XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Увлажнитель воздуха
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В период пандемии большую часть времени мы проводим в помещениях, где обычно параметры микроклимата не соответствуют нормам. Для решения данных проблем можно использовать увлажнитель воздуха, необходимый для поддержания в помещении оптимального значения влажности, одного из важнейшего параметра качества воздуха. Так как в неувлажненном воздухе при его вдыхании пересыхают слизистые, это главная опасность. Снижается иммунитет и повышается шанс подхватить респираторное заболевание. Кожа начинает шелушиться и появляются раздражения. ОРВИ и другие заболевания протекают тяжелее. Особенно если есть кашель, ведь горло будет постоянно сухим. Высокая влажность в помещении может увеличить количество распространенных загрязнителей воздуха: в частности, пылевых клещей, бактерий и вирусов, а также стать причиной образования плесени, которая вызывает раздражение горла и легких в дополнение к ухудшению симптомов астмы.
В настоящее время в мире существует множество подобных приборов в ценовом сегменте до тысячи рублей, но все они обладают низким функционалом: отсутствие дисплея, ПИД регулятора, датчика температуры и как следствие контроля её значений, комфортного ступенчатого регулирования уровня влажности и отображения её текущего значения, датчика уровня воды, индикации даты и времени, а также питания от аккумулятора. Поэтому такое устройство, созданное на базе Arduino обладающее подобным функционалом, способно создать весомую конкуренцию не только в своём, но ценовом сегменте до двух тысяч рублей, при этом не уступать в: качестве, надёжности и безопасности. В результате анализа информации об аналогах доступных в розничной продаже, мною создана электронная схема и написана программа в среде Arduino IDE, а с помощью 3D принтера и программы КОМПАС 3D изготовлен оригинальный модульный корпус с функцией удобного и простого частичного разбора для очитки и обеззараживания резервуара с водой.
Цель: создание климатического прибора, использующегося для повышения влажности воздуха в помещениях, способного конкурировать со своими аналогами.
Основные задачи:
1) Найти и заказать компоненты напрямую с завода изготовителя, минуя розничные сети.
2) Создать авторскую электронную схему устройства и написать программу для функционирования устройства.
3) Изготовить корпус устройства с помощью FDM 3D принтера.
4) Овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения.
При создании данного устройства использовались теоритические методы исследования:
для начала я проанализировал функционал аналогичных устройств и их дизайн в месте с электронными схемами, элементами управления и ценовой политикой. Исходя из полученных данных, был сделан выбор элементов для сборки, метод соединения посредством пайки и штырьковых разъемов (папа, мама). Программной среды Arduino ide, в которой производилась программирование и настройка. А корпус был создан в программе Компас 3D, распечатан в слайсерe Cura на FDM 3D принтере.
Основная часть
При создании прибора использовалась платформа Arduino. Электроника устройства была распаяна на печатной макетной плате, были разведены дорожки питания, а также перемычки из олова для уменьшения количества проводов и сигнальные линии от датчиков, распаяна контактная линия шины данных I2C, установлена самодельная кроватка для Arduino и разъем в месте со шлейфом, к которому подключены все внешнее датчики. Для изготовления корпуса для датчиков, кожуха самого устройства и корпуса датчика пульса использовалась программа
Компас 3D. Для печати модели использовались программа - Cura. Модели печатались ABS пластиком.
В результате анализа информации об аналогах данных приборов, мною создана электронная схема и написана программа в среде Arduino IDE. C помощью 3D принтера изготовлен оригинальный корпус.
При создании устройства мною были выбраны и использованы следующие контроллеры, датчики и компоненты:
Ультразвуковой распылитель 16 мм
Модуль - дисплей 1602 с интерфейсом I2C/IIC
Модуль измерения температуры на базе DHT11
Стягивающий резистор 10 Ком
Модуль часов реального времени DS1302
Отсек для аккумулятора 1x18650
Тактовая кнопка 2 шт.
Повышающий преобразователь DC-DC
Модуль зарядки с защитой TP4056
Модуль Реле
Переключатель клавишный
Микропереключатель концевой SPDT
Этапы создания устройства
Электроника устройства была распаяна на печатной плате, были разведены дорожки питания, установлена самодельная кроватка для Arduino и разъем в месте со шлейфом, к которому подключены все внешние датчики и кнопки.
Я пользовался программой Компас 3D. Мною были сняты размеры комплектующих, далее были созданы модели на основе измерений, произведённых ранее, в основном для построения геометрии использовались круги, прямоугольники, а для твердотельного моделирования были применены команды выдавливания, вырезания выдавливанием. Для печати модели нужно использовать программы называемыми слайсеры, я выбрал программу по под названием Cura. Модели печатались ABS пластиком в виду его сильной усадки принтер, был оборудован пассивной термокамерой для обеспечения лучшей спекаемости слоёв. На фото данных ниже показан отсек для электроники.
Алгоритм работы
Устройство работает от источников питания 5 вольт 1 ампер, что позволяет питать его не только от адаптера зарядки мобильного телефона, usb выхода компьютера и повербанка. После включения с верху дисплея отображается текущая температура и уровень влажности, с низу отображается дата, время и желаемый уровень влажности, регулируемый кнопками с шагом 5%, если показания в комнате выше установленных распылитель будет не активен, если ниже распылитель будет активен пока значения не выровняются. При понижении уровня воды до минимального в низу экрана загорится надпись «мало воды».
Заключение
В результате анализа информации об аналогах данных приборов и их практического применения, мной создана электронная схема и написана программа в среде Arduino IDE. C помощью 3D принтера изготовлен оригинальный корпус. Создано действующие авторское устройство «Увлажнитель воздуха», которое измеряет: температуру, влажность и способно изменять влажность воздуха в помещениях под выбранный вами процент. Это устройство способно конкурировать с аналогами.
Перспективы усовершенствования устройства.
|
№ |
Модернизация |
Необходимо |
Стоимость |
|
1 |
Подключение к мобильному устройству |
Bluetooth модуль |
500 |
|
2 |
Подсветка корпуса |
Светодиодная лента |
300 |
Список литературы:
Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduin
Автор: Улли Соммер
Издательство: БХВ-Петербург
Язык книги: Русский
Год: 2012
Ссылка: http://arduinoplus.ru/apps/programmirovanie-plat-arduino-freeduino.zip
Занимательная электроника
Автор: Ревич Юрий
Издательство: БХВ-Петербург
Язык книги: Русский
Год: 2015
Ссылка: http://arduinoplus.ru/apps/zanimatelnaia-elektronika.zip
Проекты с использованием контроллера Arduino, 2-е издание
Автор: Виктор Петин
Издательство: БХВ-Петербург
Язык книги: Русский
Год: 2015
Ссылка: http://arduinoplus.ru/apps/proekti-s-arduino-2-izdanie.zip