Робот по безопасности угольной промышленности на базе Arduino для обнаружения газа и пожаров

Основной целью этого проекта является разработка робота, обеспечивающего безопасность при добыче угля, который будет обнаруживать токсичные газы, выбрасываемые в угольных шахтах. Он используется для определения уровня температуры и влажности внутри угольной шахты, а также для обнаружения любого пожара внутри угольной шахты и его тушения.

Угольные шахты подвержены пожарам из-за того, что уголь сам по себе горюч. Угольные пожары могут быть настолько сильными, что добычу полезных ископаемых придется прекратить. Серьезными последствиями пожаров могут быть взрывы угольной пыли и возгорание угольных пластов. Необходимость разработки и внедрения мер и систем безопасности для предотвращения и смягчения последствий пожаров имеет первостепенное значение.

В этой статье «Сделай сам» объясняются причины пожаров в угольных шахтах, методы обнаружения, методы предотвращения, методы пожаротушения, оповещения и эвакуации во время пожаров, а также последние технологические тенденции. Авторский прототип показан на рис. 1.

Предлагаемая интеллектуальная система безопасности отслеживает опасные для окружающей среды условия, такие как температура, газ, дым и влажность. Робот входит и перемещается внутри угольной шахты, обнаруживает любой присутствующий там опасный газ и обеспечивает безопасность от пожара, взрыва, отравленных газов, таких как CO, CO2 и CH4, и предупреждает людей внутри туннеля.

Вы можете посмотреть демонстрационное видео, приведенное ниже, чтобы получить краткое представление о проекте-

Блок-схема

Спецификация

Arduino Uno – это электронная платформа с открытым исходным кодом, основанная на простом в использовании аппаратном и программном обеспечении. Платы Arduino могут считывать входные данные, такие как свет на датчике, палец на кнопке или сообщение Twitter, и превращать их в выходные данные для активации двигателя, включения LED или публикации чего-либо в Интернете.

Рекомендуется: Идеи проектов Arduino

Zigbee   – это беспроводная технология, разработанная как открытый глобальный стандарт для удовлетворения уникальных потребностей недорогих и маломощных беспроводных сетей Интернета вещей. Стандарт Zigbee работает на основе физической спецификации радиосвязи IEEE 802.15.4 в нелицензируемых диапазонах, включая 2,4 ГГц, 900 МГц и 868 МГц.

LM35 — это датчик температуры, который выдает аналоговый сигнал, пропорциональный мгновенной температуре. Его выходное напряжение можно легко интерпретировать для получения показаний температуры в градусах Цельсия.

Преимущество LM35 перед термистором заключается в том, что он не требует внешней калибровки. Покрытие на нем также защищает его от самонагревания. Низкая стоимость (около 0,95 доллара США) и повышенная точность делают его популярным среди любителей, производителей схем своими руками и студентов.

MQ2 — широко используемый датчик газа серии MQ. Это газовый датчик металлооксид-полупроводникового типа (МОП), также известный как хемирезистор, поскольку обнаружение основано на изменении сопротивления чувствительного материала при контакте газа с материалом.

Используя простой делитель напряжения, можно определить концентрацию газа. MQ2 работает от напряжения 5 В постоянного тока и потребляет около 800 мВт. Он может обнаруживать сжиженный нефтяной газ, дым, алкоголь, пропан, водород, метан и концентрацию угарного газа в диапазоне от 200 до 10 000 ppm.

Датчик влажности  — это электронное устройство, которое измеряет влажность окружающей среды и преобразует полученные данные в соответствующий электрический сигнал. Датчик влажности используется для измерения и передачи данных о влажности. Датчики влажности сильно различаются по размеру и функциональности.

Реле используется для выполнения или break электрического соединения. Он имеет гибкую подвижную часть, которая управляется электроникой через электромагнит. По сути, это похоже на механический switch, который управляется электронным сигналом, а не включается или выключается вручную.

Liquid-crystal Дисплей (LCD) — это плоский дисплей или другое оптическое устройство с электронной модуляцией, в котором используется светомодулирующие свойства жидких кристаллов в сочетании с поляризатором. Жидкие кристаллы не излучают свет напрямую; они используют подсветку или отражатель для создания цветных или монохромных изображений.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Двигатели постоянного тока получают электрическую энергию от постоянного тока и преобразуют ее в механическое вращение.

MOSFET (металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор) представляет собой 3-контактное n-канальное кремниевое устройство с способностью проводить ток около 50 А, быстрой скоростью переключения, низким сопротивлением в открытом состоянии, номинальным напряжением пробоя 60 В и максимальное пороговое напряжение 4 В. Thin Semi 50N06 представляет собой 3-контактное кремниевое устройство с током проводимости около 50 А, высокой скоростью переключения, низким сопротивлением в открытом состоянии, номинальным напряжением пробоя 60 В и максимальным пороговым напряжением 4 В. В основном он используется для электронных балластов и маломощных импульсных электроприборов.

Моторный насос используется для перемещения жидкостей/газов из одного места в другое посредством механического воздействия. На рынке доступны различные типы механических насосов для широкого спектра применений, таких как перекачивание воды из колодцев, фильтрация воды в аквариуме или пруду, а также в таких отраслях, как автомобилестроение, энергетика и медицина.

Питаниеисточник питания На Arduino Uno можно подавать питание с помощью кабеля USB или внешнего источника питания. Внешние источники питания включают адаптер переменного тока в постоянный и аккумулятор. Адаптер можно подключить к Arduino Uno, подключив его к разъему питания платы Arduino. Аналогичным образом выводы аккумулятора можно подключить к контактам Vin и GND разъема питания. Рекомендуемый диапазон напряжения — от 7 до 12 В.

Схема робота для добычи угля

Схема робота безопасности для добычи угля показана на рис. 3. Схема включает в себя плату Arduino Uno, Zigbee, датчик температуры, датчик газа, датчик влажности, реле, LCD, двигатель постоянного тока, MOSFET, насос и несколько других компонентов.

Робот для добычи угля своими руками – код

Чтобы подготовить код для робота, откройте Arduino и объявите переменные и режимы выводов при запуске эскиза. Каждый из них включится, импортировав свои библиотеки. Первый фрагмент кода показан на рис. 4.

Пошаговое руководство по созданию робота

На миллисекунду произойдет переполнение, и плата Arduino начнет выполнять текущую программу. После настройки функций в коде загрузите код, выбрав правильный порт и плату в Arduino. Затем соедините компоненты согласно принципиальной схеме. Выполните действия, указанные ниже.

Шаг 1. Загрузите исходный код на доску Arduino Uno.
Шаг 2. Завершите подключение проекта согласно принципиальной схеме, показанной на рис. 3
Шаг 3. Для считывания показаний датчика выход датчика подключается к аналоговому входу Arduino. Таким образом, Arduino будет считывать входные данные с датчиков, такие как влажность и температура в помещении.
Шаг 4. Преобразуйте данные, считанные с датчика, в нормализованный набор данных, чтобы отобразить данные в процентах.
Шаг 5. Войдите в SD-карту if, на которой вы хотите хранить данные. (Это не обязательно). Используя библиотеку SD, мы можем хранить наши данные, такие как температура и влажность, на SD-карте. Максимальная емкость составляет 2 ГБ для карт SD и 16 ГБ для карт micro SD.
Шаг 6. Мы также можем отправлять данные с последовательного монитора на Arduino, вводя текст в нашу систему. Когда мы даём команду «Вперед», он будет двигаться в прямом направлении. Аналогично, команды «Назад», «Вправо» и «Влево» перемещают его назад, вправо и влево соответственно.

После правильной сборки робота, как показано на рис. 1, мы можем включить робота. Роботом теперь можно управлять, отправляя команды с помощью последовательного терминала для движения вперед, назад и других движений, заданных в коде. Теперь робот может входить в опасную среду и предоставлять различные данные о газе.

Этот робот измеряет температуру окружающей среды, обнаруживает любое пламя в угольной шахте и тушит его. Используя беспроводную технологию Zigbee, LCD, подключенный к роботу, показывает значения температуры, влажности и наличия газа в угольной шахте. На рис. 5 показаны программные команды LCD.

Загрузить исходный код

Вы также можете ознакомиться с другими интересными проектами в области электроники своими руками

Доктор. С. Раджан — профессор кафедры электроники и коммуникационной техники Велаларского инженерно-технологического колледжа.