Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

[ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50

Zeus0 06 Mar 2010 14:33 11499 25
  • [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50
    Witam
    Jest to moj pierwszy projekt wiec bede wdzieczny za wszelkie uwagi i rady na temat calej konstrukcji jak i samych zrodel.

    Sam projekt nie jest szczegolnie zaawansowany, ale jako narzedzie pomiru stezenia gazu przydal sie juz kilka razy.
    Wykorzystany tu zostal czujnik AF50 tu jest dokumentacja Link.
    Pomiar z czujnika przetwarzany przez ADC i wysiwetlany na LCD w formie procentowej.
    W programie dodatkowo zaimplementowany pomiar temaperatury przez 1wire z wykorzystaniem czujnika dallas (na zdjeciach jeszcze nie podlaczony do portu).

    Dodatkowo mozliwosc ustawienia poziomu alarmu (beeper takze jeszcze fizycznie nie podlaczony) ktory uruchomi sie po przekroczeniu zadanego progu.

    Mozliwosc kalibracji czujnika daje ta wygode, ze nawet przy pewnym stezeniu gazu mozna ustawic czujnik na 0% i sprawdzic czy poziom sie zmienia.

    Biblioteki 1wire, oraz obslugi LCD pozyczone zostaly od firmy PROPOX (gdzie kupilem plytke testowa, przykady z bibliotekami byly zamieszczone na CD)


    Sam uklad chcialbym pozniej rozbudowac o inne czujniki(dla innych gazow i moze takze czujnik cisnienia i halasu) i mozliwosc pamietania najwiekszych/najmniejszych wynikow w zewnetrznej pamieci. W ten sposob powinno udac sie wykonac swego rodzaju multimetr.

    Dlatego m.in. prosze o uwagi i rady do ukladu, zebym mogl go odpowiednio zabezpieczyc przed zakloceniami, lepiej stworzyc PCB, a takze ulepszyc sam wsad do kontrolera.

    Zamieszczone zdjecia pochodza z kolejnych etapow tworzenia ukladu (od plytki testowej propox'a, przez plytke stykowa az do gotowego wytrawionego ukladu).

    [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50 [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50 [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50 [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50 [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50

    P.S.
    -Zrodla zamieszczone jako caly projekt pakietu AVR Studio.
    -Wzor sciezek jest dla metody "zelazkowej" czyli drukujesz na folii/papierze dokladnie to co jest w pdf'ie i nanosisz na plytke.


    EDIT:
    Ponizej dodaje zdjecia ostatecznej obudowy. Jak narazie tylko zrobilem plytke (bez wiercen). Czujnik bedzie w aluminiowym pudelku po kremie "Nivea", powinno dzialac ono jako dosc mocna ochrona, a takze byc dobrym ekranem przeciwko zakloceniom zewnetrznym.
    Nie jestem jeszcze mistrzem w tworzeniu plytek metoda termotransferu, wiec na zdjeciach zaznaczone sciezki z ubytkami uniemozliwiajacymi przewodzenie (do zacynowania :D).

    [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50 [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50 [ATMEGA8] [C] Czujnik metanu na czujce AF50

    Piszcie co myslicie o nowej obudowie (jak narazie prototyp, ale juz dosc dobrze wszystko upchane). Jak skoncze i polutuje calosc to dodam zdjecia w wersji ostatecznej.

    P.S.
    Moze ktos poleci gdzie mozna kupic jak najlepsza folie zeby najlepiej caly toner zostawal na laminacie bez szczegolnego dociskania podczas nagrzewania (spore ryzyko rozlan, co zreszta u mnie widac), lub poleci inny koniecznie przezroczysty srodek do przenoszenia (bardzo ladnie wtedy widac czy toner "siadl" dobrze na plytce i czy sie nie rozlewa).

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Zeus0
    Poziom 16  
    Offline 
    Specjalizuje się w: komputery hardware, sieci komputerowe, programista
    Zeus0 napisał 234 postów o ocenie 44, pomógł 5 razy. Mieszka w mieście Syberia. Jest z nami od 2003 roku.
  • IGE-XAO
  • #2
    *bartek*
    Poziom 13  
    No nieźle. Coś trzeba, by takie urządzenie zostało dopuszczone do pracy w kopalni?

    P.S. Daj zdjęcie na początek.
  • #3
    radekdjredi
    Poziom 12  
    Witam skąd wy bierzecie te afXX, ja szukałem po większości sklepów internetowych i nic. Bo z takich czujek można łatwo zbudować uniwersalny czujnik czadu i innych gazów.

    Proszę podać jakiś link do sklepu.
  • #4
    Zeus0
    Poziom 16  
    O czujniku rzeczywiście zapomniałem więcej napisać.
    Został on wymontowany z bliżej mi nie znanego układu (układ był razem z innym złomem elektronicznym od znajomego i praktycznie tylko czujnik nadawał się do użycia).

    Z tego co szukałem, to podobne czujniki można kupić m.in. tutaj.


    Jeśli chodzi o dopuszczenie podobnego urządzenia to w formie w jakiej teraz istnieje pokaże z dokładnością do powiedzmy 1-2% zawartość gazu (nie jest jeszcze aż tak idealnie skalibrowany, ale na tę chwilę nie jest mi potrzebna dokładność poniżej 1%).
    Czujnik pokaże także zawartość innych gazów (w dokumentacji, do której podałem link, jest dokładny wykres stężeń w zależności od ilorazu oporności wew. czujki pomiędzy czystym powietrzem a zawartością gazu). Z tych właśnie względów oficjalnie pewnie nie otrzymałby akceptacji odpowiednich urzędów.
    Jeżeli jednak chodzi o skuteczność, to testowany był przy nawet bardzo małych stężeniach gazu i wykrywa je bardzo szybko.

    Przykład: po odkręceniu gazu na kuchence na największym palniku przez ok. 5 sekund czujnik już po 2 sekundach w odległości 30cm wykrył ok 26% stężenie gazu, które bardzo szybko spadło, ponieważ gaz się rozproszył w czystym powietrzu.

    Mogę także dodać, że do zmiany o kilka % wskazań czujnika wystarczy przyłożyć palec do samego czujnika (rejestruje on wtedy - najprawdopodobniej - gazy emitowane bezpośrednio przez skorę).
  • IGE-XAO
  • #5
    Tasioror
    Poziom 11  
    Projekt ciekawy ale czy czujnik jest aż tak dokładny że aż 3 miejsca po przecinku masz wyświetlane? Obudowa - :/ ale traktuje to jako prototyp więc mam nadzieje że "wsadzisz" to w coś fajnego. No i czujnik wykrywa nie tylko metan ale carbon-monoxide (CO - tlenek węgla), hydrogen (H - wodór), etanol (ethanol), Propan (propane) oraz izobutan (isobutane).
    Możesz powiedzieć do czego to stosujesz to więcej można doradzić:)
    Może jakaś sonda albo inny "wysięgnik".
    pzdr.
  • #6
    Zeus0
    Poziom 16  
    Fakt, wykrywa więcej gazów, z tego też powodu trudno stwierdzić nieraz, który z nich jest faktycznie wykrywany.
    Co do obudowy to jest to jak najbardziej prototyp, ponieważ aktualnie tworzę nową plytkę dla już gotowej obudowy (z implementacją miejsc dla buzera, czujnika ds1820 i przełącznika, żeby to wszystko mi na kablach nie "wisiało").

    W kwestii podłączenia czujnika w większej odległości, to tymczasowo tego nie robiłem z obawy na rezystancje, które mogłyby powstać na przewodach (jak dokładnie całość pomierzę, to uwzględnię to i przeliczę pasożytnicze sprawy).

    W tej chwili czujnik testuję faktycznie dla tlenku węgla (którego na szczęście nie mam, więc uruchamiam go gazem z butli jeśli chce poziom podwyższyć - zawiera propan-butan).
    Jest on zamontowany w kotłowni i w momencie wykrycia gazu, gdy alarm zostaje uruchomiony, ten sam pin steruje tranzystorem uruchamiając dwie dmuchawy (jedna wtłacza powietrze do pomieszczenia, a druga je wyciąga), całość tworzy "przeciąg" i gaz jest wypompowywany skutecznie z pomieszczenia.

    W przyszłości układ chciałbym rozbudować do funkcjonalności sterownika pieca i mieć możliwość pilnowania już wszystkiego w kotłowni pod kątem temperatur i ew. sytuacji niebezpiecznych (całkiem możliwe, że byłby to osobny moduł).

    Czujnik można oczywiście także użyć tak, jak był oryginalnie używany, czyli czujnik ulatniania się gazu w blokach, lub nawet czujnik metanu w kopalniach (wtedy można zamiast LCD dać wyświetlacze Led i projekt dopracowywać pod kątem dokładności wskazań).

    Co do tych 3 miejsc po przecinku, to jest to troszkę sztucznie zrobione (obliczenia są w źródłach i jak widać nie jest to aż taka duża dokładność). Zrobiłem to, ponieważ miałem jeszcze tyle miejsca na LCD :D A druga sprawa, przy kalibracji miałem ustawione dla kontroli, czy liczenie odbywa się prawidłowo i już tak zostało.
  • #7
    Kubald
    Poziom 15  
    Cytat:
    dokladnoscia do powiedzmy 1-2% zawartosc gazu


    Rozumiem, że taka ocena przeprowadzona została "na oko"? :)

    Z tego, co wyczytałem z datasheeta, czujnik może wykrywać stężenia w zakresie od 500 do 10 000 ppm, co daje 0,05 do 1% ($$% = 100\frac{ppm}{1000000}$$), więc jak Ty wyliczałeś wartość procentową dla metanu? Są to %(m/m) czy %(V/V) czy może jeszcze inaczej?

    K.
  • #8
    Zeus0
    Poziom 16  
    Jak najbardziej "na oko" ponieważ skupiłem się w ogóle na uruchomieniu na początek układu. A teraz jak już działa to kombinuję jak zamiast % pokazywać ppm w/g tabeli z dokumentacji.

    Obliczenia przeprowadzam sprawdzając zmiany napięcia na dzielniku znajdującym się w układzie czujnika (jest on podłączony dokładnie tak jak pokazuje dokumentacja dla przykładowego podłączenia).

    Dalej aby uzyskać wynik wykonuje działania także z dokumentacji czyli:
    opor_w_czystym_powietrzu/opor_w_gazie co dało by mi koncentracje gazu.

    W kodzie wykonuje następujące obliczenia:
    Code:

    stezenie=(((V0)-kalibracja)/podzialka_procent);

    gdzie V0 to napięcie z przetwornika gdzie podłączony jest czujnik w układzie dzielnika
    Code:
    V0 = (((float)ADCH*500)/256)/100;


    a
    Code:
    podzialka_procent=(4.93-kalibracja)/100;
    czyli napięcie odniesienia (tu już pewna niedokładność wejdzie bo to napięcie za stabilizatorem lekko "pływa")

    oraz kalibracja:

    Code:
    kalibracja=V0;//ustawiam aktualna wartość napięcia jako 0 do kalibracji

    lub
    Code:
    kalibracja=1.67;//ustawiam na fabryczny default -> przy pierwszych pomiarach po prostu wyszło ze w czystym powietrzu (przynajmniej u mnie na zewnątrz domu) takie napięcie to stabilny stan czujnika.


    Jak widać obliczenia są właśnie takie trochę "na oko" w każdym razie całość bardzo psuje napięcie odniesienia, które w rożnych warunkach może być różne, dlatego w późniejszych wersjach mam zamiar je mierzyć i narzucać z każdym pomiarem odpowiednie poprawki.

    P.S.
    Zauważyłem ze niekiedy (tylko gdy układ podłączam do zewnętrznego zasilacza laboratoryjnego) przyciski "same" się wzbudzają. Jeśli układ zasilany jest z baterii 9v to nigdy się to nie zdażyło.
    Co może powodować tę sytuacje ? Kondensator na wejściu zasilania już jest podwieszony, ale tez potrafi się taka sytuacja zdażyć nieraz.
    W pobliżu urządzenia nie ma silników ani nic co mogło by powodować zakłócenia.
  • #9
    Kubald
    Poziom 15  
    Takie przeliczanie może głupie i nie jest, ale pamiętaj, że prawie z każdym działaniem propagujesz i zwiększasz błąd, kiedy tak rozciągasz zakres. :)

    Poza tym producent za "czyste powietrze" uznaje: czyste powietrze ;) o temp. 25(+/- 2) C deg. i wilg. względnej 50(+/- 5)%. Jeśli zależy na dużej dokładności, to wartość oporu w czystym gazie możemy odczytać po 24h siedzenia w takim "powietrzu". To, co lata koło domu zawiera pewnie tyle interferentów czujnika, że lepiej nie mówić. On reaguje po prostu na wszystkie małe cząsteczki które zdolne są konsumować tlen.

    Jeśli chodzi o sam metan, to sprawa ma się fajnie - wykres jest liniowy (skala logarytmiczna!) w dużym zakresie stężeń - otrzymanie równania nie powinno być problemem.

    Natomiast co do "porządnej kalibracji" - w warunkach domowych nie do przeprowadzenia niestety. :( Więc możesz dopracować program, ale moim zdaniem zostanie Ci fajna zabawka, która będzie pokazywała "coś", ale na pewno nie dokładne stężenie metanu ...
  • #10
    Zeus0
    Poziom 16  
    Oczywiście, zdaję sobie sprawę, że jak na razie, to uzyskałem coś trochę dokładniejszego i ładniejszego od urządzenia, z którego wymontowałem czujnik (było tam miejsce na zaledwie 4 diody Led), czyli mogę stwierdzić, że gazu w pomieszczeniu jest dobry poziom, lub już za dużo.

    Popróbuję z rożnymi wersjami obliczeń, no i oczywiście kolejny układ, lub następne wersje postaram się uzbroić w:
    -elementy z minimalną tolerancją błędu (choćby oporniki z najmniejszym możliwym odchyłem)
    -jak najlepsza stabilizacja napięcia odniesienia,
    -w razie potrzeby dodatkowe pomiary napięcia odniesienia,
    -eliminacja wszelkich bodźców zewnętrznych (lepszy układ ścieżek + ekranowanie + dużo pól masy na płytce).

    Myślę, że na początek jak poprawie te rzeczy to już będzie to dużo bardziej dokładne :)
  • #11
    jatzek j
    Poziom 21  
    Siemanko.

    Na temat stężenia przy którym następuje wybuch czy zapłon (zapalenie się) metanu napisano bardzo dużo i jako ten, który na co dzień zajmuje się tym "stosunkowo" niebezpiecznym zagadnieniem, mam tylko jedno pytanie. Dlaczego nic nie wspomniano na temat tzw. mieszanek wzorcowych, które decydują o wiarygodności tego typu czujnika? Jeżeli to "cudo" traktujemy tylko i wyłącznie jako ciekawostkę to oczywiście "gaz" do zapalniczek na pewno wystarczy, ale jeżeli mamy zastosować ten czujnik do powszechnego użytku i na nim opierać swoje bezpieczeństwo to proszę się głęboko zastanowić.
  • #12
    Kubald
    Poziom 15  
    Ja bym poddał pod wątpliwość to, czy warto ładować kasę w robienie urządzenia, które i tak nie będzie działało.

    Chyba, że planujesz wdrożyć jakieś takie czujniki do produkcji - wtedy zapewne kupno mieszanek kalibracyjnych (które są obrzydliwie drogie, ostatnio sam kupowałem SCOTTY'ego do kalibracji GC) i rozwiązanie problemu nieselektywności czujnika pewnie wejdzie "w koszty". :)

    K.
  • #13
    mklos1
    Poziom 25  
    *bartek* napisał:
    No nieźle. Coś trzeba by takie urządzenie było dopuszczone do pracy w kopalni?


    Mało prawdopodobne, aby urządzenie zostało dopuszczone do użytku w kopalni w takiej formie konstrukcyjnej w jakiej istnieje obecnie. Kopalnia to strefa zagrożenia wybuchem, więc urządzenie podlega pod dość ostre normy.
    Polecam na początek lekturę dyrektywy ATEX, ewentualnie norm zharmonizowanych, jeżeli ktoś w ogóle myśli o komercyjnej produkcji takich urządzeń.
  • #14
    Jacek31
    Warunkowo odblokowany
    Na kopalnie to musiało by przejść najpierw badania i posiadać obudowę ognioszczelną i przeciw wybuchową. Kopalnia Barbara chyba zajmuje się takim dopuszczaniem i certyfikowaniem urządzeń dla górnictwa.
  • #15
    Kubald
    Poziom 15  
    Ja wpadłem na pewien pomysł, jak możesz zrobić z tego coś do użytku domowego - na własną odpowiedzialność jednak.

    Mianowicie, musiałbyś wykalibrować czujnik "na czyste powietrze" nie poza domem, ale w domu (w kuchni/łazience, zależnie od tego gdzie ma się docelowo znajdować). Pozwoli to wyeliminować matrycę zanieczyszczeń w dalszych pomiarach (no, może oprócz EtOH ;) ). Później musiałbyś przyrządzić roztwory metanu (pobranego np. z bliskiego sąsiedztwa palnika) w powietrzu i w nich wykalibrować czujnik, wystarczą 3 pkt pomiarowe z liniowego zakresu. Najlepsza w tym celu będzie biureta gazowa połączona z naczyniem z czujnikiem (możesz takich poszukać, drogie nie są). Jak masz liniową charakterystykę opór / stężenie $$CH_4$$ to sprawa jest prosta. :)
  • #16
    antrykot
    Poziom 20  
    Jacek31 napisał:
    Na kopalnie to musiało by przejść najpierw badania i posiadać obudowę ognioszczelną i przeciw wybuchową. Kopalnia Barbara chyba zajmuje się takim dopuszczaniem i certyfikowaniem urządzeń dla górnictwa.


    Generalnie metanomierze są iskrobezpieczne, co nie wymaga ognioszczelności. Natomiast, urządzenia które pracują na dole muszą mieć dokładnośc >0.1%, gdyż tam maksymalny próg alarmowy przy jakim wycofuje się załoge to 2% metanu.
    Pomiar realizuje się na czujnikach pelistorowych, a AFki to tylko nad piecyk niestety się nadają :)
  • #17
    Olo999
    Poziom 21  
    antrykot napisał:

    Generalnie metanomierze są iskrobezpieczne, co nie wymaga ognioszczelności.


    Generalnie o tym czy urządzenie jest iskrobezpieczne czy nie decyduje między innymi jak jest zaprojektowane. Czy posiada np. iskorbezpieczne obwody zasilania, sterowania. Także wpływ na iskorbezpieczeństwo ma projekt obwodu pcb (szerokość i odległość między scieżkami), zastosowane podzespoły itd.
  • #18
    michal2666
    Poziom 20  
    Witam - Bardzo ciekawy projekt aczkolwoek sam eksperymentowałem z pomiarem zawartości metanu i niestety jak już w temacie wspomniano rzeczony czujnik mierzy tylko w zakresie 0 - 1 % można oczywiście extrapolować tą wartość na dalszy obszar zakresu, ale nie będzie to już dokładne.
    By pokryś pełen zakres 0 - 100 % (co mnie interesuje i jeśli się komuś uda proszę o kontakt) trzeba albo zastosować czujniki optyczne oparte na zasadzie absorbcji promieniowania podczerwonego przez gazy albo zastosować takie czujniki katalityczne jak zastosowałeś ale przystosowane dla róznych zakresów pomiarowych i opracować algorytm przełączający dla mikrokontrolera bądź ręcznie je zmieniac. Warto poeksperymentować bo takie mierniki fabryczne są dość drogie ja sam mam zamówienie na taki do biogazowni ale niestety nie mam czasu na eksperymenty w tym zakresie. Życzę więc powodzenia w pracach.
  • #19
    sebastian11
    Poziom 16  
    Witam

    podobne urzadzenie wykonałem ok 5 lat temu jak sie czujniki pojawily na rynku
    czujnik z uwagi na obecnosc grzałki pobiera dosc sporo pradu i dlatego jest konieczne umieszcenie wiekszego akumulatora niz ze zwyklej komorki aby urzedzenie moglo pracowac ok 8 h dziennie.

    pozdrowianie
    Seba
  • #20
    PiRoman2
    Poziom 20  
    do: radekdjredi

    Kiedyś mieli w Maritex'ie (www.maritex.com.pl)
  • #21
    w_mirek
    Poziom 17  
    Tutaj jest opis komory do kalibracji http://download.maritex.com.pl/pdfs/se/SR3.pdf
    Pojemność tej komory to około 5l, jeśli weźmiesz butlę po wodzie mineralnej wprowadzisz wentylatorek i wstrzykniesz ilość gazu która jest tam podana to masz sposób kalibracji. Metan można pobrać z sieci tylko trzeba wiedzieć o jakiej zawartości metanu jest gaz który masz dostarczany.
    Pozdrowienia
  • #22
    indzynier
    Poziom 9  
    Witam,

    odgrzebuje temat :) mimo, że w temacie jest czujnik metanu dopisuję się tutaj... Jeśli jednak ktoś z władnych uzna, że to nieodpowiednie miejsce, proszę o wydzielenie tematu :)

    Na początek garść banałów ale od czegoś trzeba zacząć ;)

    Mam do zaprojektowania podobny czujnik, tylko ma być to czujnik tlenku i/lub dwutlenku węgla... I tak szczerze powiedziawszy jeszcze nie wiem jak się za to zabrać :) tzn mam problem z doborem elementów układu gdyż nie znam się na takich czujnikach, myślę, że należy szukać takiego, który reagowałby na spalanie tegoż gazu na płytce czujnika co z kolei przekładać by się miało na zmianę rezystancji...

    Może ktoś pomóc ruszyć z tym problemem? Podać linki? Poprawić jeśli piszę głupotę? :)

    Pozdrawiam,
  • #23
    w_mirek
    Poziom 17  
    Poszukaj odpowiednich czujników w firmie Maritex. Ale CO i CO2 to zupełnie różne gazy i na pewno będą potrzebne różne czujniki.
    Pozdrowienia
  • #25
    P4Xi
    Poziom 8  
    Trudno znaleźć AF50, znalazłem AF56 za 20-30 zeta. Idea zostaje podobna tylko że wykrywa więcej gazów? Chciałem dodać linki, mam za mało pkt ;/
    Pozdro