Realizziamo un etilometro con la scheda Flip&Click

Un etilometro, dall’inglese Breathalyzer, è un dispositivo che ha l’obiettivo di stimare il contenuto di alcol nel sangue (BAC) da un campione di respiro. Il test non invasivo fornisce risultati immediati per determinare il BAC di un individuo, tuttavia, il risultato può variare tra individui che consumano quantità identiche di alcol, a causa del sesso, peso e la predisposizione genetica. Dopo che l'alcool viene assorbito nel flusso sanguigno, circa il 10% viene rilasciato attraverso il respiro, le urine e la sudorazione; il resto è ripartito nel processo di metabolismo. Gli etilometri commerciali stimano appunto il BAC attraverso il respiro utilizzando in generale varie tecnologie: quella ad infrarossi, celle elettrochimiche e sensori a semiconduttore. In questo articolo attraverso la scheda Flip&Click e il modulo Alcool Click vedremo come sia possibile costruire un Etilometro. Il modulo sensore sfrutta uno strato di biossido di stagno (SnO2), un composto inorganico avente bassa conduttività in aria pulita, per rilevare i livelli di gas di alcol in concentrazioni da 0.04 a 4 mg / l.

Introduzione

L’etilometro è uno strumento in grado di misurare i livelli di etanolo nel sangue.  La concentrazione di alcolemia viene misurata in g/l, al fine di determinare i livelli imposti dalle normative del codice della strada. Ci sono diversi tipi di dispositivi etilometrici. Indipendentemente dal tipo, ogni dispositivo ha un boccaglio, un tubo attraverso il quale si soffia aria. Il campione di aria espirata viene fatta gorgogliare in una fiala o sensore che contiene una miscela di sostanze chimiche che reagiscono con l'alcol. La reazione permette di valutare il tasso di alcol impiegando vari tecnologie di interfacce grafiche di visualizzazione. Il principio chimico alla base del funzionamento è la legge di Henry che regola la solubilità di gas in un determinato liquido: “Ad una temperatura costante, la quantità di un dato gas che si scioglie in un dato volume di liquido è direttamente proporzionale alla pressione di tale gas su quel liquido “. Un modo equivalente è che la solubilità di un gas in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione del gas sul liquido. Al raggiungimento dell’equilibrio, il liquido si definisce saturo relativamente a quel gas in una determinata pressione. Quando l’alcol viene assorbito dall’organismo, entra in circolo nel sangue che rappresenta il nostro “liquido”. L’etilometro registrerà la percentuale di alcol nel vapore contenuto nell’aria che respiriamo proporzionale a quella contenuta nel sangue. Dal punto di vista matematico la legge è espressa nel seguente modo:

C = k * P

Dove P è la pressione del gas sul liquido o soluzione, C è la concentrazione del gas nella rispettiva soluzione. Il fattore k è una costante di proporzionalità tipica per ciascun gas: per il CO2 per esempio è 3.4 * 10-2 mol/atm * L in acqua a 298 K. I valori di k non sono costanti ma possono variare in funzione di molti parametri tra i quali la temperatura.

La scheda e i moduli

La scheda master impiegata nel progetto è la Flip&Clik che abbiamo conosciuto negli articoli precedenti. La scheda è un connubio perfetto tra Arduino e Python, l’hardware è simile a quello di Arduino con MCU AT91SAM3X8E e la corrispondente compatibilità con Arduino IDE. Il nome Flip & Click è relativo alla facilità di inserimento delle schede/moduli posizionati sul retro attraverso il connettore mikroBUS: un semplice click permette di inserire vari moduli sensori che la MikroElektronika mette a disposizione. In totale 4 schede socket possono essere inserite su una scheda Flip&Click. I moduli impiegati per il progetto sono i seguenti: 8x8 Click, Alcool Click e Air Quality Click.  8x8 B Click è una soluzione semplice nel fattore di forma mikroBUS per l'aggiunta di una matrice LED blu 8x8. È dotato del driver LED MAX7219, così come 64 diodi LED BLU. La comunicazione avviene attraverso quattro linee SPI (DIN, DOUT, CLK e CS). La scheda è progettata per essere alimentata a 5V e 3.3 V (Figura 1 e 2).

Figura 1: Modulo 8x8 Click

Figura 1: Modulo 8x8 Click

 

Figura 2: Schema elettrico del modulo 8x8 Click

Figura 2: Schema elettrico del modulo 8x8 Click

Il driver MAX7219 include un decoder BCD code-B, un circuito multiplex, i driver di segmento e una RAM statica 8x8 che memorizza ogni cifra. Il driver include una modalità  low-power shutdown di 150 μA , il controllo analogico e digitale della luminosità e un registro scan-limit che permette all'utente di [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 27 settembre 2016

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