и все это будет работать с реальным давлением в нашей гребенке.

Обдумал, обрисовал, начертил, спланировал, заказал и начал код писать, пока эротика не прошла с мыслей.

Когда прилетел датчик, я понял — что датчик очень качественно выполнен.

Далее, я понял что он начинает показывать данные не с нуля, а с 0.5В и до 4.5В. от 0 до 12Bar. Я очень обрадовался, так как мне было приятно осознавать сингулярность данного девайса, можно отслеживать, когда датчик умрет и не будет показывать заветные 0.5 на выходе.

Врезка датчика в текущую систему с оставлением механики “на всякий случай”.

Одно печально, не было никаких данных по датчику, как обсчитывать его показания, но так как была линейная прямая на графике, пришлось (стыдно, но я признаюсь) — открывать учебник АЛГЕБРА и учиться заново, вспоминать, как же там строят прямую линейную зависимость в уравнении 🙂 по двум точкам и о чуда, я быстренько получил (можете постыдить меня) заветную простую формулу, в которой после преобразования АЦП сигнала в ВОЛЬТЫ, я понимал, сколько у меня давление в Bar. Так как датчик сам выдавал от 0 до 1.2Mpa — то не сложно перевести в Bar — зная что:

1 Pa = 1.0E-5 bar
тоесть 1200000Pa = 12Bar
Так как у нас давление от насоса не превышает и 4Bar — этого датчика хватит за глаза!

Дальше я взял Arduino Uno — она у меня лишняя валялась, я обычно её использую для быстрого навесного проектирования, проверки, а потом применяю Arduino Nano, так как она лишена левого обвеса и её размеры в 3 раза меньше! И да простят меня ардуинщики китайского происхождения, мне жалко было смотреть, как она валяется без дела, надо пустить её в девайс! Подумал я и купил пластиковую IP55 коробку небольших размеров, выпили отверстие под экран, который я купил 4 года назад! Карл! И тогда не догадывался, что этот LCD 16*2 пойдет в такое полезно дело. Взял на авторынке 2 авто кнопки, спаял провода, даже плату не проектировал отдельно, как я делаю для Nano — так как Uno тупо большая и совсем не для таких целей.

image

Алгоритм достаточно простой и ещё проходит полевые испытания, код проекта для более тесного ознакомления расположен тут.

Мне не стыдно его выложить, если будет конструктивная критика, я готов внести изменения, так как open для любых обсуждений.

В алгоритм я постарался заложить следующие принципы:

— Инициализация данных: при старте, проверяются и инициируются все переменные для работы
— Первичный опрос датчика: проверяется, если датчик не вышел из строя (в случае выхода, на всякий случай вырубается насос-реле) данные рассчитываются и переводятся в текущее давление в гребенке (распределительная гребенка, к которой подключены соседи приход от насоса гидроаккумулятор), если все в пределах нижнего и верхнего установленного давления, тогда продолжаем слушать и рассчитывать данные
— Данные выводятся визуально на экран ввиде:

нижнее давление — текущее давление — высокое давление
индекс падения давления — [ блоки, показывают давление в системе ]

Это позволяет быстро оценить ситуёвину, что происходит.

image

— Если текущее давление ниже НИЖНЕГО: врубается твердотельное реле на 15A(проверенное годами) и насос тихо, быстро, без искр и щелчков, включается и подает воду. ВЕРХНЕЕ давление отключает реле. Насос никогда не включится и обязательно выключится, если что то с показаниями датчика, которые выходят за пределы разумного. Это безопасность.

— Индекс падения давления я рассчитываю тогда, когда в гребенке остается половина давления и каждые 10 секунд проверяется предыдущее и текущее, если разница составит меньше установленного по дефолту 0.05 — тогда меняется текущий индекс и включается насос на ОПЕРЕЖЕНИЕ, тоесть по логике идет быстрое водопотребление и что бы предугадать включение насоса, я такой логикой и пользуюсь. Логика не срабатывает пока на 100%, так как я ещё тестирую этот момент, есть огрехи связанные с millis() таймингом самой ардуины, тут меня это немного напрягает, но я найду решение по четкому подсчету. Логика срабатывает в начале, а потом индекс падает в 0.01 и логика больше не работает, но это никак не влияет на вкл и выкл насоса. Тут можно холиварить на тему “насос должен включаться определенное количество раз в час и не больше” — у Вас есть на это право ), спорить не буду — данная тема анализируется.

— есть кнопки боковые, которые позволяют устанавливать НИЗКИЙ и ВЫСОКИЙ порог включения и выключения насоса ДИНАМИЧЕСКИ, без перезагрузки, просто тупо на лету — смотрите на экран и нажимаете кнопочки боковые…. удобно-на! данные сразу пишутся в EEPPROM и при включении блока загружаются оттуда (это такая постоянная память на запись чисел от 0 до 255 byte type, мало но хватает на мелкие прихоти). При этом есть момент, заключается в том, что числа с плавающей точкой записать настолько трудно и геморно, что просто было решено с моей стороны так: зная, что число x.x0 это давление float типа, его можно легко конвертировать в byte если умножить на 10 и записать в память, тоесть: example: 1.80 * 10 = 18 — после умножения число float отбрасывает последний ноль автоматически и мы получается число, которое укладывается в byte типа, при чтении, мы его делим на 10.0 и получаем обратную форму для работы в нашей система и типа float.

Читайте также:  Ножи кухонные керамические, стальные в Казани: каталог, цены, доставка. Купить нож, набор кухонных ножей в интернет-магазине Технопарк

— Все добро будет доступно для «только чтение» вне дома, что позволит понимать ситуацию с давлением не только артериальным, но и в трубах!

image

Ну вот вроде бы и все, простите, кого напрягают подробности кода, дурацких ТИПОВ данных и интимных подробностей загрузки данных из памяти, пропускайте это, так как, зная, что есть люди из ИТ сферы, они будут задавать всякого рода вопросы или наоборот, посмеются с моих простых алгоритмов, которые не применяют модные ИИ ML и прочие мега крутые и big data алгоритмы. Надеюсь так же инженеры поймут другие части, связанные с механической часть.

Вообщем, вывод такой: можно делать все, можно делать легко, делать это в интерес и как сказал когда-то один мой любимый комментатор: можно быть взрослым и “играться с детскими игрушками”.

Ваш кэп, автоматизатор, capable guy и хорошего дня Вам!

Косяки:

— Продолжаю тестировать индекс падения давления для преждевременного включения
— Arduino uno (Китай) — выявились проблемы с таймером millis() — буду проверять на arduino nano (раньше такого не было, предполагаю кривая модель) (не оргинал, поэтому не ною ))
— Погрешность заявлена 1.5% — от 1.2Bar — это 0.18Bar — пофакту — у меня где то 0.3 относительно моего манометра, но я не знаю сколько он врет… поэтому 2% допускаю погрешость max — можно заложить в алгоритм (как я делаю) погрешность и бдет более менее похоже на правду. Не спутники же запускать — сойдет )

upd: ценник в районе 15-18$ вышел по итогу за изделие.

С наступающим Новым Годом! Пусть у Вас сбудутся все Ваши планы, будут построены БАНИ, в доме будет ТЕПЛО и вся Ваша дружная семья будет с Вами! Пусть в новом году будет только хорошие новости.

Измерение давления при помощи arduino и датчика spd005g

В данной статье будем измерять давление при помощи Arduino и датчика давления SPD005G.

Для измерения атмосферного давления используются датчики давления. В данной статье описан датчик давления SPD005G от Smartec. SPD означает Smart Pressure Device . Эти датчики собраны на основе кремния и пригодны как использования как в промышленности так и для использования в быту. Датчик представляет собой пластиковый корпус с специальным отверстием для измерения атмосферного давления.

Датчик может работать в двух режимах:в режиме абсолютного измерения когда давление измеряется относительно ваккума, и в режиме относительного измерения — когда измерение осуществляется относительно атмосферного давления. Когда датчик работает в режиме абсолютного измерения, то измеряет ся перепад давления между измеряемым давлением и давлением ваккумной камеры, которая находится в самом датчике.

Датчик SPD005G используется в различных медицинских аппаратах, системах кондиционирования воздуха, и многих других устройствах требующих достаточного уровня точности.

В проекте используется символьный LCD дисплей. Про подключение дисплея к Arduino было сказано ранее.

Как же датчик работает?

Датчик представляет собой электрохимическую ячейку для работы которой нужна высокая температура. Температура обеспечивается встроенным в датчик нагревателем мощностью примерно 0,2Вт. Напряжение на ячейке при концентрации СО2 350ppm и ниже имеет некое стабильное значение, а когда концентрация СО2 растет, напряжение на ячейке тоже изменяется (падает). Для согласования высокого выходного сопротивления ячейки и с целью усиления напряжения применены ОУ.

Чтобы воспользоваться датчиком нужно перевести вольты в концентрацию СО2. Документация на сенсор утверждает, что начальное напряжение на сенсоре может быть любым а вот абсолютное изменение этого напряжения строго по даташиту. Значит нужно как минимум замерить нулевую начальную точку на свежем воздухе, дальше, построить модель сенсора на основе графика его чувствительности задав в качестве точки отсчета измеренное значение. В общем худо-бедно, модель была построена, датчик откалиброван и можно было все собирать вместе в какой-нибудь корпус:

Чувствительность свеже-откалиброванного датчика была такой что он мог достоверно отличать более свежий воздух в парку от загазованного проспекта за 300 метров.

По остальным датчикам: влажность меряет отлично, взяв в руки прибор сразу можно заметить рост влажности, прям таки скачек (еще бы, когда в квартире сейчас влажность всего 29%); давление тоже меряет отлично, как абсолютное так и относительное, подняв и опустив прибор можно заметить разницу в давлении.

Как подключить модуль вмр 280 к датчику давления arduino

Чтобы подключить модуль к Ардуино, используют интерфейс. Это может быть SPI или I2C. Выбор конкретного зависит от проекта, над которым ведется работа и его специфики, а так же возможности самого микроконтроллера. Аппаратный интерфейс у датчика Arduino размещен на двух пинах: A4 и A5.

Модуль вмр 280

ВМР 250 – микро-чип, используемый для цифрового высокочастотного измерителя показателей атмосферного давления. Каждый датчик на этапе его создания проходит калибровку. Благодаря минимальным размерам, отличной измерительной способности и незначительному энергопотреблению, они часто используются для датчиков давления Ардуино. ВМР 280 имеет два последовательных интерфейса, используемых для обмена данными и 3 режима работы:

  • FORCED. Этот режим дает возможность активировать модуль подачи сигнала извне. После того, как измерения произведены, он переходит в режим автоматического сниженного энергопотребления.
  • SLEEP. Находясь в этом режиме потребление электроэнергии прибора минимальное.
  • NORMAL. При переходе в этот режим, модуль начинает периодичные измерения. После этого он вновь переходит в спящий режим. Для задачи нужной частоты, с которой должны проводиться измерения, используется специальная программа. Результат может быть считан в любое время.

Кроме измерения показателей атмосферного давления, модуль ВМР 280 способен измерять температуру воздуха. Чтобы отфильтровать вычисления, которые осуществляет модуль, используется программный фильтр с подходящими настройками.

Ошибки, которые могут возникнуть при подключении

Чаще всего, пользователи сталкиваются с проблемой неправильных показателей температуры воздуха и атмосферного давления. Причем от реальных они могут отличаться сразу на несколько пунктов. В большинстве случаев, причина этого заключается в неправильном подключении датчика давления Ардуино. К примеру, библиотека требует подключения модуля по I2C, а его произвели по SPI.

Пользователи, которые используют некачественные датчики непонятных производителей, могут столкнуться с проблемой, заключающейся в нестандартных адресах SPI или I2C. В таких ситуациях рекомендуют провести сканирование всех подсоединенных к датчику устройств, используя любой из популярных скетчей. Это позволит понять, на какой из адресов реагирует конкретный датчик измерения давления.

К проблемам, с которыми сталкиваются пользователи еще относят несоответствие режима рабочего напряжения модуля основному режиму контролера. Например, для датчика на 3,3 В необходимо создавать делитель напряжения. Также исправить проблему поможет готовый уровень для согласования уровней. Их стоимость доступная всем.

Принцип и порядок использования библиотеки

После установки выбранной библиотеки, к ней подключаются Adafruit_BMP280.h или другое устройство, предоставляющее доступы к интерфейсам. Дальше процесс выглядит следующим образом:

  • Создается экземпляр Adafruit_BMP280. Он необходим для получения полного доступа к различным функциям и возможностям датчика, измеряющего показатели атмосферного давления. Он может быть создан несколькими способами, которые зависят от вида подключения (по шине I2C, аппаратному или программному SPI).
  • Используя объект bmp, можно начать работать с параметрами и возможностями библиотеки. Однако вначале инициализируется модуль. Лучше всего это делать при помощи функции setup(), которая используется перед основным циклом.
  • При появлении информации об ошибке, проверяется корректность подключения. Помимо этого, рекомендуется проверить соответствие интерфейса, который используется. Если инициализация проведена успешно, совершается переход к микросхеме ВМР280. В библиотеке для этого существует функция setSampling(…). Используя ее, пользователь сможет задать необходимые параметры, среди которых (время активности датчика, параметры измерения показателей атмосферного давления, степень фильтрации, температура воздуха).

Принципиальная схема датчика давления

Документация датчика spd005g и его технические характеристики.

Сборка устройства


Когда модуль ко мне приехал, у меня уже все было собрано на макетной плате, не хватало только его. Вооружившись паяльником я обратил свой взор к рекламной картинке (см. выше), мол как его подключать? Вот тут пришлось немного опешить, надежда, что

Dout

это цифровой выход, не оправдалась, документации на этот модуль вообще нет никакой и нигде, модуль делают китайцы штучно. Что же делать? Пришлось тыкать в ноги модуля тестером, дуть на датчик, привлекать такую-то мать, писать кролику… Методом тыка установлено что модуль содержит два операционных усилителя. Первый из них имеет входное сопротивление

1,5 ТОм

(Вы не ошиблись именно тера-Ом, т.е. 1500 гиг-Ом, тогда как обычный цифровой мультиметр имеет входное сопротивление не более 20 мега-Ом), второй сдвоенный ОУ работает как компаратор и повторитель.

Aout

некий аналоговый сигнал с повторителя,

Dout

– сигнал с компаратора (активен если СО2 зашкаливает). Назначение вывода

TCM

установить не удалось.

Схема подключения датчика давления к arduino

Датчик подключается к Arduino через специальный каскад собранным на операционном усилителе LM324. Выходной вывод каскада 12 подключается к выводу A0 arduino. Вывод измеренного значения с датчика давления выводится на символьный LCD дисплей 16×2. Светодиод L2 можно исключить из схемы, он необхоим только лишь для сигнализации наличия напряжения.

Питание LCD дисплея 16×2 осуществляется от источника в 5 Вольт.

Часто используемые датчики

Кроме ВМР 280 есть и другие датчики. Широкое распространение получили ВМР 180 и bme280.

Основные характеристики ВМР 180:

  • время срабатывания устройства составляет 4,5 мс;
  • способность измерять уровень атмосферного давления в пределах от 225 до 825 мм ртутного столбца;
  • поддержка интерфейса I2C;
  • значение напряжения питания составляет от 3,3 до 5 В.

Заключение

Как мы уяснили из урока, определение высоты над уровнем моря не такая тривиальная задача. Мало того, что давление зависит от высоты нелинейно, так еще картину портят различные внешние факторы. Например, давление у нас дома постоянно меняется с течением времени.

Для летательных аппаратов рекомендуется использовать датчики повышенной точности, такие как MS5611. У этого барометра точность измерений может достигать 0,012 гПа, что в 5 раз лучше, чем у BMP180. Также, для уточнения барометрической высоты полета применяют координаты GPS.

Заключение

Рассмотренные датчики давления Ардуино – популярное устройство, применяемое для измерения давления атмосферы. Сфера их использования достаточно обширная. Кроме контроля за состоянием атмосферного давления, их применяют для определения координат выше уровня моря или показателей глубины, к примеру, во время спуска в шахту.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector