HackerBox 0035: Elektrokemija: 11 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Ovog mjeseca HackerBox Hakeri istražuju različite elektrokemijske senzore i tehnike ispitivanja za mjerenje fizičkih svojstava materijala. Ovaj Instructable sadrži informacije za početak rada s HackerBox -om #0035, koji se može kupiti ovdje dok traju zalihe. Također, ako želite svakog mjeseca primati ovakav HackerBox u poštanski sandučić, pretplatite se na HackerBoxes.com i pridružite se revoluciji!

Teme i ciljevi učenja za HackerBox 0035:

• Konfigurirajte Arduino Nano za upotrebu s Arduino IDE -om
• Ožičite i kodirajte OLED modul za prikaz mjerenja
• Napravite alkotest pomoću senzora za alkohol
• Usporedite plinske senzore za mjerenje kvalitete zraka
• Odredite kvalitetu vode iz ukupnih otopljenih krutih tvari (TDS)
• Testirajte beskontaktno i uronjeno u vodu termičko osjetilo

HackerBoxes je mjesečna pretplatnička usluga za DIY elektroniku i računalnu tehnologiju. Mi smo hobisti, stvaratelji i eksperimentatori. Mi smo sanjari snova. HAKNI PLANETU!

Korak 1: HackerBox 0035: Sadržaj kutije

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0,96 I2C zaslon 128x64 piksela
• Mjerač kvalitete vode TDS-3
• GY-906 Beskontaktni temperaturni modul
• Senzor onečišćenja kvalitete zraka MP503
• DS18B20 Vodonepropusna sonda za temperaturu
• Modul senzora alkohola MQ-3
• MQ-135 Modul osjetnika plina opasnog po zrak
• DHT11 Modul vlažnosti i temperature
• KY-008 Laserski modul
• Set LED dioda, 1K otpornici i taktilni gumbi
• Oglasna ploča "Kristalno čista" s 400 točaka
• Komplet žice za kratkospojnike - 65 komada
• MircoUSB kabel
• Ekskluzivne HackerBoxes naljepnice

Još neke stvari koje će vam biti od pomoći:

• Lemilica, lemljenje i osnovni alati za lemljenje
• Računalo za pokretanje softverskih alata

Ono što je najvažnije, trebat će vam osjećaj avanture, DIY duh i hakerska znatiželja. Hardcore DIY elektronika nije trivijalna potraga, a HackerBox -i nisu razvodnjeni. Cilj je napredak, a ne savršenstvo. Kad ustrajete i uživate u avanturi, veliko zadovoljstvo može se steći učenjem nove tehnologije i nadamo se uspješnim nekim projektima. Predlažemo da svaki korak napravite polako, vodeći računa o pojedinostima, i nemojte se bojati zatražiti pomoć.

U FAQ -u o HackerBoxima postoji mnoštvo informacija za trenutne i buduće članove.

Korak 2: Elektrokemija

Elektrokemija (Wikipedia) je grana fizičke kemije koja proučava odnos između električne energije, kao mjerljive i kvantitativne pojave, te određene kemijske promjene ili obrnuto. Kemijske reakcije uključuju električne naboje koji se kreću između elektroda i elektrolita (ili iona u otopini). Tako se elektrokemija bavi interakcijom između električne energije i kemijske promjene.

Najčešći elektrokemijski uređaji su svakodnevne baterije. Baterije su uređaji koji se sastoje od jedne ili više elektrokemijskih ćelija s vanjskim priključcima za napajanje električnih uređaja poput svjetiljki, pametnih telefona i električnih automobila.

Elektrokemijski senzori plina detektori su plina koji mjere koncentraciju ciljnog plina oksidacijom ili redukcijom ciljnog plina na elektrodi i mjerenjem rezultirajuće struje.

Elektroliza je tehnika koja koristi istosmjernu električnu struju (DC) za pokretanje inače nespontane kemijske reakcije. Elektroliza je komercijalno važna kao faza u odvajanju elemenata od prirodnih izvora poput ruda pomoću elektrolitičke ćelije.

Korak 3: Arduino Nano platforma za mikrokontroler

Arduino Nano ili slična ploča mikrokontrolera izvrstan je izbor za povezivanje s elektrokemijskim senzorima i prikazom izlaza na računalu ili video zaslonu. Uključeni Arduino Nano modul dolazi sa zaglavljima, ali nisu lemljeni na modulu. Za sada ostavite iglice isključene. Izvršite ova početna ispitivanja Arduino Nano modula PRIOR za lemljenje igala zaglavlja Arduino Nano. Sve što je potrebno za sljedećih nekoliko koraka je microUSB kabel i Nano modul upravo kad izlazi iz vrećice.

Arduino Nano je minijaturna Arduino ploča s površinskim montiranjem, prilagođena matičnoj ploči s integriranim USB-om. Nevjerojatno je pun funkcija i lako se hakira.

Značajke:

• Mikrokontroler: Atmel ATmega328P
• Napon: 5V
• Digitalni I/O pinovi: 14 (6 PWM)
• Igle za analogni ulaz: 8
• DC struja po I/O pin: 40 mA
• Flash memorija: 32 KB (2KB za pokretački program)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Takt: 16 MHz
• Dimenzije: 17 x 43 mm

Ova posebna varijanta Arduino Nano je dizajn crnog Robotdyna. Sučelje je na ugrađenom MicroUSB priključku koji je kompatibilan s istim MicroUSB kabelima koji se koriste s mnogim mobilnim telefonima i tabletima.

Arduino Nanos ima ugrađeni USB/serijski most čip. U ovoj varijanti, čip za most je CH340G. Imajte na umu da se na raznim vrstama Arduino ploča koriste razne druge vrste USB/serijskih čipova. Ovi čipovi omogućuju vam USB priključak računala za komunikaciju sa serijskim sučeljem na Arduinovom procesorskom čipu.

Operacijski sustav računala zahtijeva upravljački program za komunikaciju s USB/serijskim čipom. Upravljački program omogućuje IDE -u komunikaciju s Arduino pločom. Specifični upravljački program koji je potreban ovisi o verziji OS -a i vrsti USB/serijskog čipa. Za USB/serijske čipove CH340 dostupni su upravljački programi za mnoge operativne sustave (UNIX, Mac OS X ili Windows). Proizvođač CH340 opskrbljuje te upravljačke programe ovdje.

Kada prvi put priključite Arduino Nano u USB priključak vašeg računala, trebala bi se upaliti zelena žaruljica napajanja, a nedugo nakon toga plava LED dioda trebala bi početi polako treptati. To se događa jer je Nano unaprijed učitan BLINK programom, koji radi na potpuno novom Arduino Nano.

Korak 4: Arduino integrirano razvojno okruženje (IDE)

Ako još nemate instaliran Arduino IDE, možete ga preuzeti s Arduino.cc

Ako želite dodatne uvodne informacije za rad u ekosustavu Arduino, predlažemo da provjerite upute za početnu radionicu HackerBoxes.

Priključite Nano u MicroUSB kabel, a drugi kraj kabela u USB priključak na računalu, pokrenite Arduino IDE softver, odaberite odgovarajući USB priključak u IDE -u pod alati> port (vjerojatno naziv s "wchusb" u njemu). Također odaberite "Arduino Nano" u IDE -u pod alati> ploča.

Na kraju, učitajte dio primjera koda:

Datoteka-> Primjeri-> Osnove-> Treptanje

Ovo je zapravo kod koji je unaprijed učitan na Nano i trebao bi se pokrenuti upravo sada kako bi polako treptao plavu LED diodu. U skladu s tim, ako učitamo ovaj primjer koda, ništa se neće promijeniti. Umjesto toga, promijenimo malo kôd.

Pomno promatrajući, možete vidjeti da program uključuje LED diodu, čeka 1000 milisekundi (jedna sekunda), isključuje LED, čeka još jednu sekundu, a zatim sve to radi - zauvijek.

Izmijenite kôd mijenjanjem oba izraza "delay (1000)" u "delay (100)". Ova će izmjena uzrokovati da LED dioda treperi deset puta brže, zar ne?

Učitajmo izmijenjeni kôd u Nano klikom na gumb UPLOAD (ikona strelice) neposredno iznad vašeg izmijenjenog koda. Pod kodom potražite informacije o statusu: "sastavljanje", a zatim "učitavanje". Na kraju bi IDE trebao označiti "Uploading Complete" i LED bi trebao brže treptati.

Ako je tako, čestitamo! Upravo ste hakirali svoj prvi komad ugrađenog koda.

Nakon što se učita i pokrene vaša verzija s brzim treptajem, zašto ne provjerite možete li ponovo promijeniti kôd kako bi LED dioda brzo trepnula dvaput, a zatim pričekati nekoliko sekundi prije nego što ponovite? Pokušati! Što kažete na neke druge uzorke? Nakon što uspijete vizualizirati željeni ishod, kodirati ga i promatrati kako radi kako je planirano, napravili ste ogroman korak prema tome da postanete kompetentan haker hardvera.

Korak 5: Igle zaglavlja i OLED na lemilici

Sada kada je vaše razvojno računalo konfigurirano za učitavanje koda na Arduino Nano i Nano je testiran, odspojite USB kabel iz Nano -a i pripremite se za lemljenje igala zaglavlja. Ako vam je to prva noć u borilačkom klubu, morate lemiti! Na internetu postoji mnogo sjajnih vodiča i video zapisa o lemljenju (na primjer). Ako smatrate da vam je potrebna dodatna pomoć, pokušajte pronaći lokalnu grupu proizvođača ili prostor za hakere u vašem području. Također, radio -amaterski klubovi uvijek su izvrstan izvor iskustva u elektronici.

Lemite dva jednoredna zaglavlja (po petnaest pinova svaki) na Arduino Nano modul. Šest-pinski ICSP (in-circuit serijsko programiranje) konektor neće se koristiti u ovom projektu, pa samo ostavite te pinove isključenima. Nakon što je lemljenje završeno, pažljivo provjerite ima li lemnih mostova i/ili spojeva hladnog lemljenja. Na kraju, priključite Arduino Nano na USB kabel i provjerite radi li sve i dalje ispravno.

Za spajanje OLED -a na Nano umetnite oboje u lemljenu ploču kao što je prikazano i ožičite između njih prema ovoj tablici:

OLED…. NanoGND….. GNDVCC…..5VSCL….. A5SDA….. A4

Za pogon OLED zaslona, instalirajte SSD1306 OLED upravljački program za zaslon koji se ovdje nalazi u Arduino IDE.

Testirajte OLED zaslon učitavanjem primjera ssd1306/pahuljica i programiranjem u Nano.

Drugi primjeri iz biblioteke SDD1306 korisni su za istraživanje korištenja OLED zaslona.

Korak 6: MQ-3 senzor alkohola i alkotest demo

Senzor alkoholnog plina MQ-3 (podatkovni list) je jeftin poluvodički senzor koji može otkriti prisutnost alkoholnih plinova u koncentracijama od 0,05 mg/L do 10 mg/L. Senzorni materijal koji se koristi u MQ-3 je SnO2, koji pokazuje povećanu vodljivost kada je izložen povećanoj koncentraciji alkoholnih plinova. MQ-3 je visoko osjetljiv na alkohol s vrlo malo unakrsne osjetljivosti na dim, paru ili benzin.

Ovaj modul MQ-3 pruža neobrađeni analogni izlaz u odnosu na koncentraciju alkohola. Modul također sadrži usporednik LM393 (podatkovna tablica) za prag digitalnog izlaza.

Modul MQ-3 može se spojiti na Nano prema ovoj tablici:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Ne koristi se

Demo kôd iz videa.

UPOZORENJE: Ovaj projekt je samo obrazovna demonstracija. To nije medicinski instrument. Nije kalibrirano. Ni na koji način ne namjerava odrediti razinu alkohola u krvi radi procjene zakonskih ili sigurnosnih granica. Ne budi glup. Nemojte piti i voziti. Stići živ!

Korak 7: Otkrivanje ketona

Ketoni su jednostavni spojevi koji sadrže karbonilnu skupinu (dvostruka veza ugljik-kisik). Mnogi ketoni važni su i u industriji i u biologiji. Uobičajeni otapalo aceton je najmanji keton.

Danas su mnogi upoznati s ketogenom prehranom. To je dijeta koja se temelji na konzumaciji velike količine masti, dovoljne količine proteina i malo ugljikohidrata. To tjera tijelo da sagorijeva masti, a ne ugljikohidrate. Uobičajeno, ugljikohidrati sadržani u hrani pretvaraju se u glukozu, koja se zatim transportira po tijelu i posebno je važna za poticanje moždane funkcije. Međutim, ako u prehrani ima malo ugljikohidrata, jetra pretvara masti u masne kiseline i ketonska tijela. Ketonska tijela prolaze u mozak i zamjenjuju glukozu kao izvor energije. Povišena razina ketonskih tijela u krvi dovodi do stanja poznatog kao ketoza.

Primjer projekta otkrivanja ketona

Još jedan primjer projekta otkrivanja ketona

Usporedba senzora plina MQ-3 i TGS822

Korak 8: Mjerenje kvalitete zraka

Do zagađenja zraka dolazi kada se u atmosferu unesu štetne ili prekomjerne količine tvari, uključujući plinove, čestice i biološke molekule. Zagađenje može uzrokovati bolesti, alergije, pa čak i smrt ljudi. Također može nanijeti štetu drugim živim organizmima kao što su životinje, usjevi hrane i okoliš općenito. Ljudska aktivnost i prirodni procesi mogu uzrokovati zagađenje zraka. Zagađenje zraka u zatvorenim prostorima i loša kvaliteta gradskog zraka navedeni su kao dva od najvećih svjetskih problema otrovnog zagađenja.

Možemo usporediti rad dva različita senzora kvalitete zraka (ili opasnosti od zraka). To su MQ-135 (podatkovni list) i MP503 (podatkovni list).

MQ-135 osjetljiv je na metan, dušikove okside, alkohole, benzen, dim, CO2 i druge molekule. Njegovo sučelje identično je sučelju MQ-3.

MP503 osjetljiv je na formaldehid, benzen, ugljični monoksid, vodik, alkohol, amonijak, dim cigarete, mnoge mirise i druge molekule. Njegovo sučelje je prilično jednostavno, pruža dva digitalna izlaza za označavanje četiri razine koncentracija onečišćujućih tvari. Zadani konektor na MP503 ima muško zaglavlje omotano plastikom, koje se može ukloniti i zamijeniti standardnim 4-pinskim zaglavljem (isporučeno u vrećici) za upotrebu s lemljenim pločama, DuPont kratkospojnicima ili sličnim uobičajenim konektorima.

Korak 9: Mjerenje kvalitete vode

TDS-3 Tester kvalitete vode

Ukupna otopljena čvrsta tijela (TDS) su ukupna količina pokretnih iona, uključujući minerale, soli ili metale otopljene u određenom volumenu vode. TDS, koji se temelji na vodljivosti, izražava se u dijelovima na milijun (ppm) ili miligramima na litru (mg/L). Otopljene čvrste tvari uključuju bilo koji prisutni vodljivi anorganski element osim molekula čiste vode (H2O) i suspendiranih krutina. EPA maksimalna razina zagađivača TDS -a za ljudsku prehranu iznosi 500 ppm.

Uzimanje TDS mjerenja

1. Skinite zaštitnu kapicu.
2. Uključite TDS mjerač. Prekidač za uključivanje/isključivanje nalazi se na ploči.
3. Uronite mjerač u vodu/otopinu do max. razina uranjanja (2”).
4. Lagano promiješajte mjerač kako biste uklonili mjehuriće zraka.
5. Pričekajte dok se zaslon ne stabilizira. Nakon što se očitanje stabilizira (približno 10 sekundi), pritisnite tipku HOLD da biste očitali očitanje iz vode.
6. Ako mjerač prikazuje simbol x10 koji treperi, očitanje pomnožite s 10.
7. Nakon uporabe otresite višak vode s mjerača. Zamijenite čep.

Izvor: Cijeli list s uputama

Eksperiment: Izgradite svoj vlastiti jednostavan TDS mjerač (projekt s video zapisom ovdje) koji se može kalibrirati i testirati na TDS-3.

Korak 10: Toplinski osjet

GY-906 Beskontaktni modul osjetnika temperature

GY-906 toplinski osjetljivi modul opremljen je MLX90614 (detalji). Ovo je jednostavan za korištenje, ali vrlo snažan jednozonski infracrveni termometar, koji može osjetiti temperaturu objekta između -70 i 380 ° C. Za komunikaciju koristi sučelje I2C, što znači da samo trebate posvetiti dvije žice s mikrokontrolera za povezivanje s njim.

Demo projekt termo senzora.

Još jedan projekt s termo senzorom.

DS18B20 Senzor temperature otporan na vodu

Jednožilni osjetnik temperature DS18B20 (detalji) može mjeriti temperaturu od -55 ℃ do 125 ℃ s točnošću od ± 5.

Korak 11: HAKNITE PLANETU

Ako ste uživali u ovom Instructable -u i želite da vam svaki mjesec na sandučić padne hladna kutija sa elektronikom i projektima računalne tehnologije, pridružite se revoluciji surfanjem na HackerBoxes.com i pretplatom na primanje naše mjesečne kutije iznenađenja.

Javite se i podijelite svoj uspjeh u komentarima ispod ili na Facebook stranici HackerBoxes. Svakako nas obavijestite ako imate pitanja ili trebate pomoć oko bilo čega. Hvala vam što ste dio HackerBox -a!