HackerBox 0035: Elektrokemija: 11 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:06

Ta mesec HackerBox Hekerji raziskujejo različne elektrokemijske senzorje in preizkušajo tehnike za merjenje fizikalnih lastnosti materialov. Ta navodila vsebujejo informacije za začetek uporabe HackerBox -a #0035, ki ga lahko kupite tukaj, dokler so na zalogi. Če želite vsak mesec v svoj nabiralnik prejemati takšen HackerBox, se naročite na HackerBoxes.com in se pridružite revoluciji!

Teme in učni cilji za HackerBox 0035:

• Konfigurirajte Arduino Nano za uporabo z Arduino IDE
• Za prikaz meritev povežite in kodirajte modul OLED
• S senzorji za alkohol sestavite predstavitev alkotesta
• Primerjajte senzorje plina za meritve kakovosti zraka
• Določite kakovost vode iz skupnih raztopljenih trdnih snovi (TDS)
• Preizkusite brezkontaktno in potopljeno toplotno zaznavanje

HackerBoxes je storitev mesečne naročnine na elektroniko in računalniško tehnologijo DIY. Smo ljubitelji, ustvarjalci in eksperimentatorji. Mi smo sanjači sanj. ZDRUŽITE PLANETO!

1. korak: HackerBox 0035: Vsebina škatle

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0,96 I2C zaslon 128x64 slikovnih pik
• Merilnik kakovosti vode TDS-3
• GY-906 Brezkontaktni temperaturni modul
• Senzor onesnaževanja kakovosti zraka MP503
• DS18B20 Vodotesna temperaturna sonda
• Modul senzorja alkohola MQ-3
• Modul senzorja plina za nevarnost zraka MQ-135
• Modul vlažnosti in temperature DHT11
• Laserski modul KY-008
• Komplet LED, 1K uporov in taktilnih gumbov
• 400 -točkovna "Crystal Clear" plošča
• Komplet žične skakalnice - 65 kosov
• MircoUSB kabel
• Ekskluzivne nalepke HackerBoxes

Nekaj drugih stvari, ki vam bodo v pomoč:

• Spajkalnik, spajkalnik in osnovna orodja za spajkanje
• Računalnik za izvajanje programskih orodij

Najpomembneje je, da boste potrebovali občutek pustolovščine, DIY duha in hekersko radovednost. Hardcore DIY elektronika ni trivialno zasledovanje in HackerBoxes ni razvodnjen. Cilj je napredek in ne popolnost. Ko vztrajate in uživate v pustolovščini, lahko veliko znanja pridobite z učenjem nove tehnologije in upajmo, da bodo nekateri projekti uspeli. Predlagamo, da vsak korak naredite počasi, pri tem pazite na podrobnosti in ne bojte se prositi za pomoč.

V pogostih vprašanjih o HackerBoxes je veliko informacij za sedanje in bodoče člane.

2. korak: Elektrokemija

Elektrokemija (Wikipedia) je veja fizikalne kemije, ki preučuje razmerje med elektriko kot merljivim in količinskim pojavom ter določeno kemijsko spremembo ali obratno. Kemične reakcije vključujejo električne naboje, ki se gibljejo med elektrodami in elektrolitom (ali ioni v raztopini). Tako elektrokemija obravnava interakcijo med električno energijo in kemičnimi spremembami.

Najpogostejše elektrokemične naprave so vsakodnevne baterije. Baterije so naprave, sestavljene iz ene ali več elektrokemičnih celic z zunanjimi priključki za napajanje električnih naprav, kot so svetilke, pametni telefoni in električni avtomobili.

Elektrokemijski senzorji za plin so detektorji plina, ki merijo koncentracijo ciljnega plina z oksidacijo ali redukcijo ciljnega plina na elektrodi in merjenjem nastalega toka.

Elektroliza je tehnika, ki uporablja enosmerni električni tok (DC) za poganjanje sicer spontane kemijske reakcije. Elektroliza je komercialno pomembna kot stopnja pri ločevanju elementov od naravnih virov, kot so rude z uporabo elektrolitske celice.

3. korak: Platforma mikrokrmilnika Arduino Nano

Arduino Nano ali podobna plošča mikrokrmilnika je odlična izbira za povezovanje z elektrokemijskimi senzorji in izhodi zaslona na računalnik ali video zaslon. Priloženi modul Arduino Nano ima zatiče za glavo, vendar niso spajkani na modul. Zaenkrat pustite zatiče. Izvedite te začetne preizkuse modula Arduino Nano PRIOR za spajkanje zatičev glave Arduino Nano. V naslednjih nekaj korakih potrebujete le kabel microUSB in modul Nano, ko pride iz vrečke.

Arduino Nano je površinsko nameščena, na ploščo prijazna, miniaturizirana plošča Arduino z vgrajenim USB-jem. Je neverjetno celovit in enostaven za kramp.

Lastnosti:

• Mikrokrmilnik: Atmel ATmega328P
• Napetost: 5V
• Digitalni V/I zatiči: 14 (6 PWM)
• Analogni vhodni zatiči: 8
• DC tok na V/I pin: 40 mA
• Flash pomnilnik: 32 KB (2KB za zagonski nalagalnik)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Taktna hitrost: 16 MHz
• Dimenzije: 17 x 43 mm

Ta različica Arduino Nano je črna zasnova Robotdyn. Vmesnik je vgrajen v vhod MicroUSB, ki je združljiv z istimi kabli MicroUSB, ki se uporabljajo pri številnih mobilnih telefonih in tabličnih računalnikih.

Arduino Nanos ima vgrajen čip USB/serijski most. Pri tej različici je mostni čip CH340G. Upoštevajte, da se na različnih vrstah plošč Arduino uporabljajo različne vrste USB/serijskih mostov. Ti čipi vam omogočajo, da vrata USB računalnika komunicirajo s serijskim vmesnikom na čipu procesorja Arduino.

Operacijski sistem računalnika potrebuje gonilnik naprave za komunikacijo z USB/serijskim čipom. Gonilnik omogoča IDE -ju komunikacijo s ploščo Arduino. Potreben poseben gonilnik naprave je odvisen od različice operacijskega sistema in vrste USB/serijskega čipa. Za USB/serijske čipe CH340 so na voljo gonilniki za številne operacijske sisteme (UNIX, Mac OS X ali Windows). Proizvajalec CH340 oskrbuje te gonilnike tukaj.

Ko prvič priključite Arduino Nano v vrata USB na vašem računalniku, se mora prižgati zelena lučka za vklop in kmalu zatem mora modra LED počasi utripati. To se zgodi, ker je Nano vnaprej naložen s programom BLINK, ki deluje na povsem novem Arduino Nano.

4. korak: Arduino integrirano razvojno okolje (IDE)

Če še nimate nameščenega Arduino IDE, ga lahko prenesete s spletnega mesta Arduino.cc

Če želite dodatne uvodne informacije za delo v ekosistemu Arduino, predlagamo, da si ogledate navodila za začetno delavnico HackerBoxes.

Priključite Nano v kabel MicroUSB, drugi konec kabla pa v vrata USB na računalniku, zaženite programsko opremo Arduino IDE, izberite ustrezna vrata USB v IDE pod orodji> vrata (verjetno ime z "wchusb" v njem). V orodju> deska izberite tudi "Arduino Nano" v IDE.

Nazadnje naložite del vzorčne kode:

Datoteka-> Primeri-> Osnove-> Utripaj

To je pravzaprav koda, ki je bila vnaprej naložena na Nano in bi se morala trenutno izvajati, da počasi utripa modra LED. Skladno s tem, če naložimo ta primer kode, se ne bo nič spremenilo. Namesto tega nekoliko spremenimo kodo.

Če natančno pogledate, lahko vidite, da program vklopi LED, počaka 1000 milisekund (eno sekundo), izklopi LED, počaka še eno sekundo in nato vse ponovi - za vedno.

Kodo spremenite tako, da obe izjavi "delay (1000)" spremenite v "delay (100)". Ta sprememba bo povzročila, da LED utripa desetkrat hitreje, kajne?

Naloženo kodo naložimo v Nano s klikom na gumb UPLOAD (ikona puščice) tik nad spremenjeno kodo. Pod kodo si oglejte informacije o stanju: "sestavljanje" in nato "nalaganje". Na koncu mora IDE označiti "Nalaganje je končano", LED pa naj bi utripal hitreje.

Če je tako, čestitam! Pravkar ste vdrli v svoj prvi del vdelane kode.

Ko se vaša različica s hitrim utripanjem naloži in zažene, zakaj ne bi preverili, ali lahko znova spremenite kodo, da LED utripa dvakrat hitro, nato pa počakajte nekaj sekund, preden se ponovi? Poskusi! Kaj pa drugi vzorci? Ko si uspete vizualizirati želeni rezultat, ga kodirati in opazovati, da deluje po načrtih, ste naredili ogromen korak k temu, da postanete kompetenten heker strojne opreme.

5. korak: Zatiči za glavo in OLED na lemilni plošči brez spajkanja

Zdaj, ko je bil vaš razvojni računalnik konfiguriran za nalaganje kode v Arduino Nano in je bil Nano preizkušen, odklopite kabel USB iz Nano in se pripravite na spajkanje zatičev glave. Če je vaša prva noč v klubu za boj, morate spajkati! Na spletu je veliko odličnih vodnikov in videoposnetkov o spajkanju (na primer). Če menite, da potrebujete dodatno pomoč, poiščite lokalno skupino ustvarjalcev ali prostor za hekerje na vašem območju. Tudi amaterski radijski klubi so vedno odličen vir izkušenj z elektroniko.

Dva enovrstna naslova (po petnajst zatičev) spajkajte na modul Arduino Nano. Šest-polni konektor ICSP (serijsko programiranje v vezju) v tem projektu ne bo uporabljen, zato pustite te nožice izključene. Ko je spajkanje končano, natančno preverite spajkalne mostove in/ali hladne spajkalne spoje. Končno priključite Arduino Nano nazaj na kabel USB in preverite, ali vse še vedno deluje pravilno.

Če želite OLED priključiti na Nano, vstavite oba v lemljeno ploščo, kot je prikazano, in povežite med njimi v skladu s to tabelo:

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

Za pogon zaslona OLED namestite gonilnik zaslona SSD1306 OLED, ki ga najdete tukaj, v Arduino IDE.

Preizkusite zaslon OLED tako, da naložite primer ssd1306/snežinke in ga programirate v Nano.

Drugi primeri iz knjižnice SDD1306 so koristni za raziskovanje uporabe zaslona OLED.

Korak 6: MQ-3 alkoholni senzor in alkotest

Senzor za alkoholni plin MQ-3 (podatkovni list) je poceni polprevodniški senzor, ki lahko zazna prisotnost alkoholnih plinov v koncentracijah od 0,05 mg/L do 10 mg/L. Senzorski material, uporabljen v MQ-3, je SnO2, ki kaže povečano prevodnost, ko je izpostavljen naraščajočim koncentracijam alkoholnih plinov. MQ-3 je zelo občutljiv na alkohol z zelo malo navzkrižne občutljivosti na dim, hlape ali bencin.

Ta modul MQ-3 zagotavlja surov analogni izhod glede na koncentracijo alkohola. Modul vsebuje tudi primerjalnik LM393 (podatkovni list) za prag digitalnega izhoda.

Modul MQ-3 lahko priključite na Nano v skladu s to tabelo:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… se ne uporablja

Demo koda iz videa.

OPOZORILO: Ta projekt je zgolj izobraževalni prikaz. To ni medicinski instrument. Ni kalibrirano. Na noben način ni namenjen ugotavljanju ravni alkohola v krvi za oceno zakonskih ali varnostnih meja. Ne bodi neumen. Ne pijte in vozite. Pridi živ!

7. korak: Odkrivanje ketonov

Ketoni so preproste spojine, ki vsebujejo karbonilno skupino (dvojna vez ogljik-kisik). Mnogi ketoni so pomembni tako v industriji kot v biologiji. Navadno topilo aceton je najmanjši keton.

Danes mnogi poznajo ketogeno dieto. To je prehrana, ki temelji na uživanju veliko maščob, zadostnih beljakovin in malo ogljikovih hidratov. To prisili telo, da porabi maščobe in ne ogljikove hidrate. Običajno se ogljikovi hidrati, ki jih vsebuje hrana, pretvorijo v glukozo, ki se nato prenaša po telesu in je še posebej pomembna za spodbujanje delovanja možganov. Če pa je v prehrani malo ogljikovih hidratov, jetra pretvorijo maščobo v maščobne kisline in ketonska telesa. Ketonska telesa prehajajo v možgane in nadomeščajo glukozo kot vir energije. Povišana raven ketonskih teles v krvi povzroči stanje, znano kot ketoza.

Primer projekta zaznavanja ketonov

Še en primer projekta zaznavanja ketonov

Primerjava plinskih senzorjev MQ-3 in TGS822

8. korak: Zaznavanje kakovosti zraka

Onesnaženje zraka nastane, ko se v ozračje vnesejo škodljive ali prevelike količine snovi, vključno s plini, delci in biološkimi molekulami. Onesnaževanje lahko pri ljudeh povzroči bolezni, alergije in celo smrt. Lahko škoduje tudi drugim živim organizmom, kot so živali, živilski pridelki in okolje na splošno. Tako človeška dejavnost kot naravni procesi lahko povzročijo onesnaženje zraka. Onesnaževanje zraka v zaprtih prostorih in slaba kakovost mestnega zraka sta navedena kot dva najhujša problema onesnaževanja s toksičnostjo na svetu.

Primerjamo lahko delovanje dveh različnih senzorjev kakovosti zraka (ali nevarnosti zraka). To sta MQ-135 (podatkovni list) in MP503 (podatkovni list).

MQ-135 je občutljiv na metan, dušikove okside, alkohole, benzen, dim, CO2 in druge molekule. Njegov vmesnik je enak vmesniku MQ-3.

MP503 je občutljiv na plin formaldehid, benzen, ogljikov monoksid, vodik, alkohol, amoniak, cigaretni dim, številne vonjave in druge molekule. Njegov vmesnik je precej preprost in ponuja dva digitalna izhoda za označevanje štirih ravni koncentracij onesnaževal. Privzeti priključek na MP503 ima moško glavo, zavito v plastiko, ki jo je mogoče odstraniti in zamenjati s standardno 4-polno glavo (priloženo v vrečki) za uporabo s spajkanimi ploščami, mostički DuPont ali podobnimi običajnimi priključki.

9. korak: Zaznavanje kakovosti vode

TDS-3 Tester kakovosti vode

Skupno raztopljene trdne snovi (TDS) so skupna količina mobilno nabitih ionov, vključno z minerali, solmi ali kovinami, raztopljenimi v določeni količini vode. TDS, ki temelji na prevodnosti, je izražen v delih na milijon (ppm) ali miligramih na liter (mg/L). Raztopljene trdne snovi vključujejo kateri koli prevodni anorganski element, razen molekul čiste vode (H2O) in suspendiranih trdnih snovi. Najvišja raven onesnaževal EPD za človeško prehrano je 500 ppm.

Izvajanje meritev TDS

1. Odstranite zaščitno kapico.
2. Vklopite merilnik TDS. Stikalo za vklop/izklop se nahaja na plošči.
3. Merilnik potopite v vodo/raztopino do maks. stopnjo potopitve (2”).
4. Rahlo premešajte merilnik, da odstranite vse zračne mehurčke.
5. Počakajte, da se zaslon stabilizira. Ko se odčitek stabilizira (pribl. 10 sekund), pritisnite gumb HOLD za ogled odčitka iz vode.
6. Če merilnik prikaže utripajoč simbol ‘x10’, pomnožite odčitek z 10.
7. Po uporabi stresite vso odvečno vodo iz merilnika. Zamenjajte pokrovček.

Vir: Celotno navodilo

Poskus: Zgradite svoj preprost merilnik TDS (projekt z videoposnetkom tukaj), ki ga je mogoče umeriti s TDS-3 in ga preizkusiti.

10. korak: Toplotno zaznavanje

GY-906 Brezkontaktni modul temperaturnega senzorja

Termo senzorski modul GY-906 je opremljen z MLX90614 (podrobnosti). To je enostaven za uporabo, vendar zelo zmogljiv enopodročni infrardeči termometer, ki zazna temperaturo predmetov med -70 in 380 ° C. Za komunikacijo uporablja vmesnik I2C, kar pomeni, da morate za vmesnik z mikrokontrolerjem nameniti le dve žici.

Demo projekt termo-zaznavanja.

Še en projekt zaznavanja toplote.

DS18B20 Vodotesni temperaturni senzor

Enožilni temperaturni senzor DS18B20 (podrobnosti) lahko meri temperaturo od -55 ℃ do 125 ℃ z natančnostjo ± 5.

11. korak: ZDRUŽITE PLANET

Če ste uživali v tem Instructable in bi radi vsak mesec na vaš nabiralnik prišli kul škatla elektronike in projektov računalniške tehnologije, se pridružite revoluciji tako, da brskate po naslovu HackerBoxes.com in se naročite na prejemanje naše mesečne škatlice presenečenj.

Dosezite in delite svoj uspeh v spodnjih komentarjih ali na Facebook strani HackerBoxes. Vsekakor nam sporočite, če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete pomoč pri čem. Hvala, ker ste del HackerBoxes!