Projekt precyzyjnego alkomatu badającego stężenie alkoholu we krwi na podstawie zawartości cząsteczek alkoholu w wydychanym powietrzu obejmuje integrację wyświetlacza OLED i graficznego interfejsu użytkownika sterowanego za pomocą czujnika zmiany ciśnienia wykrywającego początek pomiaru z precyzyjnym czujnikiem stężenia alkoholu w powietrzu w specjalnie zaprojektowanej komorze pomiarowej ze stałym, kontrolowanym przepływem powietrza. Informacja zwrotna dla użytkownika prezentowana jest w samodzielnie zaprojektowanym interfejsie użytkownika na ekranie OLED oraz za pomocą adresowalnego paska LED. Po wstępnej kalibracji czujnika można było dobrać odpowiedni kontrolowany przepływ powietrza za pomocą malutkiego wentylatora sterowanego sygnałem PWM oraz kształt całej komory pomiarowej. Alkomat zasilany jest pojedynczym ogniwem litowo-jonowym 18650 o pojemności 3000mAh co wystarcza na miesiąc codziennego użytkowania. Alkomat może przy okazji pełnić funkcję power-banku. Całość zamknięta jest w małej i lekkiej obudowie wydrukowanej w 3D, która została dodatkowo spolerowana i zabezpieczona lakierem bezbarwnym, dzięki czemu nie odbiega wyglądem od wysokiej jakości produktów produkowanych masowo.
- Płytka Seeeduino Xiao SAMD21z procesorem ARM Cortex M0+
- Włącznik bistabilny z podświetleniem
- Ekran monochromatyczny OLED 128x64
- Cyfrowy czujnik różnicy ciśnienia (przepływowy)
- Analogowy czujnik stężenia alkoholu w powietrzu MQ-3
- Tranzystor S8050LT1 w obudowie SOT-23
- Wentylator 2006 5V
- Buzzer ze zmiennymi tonami dźwięku
- Akumulator Li-Ion 18650 3000mAh
- Przetwornica dedykowana do powerbanków z niskim prądem załączenia
- Perforowana płytka PCB
- Konwerter sygnałów logicznych 3.3-5v
- Taśma adresowalnych diod LED (6 sztuk)
- Przewody w taśmie 0.75mm² ~0.5m taśmy 6 żyłowej
- Przewody zasilające 1.5mm² ~0.75m
- Zestaw złącz szpilkowych typu Goldpin ~30 sztuk
- Stopki filcowe
- 150g filamentu
- Gąbka izolacyjna
- Koszulki termokurczliwe
- Śruby imbusowe M3x30 (4 sztuki)
- Lutownica
- Cyna i topnik
- Zgrzewarka do ogniw Li-Ion
- Drukarka 3D
- Podstawowe narzędzia modelarskie
- Multimetr
- Oscyloskop
- Klej cyjano-akrylowy
- Czysty etanol do wstępnej kalibracji
- Duży pojemnik do wstępnej kalibracji (min. 50L)
- Lakier bezbarwny
- Komputer z programem MATLAB
Na perforowanej płytce PCB przygotowujemy układ elektroniczny do sterowania peryferiami przy użyciu tranzystora S8050LT1 oraz konwertera logicznego 3.3v-5v w celu komunikacji z czujnikami, tranzystorem oraz taśmą LED. Pomiar napięcia na akumulatorze odbywa się poprzez układ sterujący ładowaniem akumulatora i jest zwracany za pomocą 4 diod na spodzie urządzenia. Do płytki lutujemy wyświetlacz OLED sterowany przez I²C i pozostałe peryferia.
Do przetwornicy zasilającej podłączamy bistabilny przełącznik (nasz wyłącznik główny). Dzięki niskiemu prądowi załączenia układ budzi PDB. Przygotowujemy wyprowadzenia z akumulatora - UWAGA! Do tego lepiej wykorzystać zgrzewarkę! Lutownica będzie miała za małą moc i może uszkodzić ogniwa. W razie sytuacji awaryjnej można użyć mocnego kwasu lutowniczego oraz lutownicy transformatorowej wspieranej dodatkowo palnikiem. Lutujemy ogniwo do PDB i aktywujemy ją podłączając do niej ładowarkę.
Po wgraniu programu z autorskim interfejsem użytkownika testujemy cały układ i przechodzimy do kalibracji. W tym celu umieszczamy w dużym pojemniku o znanej nam objętości bardzo małe ilości czystego etanolu (96-98%) odmierzone na wadze laboratoryjnej odpowiadające kilku punktom pomiarowym, które realnie można uzyskać dmuchając w alkomat. Znając już wartości graniczne zwracane przez czujnik oraz położenie punktu 0.00‰ wprowadzamy je do kodu i dopasowujemy prędkość wentylatora oraz kształt komory pomiarowej ponawiając pomiary (tym razem wkładając cały układ do pojemnika).
Drukujemy finalną wersję obudowy i przechodzimy do montażu. Czujnik zmiany ciśnienia powinien znaleźć się bezpośrednio za wejściem ustnika do komory pomiarowej. Do wydrukowanej obudowy wkładamy czujnik alkoholu ustawiony prostopadle do kierunku przepływu powietrza. Wentylator wklejamy przy wylocie z komory pomiarowej skierowany wzdłuż przepływu powietrza. Drukujemy maskownicę taśmy LED, ustnik oraz wymienne końcówki.
Po ukończeniu komory pomiarowej można włożyć do środka całą elektronikę - przyda się klej oraz gąbka izolacyjna do zabezpieczenia akumulatora. Wklejamy taśmę LED i wkręcamy główny wyłącznik. Zabezpieczamy klejem PDB akumulatora od spodu urządzenia i przykręcamy wieczko śrubami imbusowymi. Tak ukończony alkomat jest gotowy do kalibracji końcowej, do której wykorzystamy inny sprawny i skalibrowany alkomat. Najlepiej przygotować sobie tabelkę w Excelu i w miarę zwiększania stężenia alkoholu we krwi konsekwentnie wykonywać po 2 pomiary (skalibrowanym i naszym alkomatem) a następnie zapisywać każdy pomiar (promile ze skalibrowanego alkomatu i surowa wartość z czujnika z naszego alkomatu. Po wykonaniu przynajmniej 20 pomiarów przenosimy się do MATLABa, gdzie usuwamy wszystkie wyniki za bardzo odchylające się od trendu. Pozostałe wyniki interpolujemy i wyprowadzamy wzory na krzywe pomiarowe w przynajmniej 5 zakresach. Przenosimy wzory do kodu i integrujemy je z przeliczaniem wyniku na promile. WAŻNE! - Każdy jeden pomiar alkomatem w rzeczywistości składa się z 40 pomiarów, które są następnie uśredniane aby zapewnić największą wiarygodność pomiaru. Tak skalibrowany alkomat jest gotowy do użycia i wymaga rekalibracji średnio raz na 2 lata. Zalecam przechowywać alkomat w szczelnym woreczku strunowym (ciągła wymiana powietrza w czujniku może wpłynąć negatywnie na jego powtarzalność i żywotność.
ZIP poniżej