Bezprzewodowy system pobierania próbek powietrza
Bezprzewodowe pomiary i sterowanie - schemat układu aspiratora ze zdalnym sterowaniem

Jednym z większych problemów cywilizacyjnych jest walka z rosnącym zanieczyszczeniem powietrza. Podstawowym urządzeniem wykorzystywanym do pobierania próbek powietrza do analizy jest aspirator. Przygotowaliśmy prototyp bezprzewodowego, przenośnego aspiratora do pobieranie próbek powietrza. Urządzenie takie można umieścić na obiekcie generującym zanieczyszczenia (np. kominie) i z poziomu komputera PC sterować i monitorować przebieg pobierania próbki powietrza.

Budowa prototypu bezprzewodowego aspiratora

Schemat układu bezprzewodowo sterowanego aspiratora powietrza

Prototyp bezprzewodowego aspiratora do pobierania próbek powietrza zbudowaliśmy w oparciu o pompkę powietrza 12 V DC i różnicowy czujnik ciśnienia DRMOD-I2C-PD0B1 0-10 kPa. Urządzenia te połączyliśmy ze specjalnie zaprojektowanym tłumikiem pulsacji przepływu powietrza. Elementy te stanowiły podstawę układu regulacji przepływu powietrza z algorytmem PID. Do pomiaru wartości ciśnienia różnicowego wykorzystaliśmy moduł 4 wejść uniwersalnych oraz 4 wyjść analogowych iSMA-B-4U4A-H firmy GC5. Wejścia analogowe modułu umożliwiły pomiar sygnału napięciowego z czujnika ciśnienia z rozdzielczością 16 bitów. Moduł ten posiada również cztery wyjścia analogowe 0-10 V DC, pozwalające na ustawienie napięcia wyjściowego z dokładnością 10 mV. Sygnał napięciowy podłączyliśmy do sterownika silników prądu stałego SDC 106 firmy WObit, który sterował proporcjonalnie prędkością silnika pompki powietrza. Moduł wejść i wyjść analogowych połączyliśmy za pomocą interfejsu RS-485 z modułem komunikacji bezprzewodowej iSMA-B-W0202. Drugi, bliźniaczy moduł radiowy iSMA-B-W0202, podłączyliśmy do przenośnego komputera sterującego za pośrednictwem konwertera USB na RS-485. 

Bezprzewodowe sterowanie pracą aspiratora powietrza

 Do zasilania prototypu aspiratora wykorzystaliśmy akumulator żelowy o napięciu 12 V DC i pojemności 7 Ah. Zastosowaliśmy również dwie przetwornice napięcia DC/DC z wyjściem 5V DC (zasilanie sterownika silnika prądu stałego i różnicowego czujnika ciśnienia) oraz 24 V DC (zasilanie modułu wejść/wyjść analogowych i modułu komunikacyjnego). Aspirator z zasilaniem akumulatorowym pozwolił na pracę ciągłą przez okres ośmiu godzin na odległość 100 metrów od komputera sterującego. 

Oprogramowanie sterujące pracą aspiratora

Program sterujący bezprzewodowym aspiratorem powietrza

Dedykowane oprogramowanie przygotowaliśmy w graficznym środowisku programistycznym LabVIEW. Aplikacja zawierała edytor receptur, który umożliwiał dodawanie nowej receptury pobierania próbki powietrza, jej edycję, usunięcie i zapis do pliku. Program automatycznie dobierał ustawienia sposobu pracy aspiratora, umożliwiał obserwowanie przebiegu pobierania próbki powietrza na wykresie i realizację algorytmu regulacji PID prędkości silnika DC napędzającego pompkę powietrza.

Testy działania prototypu bezprzewodowego aspiratora

Stanowisko testowe poprawności pracy bezprzewodowego aspiratora powietrza

Testy przeprowadziliśmy na otwartej przestrzeni, umieszczając aspirator w różnych odległościach od komputera sterującego i na różnej wysokości. Uzyskane w trakcie testów wyniki mieściły się w zakresie  przewidzianym przez Polską Normę PN-EN ISO 13137:2014-02 z dnia 18 lutego 2014 roku, która ustala maksymalną wartość oscylacji przepływu powietrza dla aspiratora na poziomie ±5%.