โปรเจกต์ Solder Fume Extractor แบบ Automatic

ควันจากหัวแร้ง (Soldering iron) อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของเราอย่างมาก Solder ราคาถูกส่วนใหญ่จะมีส่วนประกอบของ Lead ซึ่ง Lead เป็นโลหะที่อันตรายและสามารถสร้างความเสียหายร้ายแรงต่อสุขภาพ หรือแม้แต่เป็นสาเหตุก่อมะเร็ง โดยปกติแล้ว Solder จะมี Lead 60% และ Tin 40% ดังนั้นมันจึงเป็นพิษต่อร่างกายของเรามาก แม้แต่ Solder แบบ Lead-free ก็เป็นอันตรายต่อร่างกายเช่นกัน! เพราะพวกมันมี Resin อยู่ในแกนกลาง และ Resin ก็เป็นพิษด้วย Solder ทุกประเภทล้วนมีอันตรายไม่มากก็น้อย

ดังนั้นคนที่ใช้หัวแร้งเป็นเวลานานจึงตกอยู่ในอันตรายอย่างยิ่ง ซึ่งผมก็เป็นหนึ่งในนั้น ผมจึงค้นหาวิธีแก้ปัญหาจากอินเทอร์เน็ตและพบ Fume Extractor หลายรูปแบบ แต่มันดูน่าเบื่อไปหมด ผมจึงตัดสินใจสร้าง Fume Extractor ของตัวเองที่ดูฉลาดขึ้นมานิดหน่อย โดยมันสามารถตรวจจับควันที่มาจากหัวแร้งแล้วสั่งเปิด Fan เพื่อดูดควันออกไป

มันใช้ Air Particle sensor เพื่อตรวจจับควันแล้วสั่งเปิด PC fan ขนาด 90mm เพื่อดูดควันออกจากอากาศ

Hardware

สมองหลักของระบบคือ Arduino NANO มันจะคอยตรวจจับควันโดยใช้ Sensor และสั่งเปิด Fan เพื่อดูดควันที่เป็นอันตรายออกจากอากาศ

สำหรับโปรเจกต์นี้ ผมใช้ Sharp gp2y1014au0f ซึ่งเป็น Air particle sensor เพื่อตรวจจับควันจากหัวแร้ง มันคือ Sensor ตรวจวัดอนุภาคที่ใช้ IR LED และเมื่อมีอนุภาคในอากาศเข้าไปใน Sensor แสงจะสะท้อนไปยัง Photodetector เทคนิคนี้เรียกว่า laser scattering ความเข้มของแสงที่สะท้อน (Bounced) จะขึ้นอยู่กับอนุภาคฝุ่น ยิ่งมีอนุภาคฝุ่นมากเท่าไหร่ การสะท้อนหรือการกระเจิงของแสงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงบน Photodetector นี้จะเปลี่ยนค่า Output Voltage ของ Sensor

ผมยังใช้ Fan ขนาด 90mm*90mm*25mm เพื่อใช้เป็น Fume Extractor โดยมันจะถูกเปิดและปิดผ่าน 5V Relay ซึ่งควบคุมโดย Arduino

Coding

อ้างอิงจาก Datasheet ของ Sensor ในตอนแรก IR LED จะต้องถูกเปิดและรอเป็นเวลา 280µs ก่อนจะอ่านค่า จากนั้นจึงอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าจาก Analog Pin การทำงานนี้ใช้เวลาประมาณ 50µs ดังนั้นจึงต้องหน่วงเวลา 50µs แล้วค่อยปิด IR LED โดย IR LED ควรจะส่งสัญญาณ Pulse เปิดและปิดหนึ่งครั้งทุกๆ 10ms ดังนั้นจึงต้องรอเวลาที่เหลือคือ (10000-280-50)µs = 9670µs

 digitalWrite(led,LOW);       
 delayMicroseconds(280);      
 SensorOut = analogRead(SensorPin);  
 delayMicroseconds(50);           
 digitalWrite(led,HIGH);              
 delayMicroseconds(9670);   

หลังจากนั้นเราสามารถคำนวณหาค่าความหนาแน่นของฝุ่นได้โดยใช้การคำนวณง่ายๆ

 SensorVo = SensorOut*(5.0/1024);
 Dust = (SensorVo-Voltage_noDust)*100/K;

จากนั้นผมได้ตั้งค่า Threshold สำหรับฝุ่น เมื่อค่าสูงกว่า Threshold ที่กำหนดไว้ Relay จะเปิดทำงานเป็นเวลา 5 วินาที

if (Dust > 100){
digitalWrite (relay, HIGH);
delay(5000);
}
else {
digitalWrite (relay, LOW);
}

Video