Comment faire un kit de détection d'ammoniac : 8 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Dans ce tutoriel nous allons vous montrer comment utiliser des capteurs d'ammoniac, arduino et framboise pour mesurer la concentration d'ammoniac et fournir des alertes s'il y a une fuite ou une concentration trop élevée dans l'air !

Ce projet est notre projet d'école, en fait le laboratoire de chimie de notre école voulait un système pour détecter si la concentration d'ammoniac dans l'air était trop élevée. Dans le laboratoire, il y a une hotte de laboratoire chimique, et les étudiants doivent allumer ces hottes pour aspirer les vapeurs chimiques. Mais s'ils oublient d'allumer la hotte, des vapeurs toxiques peuvent se répandre à l'intérieur du laboratoire. Ce système permettra à l'enseignant responsable de recevoir une alerte si de l'ammoniac (qui est un gaz toxique) est détecté à l'extérieur de ces hottes.

Étape 1: Matériaux

Pour ce projet vous aurez besoin de:

- 2x capteur d'ammoniac MQ-137 (ou autant que vous le souhaitez)

- 1x Arduino Uno (il a un port série)

- 1x Genuino Mega 2560 (ou autres cartes avec 2 ou plusieurs ports série)

- 2x modules Bluetooth HC-05

- 1x Raspberry Pi modèle 3B

- 1x Batterie 9V

- Fils, câbles et résistances

Étape 2: Obtention des données des capteurs

Les capteurs sont câblés à un arduino Uno.

Pour réaliser cette application, ce capteur doit être alimenté. Pour ce faire, le 5V et la masse de la carte arduino sont utilisés. De plus, l'entrée analogique A0 permet de récupérer la valeur de résistance donnée par le capteur. De plus, l'Arduino est alimenté

Malheureusement, ces capteurs ne fournissent pas une sortie linéaire proportionnelle à la concentration d'ammoniac. Ces capteurs sont constitués d'une cellule électrochimique, modifiant la résistance liée à la concentration. La résistance augmente avec la concentration.

Le vrai problème avec ceux-ci, c'est qu'ils sont faits pour mesurer différents types de gaz, et la cellule électrochimique réagit étrangement. Par exemple, pour le même échantillon d'ammoniac liquide, les deux capteurs fournissent une sortie différente. Ils sont aussi assez lents.

Dans tous les cas, la résistance fournie par le capteur est convertie en 0-5V puis en "ppm" (= parties par million, c'est une unité pertinente pour mesurer la concentration de gaz) par l'arduino, en utilisant une courbe de tendance et son équation est fournie dans la documentation de ces capteurs.

Étape 3: Envoi de données via Bluetooth

Afin de positionner les capteurs à différents endroits du laboratoire, ils sont directement connectés à une carte Arduino alimentée par une pile 9V. Et pour communiquer les résultats d'ammoniac dans l'air à la carte Rapsberry, des modules bluetooth sont utilisés. La première carte connectée directement à la carte capteur est appelée esclave.

Pour utiliser les modules Bluetooth, ils doivent d'abord être configurés. Pour cela, connectez la broche EN du module au 5V (vous devriez voir la led clignoter toutes les 2 sec) et appuyez sur le bouton du module. Télécodez un code vide dans l'arduino et connectez la broche RX du module à la broche TX de l'arduino et vice versa. Après cela, allez dans le moniteur série, choisissez le bon débit en bauds (pour nous, c'était 38400 Br) et écrivez AT.

Si le moniteur série affiche "Ok", alors vous êtes entré en mode AT. Vous pouvez maintenant définir le module comme esclave ou maître. Vous pouvez trouver ci-dessous un pdf avec toutes les commandes pour le mode AT.

Le site Web suivant montre les étapes à suivre en mode AT pour notre module Bluetooth:

Le module bluetooth utilise 4 broches de l'arduino, 3,3V avec un diviseur de tension, la masse, les broches TX et RX. L'utilisation des broches TX et RX signifie que les données sont transférées par le port série de la carte.

N'oubliez pas que la broche RX du module bluetooth est connectée à la broche TX de l'Arduino et vice versa.

Vous devriez voir les deux leds des modules Bluetooth clignoter 2 fois environ toutes les 2 secondes lorsqu'ils sont connectés l'un à l'autre.

Le reçu et le code d'envoi sont réalisés sur la même carte et joints ci-après.

Étape 4: Réception des données et transfert vers le Raspberry Pi

Cette partie du projet est réalisée par l'arduino mega.

Cette carte est câblée à un module bluetooth, configuré pour recevoir les données, et le raspberry pi. Cela s'appelle Maître.

Dans ce cas, le module Bluetooth utilise un port série et les données sont transférées vers le raspberry pi à l'aide d'un autre port série. C'est pourquoi nous avons besoin d'une carte avec 2 ou plusieurs ports série.

Le code est presque le même qu'avant.

Étape 5: Enregistrement des données et fonction d'alerte

Le raspberry pi enregistrera les données toutes les 5 secondes (par exemple, peut varier) dans un fichier.csv et les enregistrera dans la capacité de la carte SD.

Parallèlement, le framboise vérifie si la concentration n'est pas trop élevée (plus de 10 ppm par exemple, peut varier) et envoie un e-mail d'alerte si c'est le cas.

Mais avant que la framboise puisse envoyer l'email, elle a besoin d'une petite configuration. Pour cela, allez dans le fichier "/etc/ssmtp/ssmtp.conf" et modifiez les paramètres suivant vos informations personnelles. Vous pouvez trouver un exemple ci-dessous (code_raspberry_conf.py).

En ce qui concerne le code principal (blu_arduino_print.py), il a besoin d'importer certaines librairies comme "serial" pour fonctionner avec le port de communication USB ou la librairie "ssmtp" pour envoyer l'email.

Parfois, il peut y avoir une erreur lors de l'envoi des données par Bluetooth. En effet, le framboise ne peut lire une ligne que lorsqu'il y a un nombre terminé par \n. Cependant, la framboise peut parfois recevoir autre chose comme "\r\n" ou simplement "\n". Donc, pour éviter que le programme ne s'arrête, nous avons utilisé la commande Try - Except.

Après, c'est juste un tas de conditions "si".

Étape 6: Faire des cas

Équipement requis:

- 1 boîte de jonction de 220*170*85 mm

- 1 boîte de jonction de 153*110*55 mm

- ertalon vert 500*15*15 mm

- 1,5 mètres de câbles électriques

- 2 modules bluetooth

- 1 Framboise

- 1 méga Arduino

- 1 Genuino

- pile 9v

- 1 câble de connexion Raspberry / Arduino

- 2 résistances de 2K ohm

- 2 résistances de 1K ohm

- Machine à souder

- Perceuse

- Forets

- Pince coupante

- Vu

Nous sommes partis de deux boîtes de jonction électriques dans lesquelles des découpes ont été faites. Tout d'abord, la réalisation de l'élément capteur/émetteur: deux supports pour fixer la carte Genuino où réalisés en ERTALON vert. Ensuite, il a fallu couper le couvercle pour mettre le capteur d'ammoniac et le fixer. Les câbles ont été connectés du capteur à la carte Genuino. Après cela, nous avons mis le module Bluetooth sur la boîte, soudé les câbles et connecté à la carte. Enfin, l'alimentation avec une pile 9V a été intégrée et câblée. Une fois le capteur terminé, nous avons pu commencer à travailler sur le récepteur. Pour cela, de la même manière que précédemment, nous avons commencé par réaliser les supports des deux cartes électroniques (la Raspberry et l'Arduino mega). Ensuite, nous découpons les fentes pour les câbles et les prises du Raspberry. Le module bluetooth a été fixé de la même manière qu'avant. Ensuite, des trous ont été percés sur le dessus du boitier pour permettre la ventilation des deux cartes électroniques et éviter tout risque de surchauffe. Pour terminer cette étape, tous les câbles ont été connectés et le projet n'a plus qu'à être alimenté et testé.

Étape 7: Améliorations

En termes d'amélioration, plusieurs points peuvent être évoqués:

- Le choix d'un capteur plus performant. En effet, ils ne détectent pas rapidement l'apparition d'ammoniac dans l'air. Ajoutez à cela qu'une fois saturés d'ammoniac, il leur faut un certain temps pour s'en débarrasser.

-Utilisé une carte arduino ayant directement un module Bluetooth comme spécifié à la base de notre projet. Malheureusement, Genuino 101 n'est plus disponible sur le marché européen.

- Intégrer un afficheur dans le boîtier où se trouve le capteur pour connaître la concentration de façon continue

- Assurer la construction automatique d'un graphe à partir des données stockées sur le fichier csv.