Medidor de vazão de ar residencial
Componentes e suprimentos
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Ferramentas e máquinas necessárias
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Sobre este projeto
Antecedentes
Fomos encarregados de criar um medidor de vazão de fluxo de ar que pudesse ser usado em um ambiente residencial. Infelizmente, na indústria de HVAC de hoje, os únicos dispositivos de detecção de fluxo de ar no mercado são para sistemas projetados para aplicações industriais. Os dispositivos atualmente usados para calcular a taxa de fluxo de ar em registros de tamanho industrial são muito grandes para registros residenciais ou não são capazes de calcular a taxa de fluxo de ar devido às menores saídas de fluxo de ar de um sistema HVAC residencial.
Como funciona
Para gerar um sinal do fluxo de ar, usamos um anemômetro de copo para captar o ar. Fizemos lâminas impressas em 3D personalizadas usando o Autodesk Inventor para otimizar o desempenho das lâminas do ventilador para pegar o ar. Também imprimimos em 3D um invólucro para colocar o anemômetro.
Para ler o sinal que o anemômetro emitiu, um sensor de tensão foi escolhido. O sinal do sensor também precisava ser amplificado para ter uma leitura mais precisa do sensor de tensão. O amplificador pega a tensão de saída do anemômetro e a amplifica por um fator de 10. Esse fator pode ser aumentado ou diminuído em qualquer lugar entre 1,5 e 1000 vezes com base na tensão de entrada.
Um Arduino Uno foi usado para ler o sinal analógico do sensor de tensão e controlar o que era apresentado na tela LCD. Para este problema específico, queríamos a velocidade do vento em CFM, então a exibimos na tela.
O Build
Eletrônicos
O primeiro passo na construção é começar com o anemômetro. Abaixo estão algumas fotos do aparelho.
Observe a imagem com o rótulo "Vista superior do anemômetro". O ponto onde as lâminas se conectam ao anemômetro é em forma de L e muito fino. Isso não vai resistir muito bem a altas velocidades, então foi aqui que projetamos as novas lâminas. O que queríamos eram lâminas mais grossas e um design de cabo mais resistente. O objetivo das pás maiores era reduzir o entreferro transversal entre a pá e a unidade de alojamento (onde o ventilador ficará), o que por sua vez aumentaria a quantidade de ar capturado pela pá e a tensão produzida pelo motor. Abaixo estão fotos de onde as lâminas se prendem ao anemômetro.
Você pode estar pensando:isso fará muita diferença? Essa é uma ótima pergunta. Para responder a isso, conduzimos alguns testes de análise de tensão no Autodesk Inventor para ver se o novo design é muito mais resistente. A imagem abaixo mostra os resultados.
Podemos ver que as novas lâminas são muito mais eficazes em altas velocidades. Os arquivos STL para os blades estão anexados na seção de arquivos. AINDA NÃO ANEXAR AS LÂMINAS NOVAS.
Em seguida, precisamos colocar o anemômetro modificado na unidade de alojamento. Os arquivos STL da unidade habitacional encontram-se na seção de arquivos. Sem lâminas no anemômetro, deslize o anemômetro para cima através do orifício na parte inferior da caixa. Gorila a parte inferior do anemômetro para dois círculos finos de madeira (do Hobby Lobby). Faça 4 pequenos orifícios nos círculos e na caixa de plástico ABS. Um furo será para passar o fio, os outros três serão para parafusos. A imagem abaixo mostra como ficará.
Em seguida, precisamos conectar o anemômetro ao amplificador. Abaixo está uma foto do amplificador.
* Observe que todos os fios conectados ao amplificador são macho para macho
Pegue dois fios macho para macho, as cores não importam, mas vou chamá-los pelas cores que usamos em nosso projeto. Solde um fio vermelho no círculo + S à direita. Solde a outra extremidade do fio vermelho que sai do anemômetro. Solde um fio preto no círculo -S à direita. Solde a outra extremidade do fio amarelo que sai do anemômetro. Adicionar fita isolante também funciona bem para mantê-los no lugar.
Em seguida, precisamos conectar o amplificador a uma fonte de bateria. Solde um fio amarelo ao GND do lado direito. Solde a outra extremidade do fio preto que sai de um conector de bateria. Solde um fio branco para o círculo Vln no lado direito. Solde a outra extremidade do fio vermelho que sai de um conector de bateria.
Em seguida, precisamos conectar o amplificador ao sensor de tensão. Solde um fio azul ao GND no amplificador e a outra extremidade ao VCC no sensor de tensão. Solde um fio verde para o Vout no amplificador e a outra extremidade para GND no sensor de tensão.
Agora vamos conectar o sensor de tensão ao Arduino e terminar a fiação. O diagrama de fiação na seção de esquemas mostra como fazer a fiação desta peça.
Concluir toques
As partes mais difíceis estão prontas! Agora que tudo está conectado, podemos definir os componentes eletrônicos do medidor de vazão. Use um pedaço de placa de espuma para servir de teto para a parte superior da caixa do ventilador. Usamos cola de gorila para mantê-lo no lugar. Você pode então colocar os componentes eletrônicos na placa de espuma e usar mais placas de espuma para encerrar os componentes eletrônicos. Nas fotos abaixo você pode ver como a espuma foi usada para envolver os eletrônicos.
Além disso, furos foram feitos na espuma para permitir que o Arduino e o amplificador acessem suas respectivas fontes de alimentação de bateria de 9V. Isso pode ser visto na foto abaixo.
Em seguida, construiremos o funil. Utilizamos material de PVC para as placas do funil. Havia 4 placas em forma de trapézio. Para conectar as placas umas às outras, usamos cola de gorila e calafetagem. O mesmo método foi usado para conectar o funil à caixa do ventilador. Na extremidade maior do funil, a proteção contra calafetação foi colocada em todo o perímetro. Isso foi feito para criar uma vedação para quando o funil é pressionado contra um respiradouro. A seção transversal da extremidade grande do funil é de 14 '' por 14 ''. A imagem abaixo mostra uma vista frontal do funil.
Calibração
Depois que tudo foi construído, calibramos nosso medidor de vazão. Nós o testamos com um dispositivo que conhecia o fluxo de ar exato. Nosso primeiro código exibiu a tensão lida pelo sensor na tela LCD. Em seguida, usamos os dados coletados para criar equações para fazer a tela LCD exibir CFM. Os dados abaixo mostram como o calibramos.
No gráfico você pode ver duas curvas, o fluxo de ar inicial e o fluxo de ar real. Eles são diferentes porque, quando estamos afunilando no ar, a velocidade diminui ligeiramente. Aqui, usaremos a equação de melhor ajuste para o fluxo de ar real,
y =1,1409x ^ 2 + 44,958x, em nosso código Arduino. O código será dividido em três partes, áreas com velocidades de vento zero, velocidades de vento pequenas a médias e grandes velocidades de vento. Você poderia ajustar a equação acima para modelar toda a velocidade do vento do fluxo, mas encontramos uma equação melhor para modelar o intervalo pequeno a médio. Os intervalos serão representados pelas seguintes equações:
CFM grande:
y =1,1409x ^ 2 + 44,958x
CFM médio a baixo
y =40x +20
Zero CFM:
y =0
Você pode encontrar o código na seção posterior.
Depois de fazer o upload do código para o Arduino, você concluiu o medidor de vazão!
Calibração isso Você (Opcional)
Então, digamos que você queira calibrá-lo sozinho. Talvez você queira que seu fluxo de ar seja medido em m / s ou mph. Aqui, iremos guiá-lo através das etapas para calibrá-lo.
Etapa 1:Encontre uma maneira de encontrar a taxa de fluxo real primeiro.
A maneira mais barata de fazer isso é comprar um anemômetro na loja. Aqui está um que funcionaria. Anemômetro
Etapa 2:coloque o anemômetro na frente de um ventilador com diferentes configurações de velocidade. O ventilador pode ser um como este mostrado na imagem abaixo.
Etapa 3:registre a velocidade do vento no anemômetro em cada configuração diferente.
Etapa 4:é necessário que o medidor de vazão leia a tensão de saída do ventilador. Para fazer isso, carregue o código intitulado “Código do sensor de tensão” para o Arduino.
Etapa 5:agora que você tem a tensão de leitura do medidor de vazão, registre a tensão em cada configuração diferente de velocidade do ventilador.
Etapa 6:Use o Excel para criar um gráfico de dispersão de “Velocidade do Vento vs. Tensão”.
Etapa 7:Use o recurso de linha de tendência para encontrar uma equação que modele com precisão a “Velocidade do Vento vs. Tensão”.
Etapa 8:se você sentir que sua linha de tendência não é muito linear, você pode encontrar uma equação separada para as partes inferior e superior do gráfico.
Etapa 9:Agora você pode substituir suas equações por minhas equações no “Código do medidor de vazão”. Depois de fazer o upload do código para o Arduino, você está pronto!
Código
- Código do medidor de vazão
- Código para sensor de tensão
- Código do sensor de tensão
Código do medidor de vazão C / C ++
1. #include2. 3. LiquidCrystal lcd (12, 11, 5, 4, 3, 2); 4. // Estes são os pinos que serão usados 5. 6. // Abaixo estão os valores dos resistores no sensor 7. float R1 =30000; 8. 9. flutuador R2 =7500; 10. 11. configuração de vazio () 12. {13. 14. Serial.begin (9600); 15. lcd.begin (16, 2); 16. // Isso permite que a tela LCD seja usada 17. 18. 19.} 20. 21. void loop () 22. // Início do loop 23. {24. 25. int sensorValue =analogRead (A0); 26. // Lê o valor do sensor 27. 28. float voltage =((5 * sensorValue * (R1 + R2)) / (1024 * R2)); 29. // Equação para a tensão real 30. 31. 32. // ********************************* ************************* // 33. // A equação para CFM é uma função por partes da tensão, 34. // então, se as declarações foram usadas para dividir as funções em 35. // suas respectivas regiões abaixo de 36. // ******************************** ************************* // 37. 38. 39. if (tensão> 1) 40. // Primeira região da função para CFM grande 41. {42. 43. float cfm =(1,1409 * (voltagem)) * ((voltagem)) + 44,258 * (voltagem); 44. 45. Serial.println (cfm); 46. // Exibe CFM 47. lcd.print ("CFM ="); 48. lcd.setCursor (0, 1); 49. lcd.print (cfm); 50. atraso (1000); 51. // Atraso de 1000 ms 52. lcd.clear (); 53. // Limpa para repetir 54. delay (1000); 55. 56.} 57. 58. else if (.01 Peças personalizadas e gabinetes
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