HackerBox 0035: Elektrokimi: 11 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:24

Këtë muaj, HackerBox Hackers po eksplorojnë sensorë të ndryshëm elektrokimikë dhe teknika testimi për matjen e vetive fizike të materialeve. Ky udhëzues përmban informacione për fillimin me HackerBox #0035, të cilat mund të blihen këtu derisa furnizimet të kenë mbaruar. Gjithashtu, nëse dëshironi të merrni një HackerBox si ky në kutinë tuaj postare çdo muaj, ju lutemi regjistrohuni në HackerBoxes.com dhe bashkohuni me revolucionin!

Temat dhe objektivat e të mësuarit për HackerBox 0035:

• Konfiguroni Arduino Nano për përdorim me Arduino IDE
• Lidhni dhe kodoni një modul OLED për të shfaqur matjet
• Ndërtoni një demonstrim alkoolist duke përdorur sensorë alkooli
• Krahasoni sensorët e gazit për të kryer matjet e cilësisë së ajrit
• Përcaktoni cilësinë e ujit nga ngurta të tretura totale (TDS)
• Testoni ndjeshmërinë termike pa kontakt dhe zhytëse në ujë

HackerBoxes është shërbimi mujor i kutisë së abonimit për elektronikë DIY dhe teknologji kompjuterike. Ne jemi hobiistë, krijues dhe eksperimentues. Ne jemi ëndërrimtarët e ëndrrave. HACK PLANETIN!

Hapi 1: HackerBox 0035: Përmbajtja e Kutisë

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0.96 Ekran I2C 128x64 piksel
• Matës i cilësisë së ujit TDS-3
• Moduli i Temperaturës pa Kontakt GY-906
• MP503 Sensori i Ndotjes së Cilësisë së Ajrit
• Sonda e temperaturës së papërshkueshme nga uji DS18B20
• Moduli i sensorit të alkoolit MQ-3
• MQ-135 Moduli i sensorit të gazit të rrezikut të ajrit
• Moduli i Lagështisë dhe Temperaturës DHT11
• Moduli Laser KY-008
• Set i LED -ve, Rezistencave 1K dhe Butonave të prekshëm
• 400 pika "Kristal e qartë" Breadboard
• Set me tela Jumper - 65 Copë
• Kabllo MircoUSB
• Decale ekskluzive të HackerBoxes

Disa gjëra të tjera që do të jenë të dobishme:

• Saldimi, saldimi dhe mjetet bazë të saldimit
• Kompjuter për drejtimin e mjeteve softuerike

Më e rëndësishmja, do t'ju duhet një ndjenjë aventure, shpirti DIY dhe kurioziteti i hakerëve. Elektronika Hardcore DIY nuk është një kërkim i parëndësishëm dhe HackerBoxes nuk treten. Qëllimi është përparimi, jo përsosmëria. Kur këmbëngulni dhe kënaqeni me aventurën, një kënaqësi e madhe mund të nxirret nga mësimi i teknologjisë së re dhe shpresojmë që disa projekte të funksionojnë. Ne ju sugjerojmë të bëni çdo hap ngadalë, duke pasur parasysh detajet dhe mos kini frikë të kërkoni ndihmë.

Ekziston një sasi e madhe informacioni për anëtarët aktualë dhe të ardhshëm në FAQ të HackerBoxes.

Hapi 2: Elektrokimi

Elektrokimi (Wikipedia) është dega e kimisë fizike që studion marrëdhënien midis energjisë elektrike, si një fenomen i matshëm dhe sasior, dhe një ndryshimi të veçantë kimik ose anasjelltas. Reaksionet kimike përfshijnë ngarkesa elektrike që lëvizin midis elektrodave dhe një elektroliti (ose joneve në një tretësirë). Kështu elektrokimia merret me ndërveprimin midis energjisë elektrike dhe ndryshimit kimik.

Pajisjet më të zakonshme elektrokimike janë bateritë e përditshme. Bateritë janë pajisje që përbëhen nga një ose më shumë qeliza elektrokimike me lidhje të jashtme të siguruara për të fuqizuar pajisjet elektrike të tilla si elektrik dore, telefona inteligjentë dhe makina elektrike.

Sensorët elektrokimikë të gazit janë detektorë të gazit që matin përqendrimin e një gazi të synuar duke oksiduar ose zvogëluar gazin e synuar në një elektrodë dhe duke matur rrymën që rezulton.

Elektroliza është një teknikë që përdor një rrymë elektrike direkte (DC) për të nxitur një reaksion kimik jo-spontan. Elektroliza është e rëndësishme komerciale si një fazë në ndarjen e elementeve nga burimet natyrore, siç janë xeherat duke përdorur një qelizë elektrolitike.

Hapi 3: Platforma Arduino Nano Mikrokontrolluese

Një Arduino Nano, ose bordi i ngjashëm i mikrokontrolluesit, është një zgjedhje e shkëlqyeshme për ndërfaqen me sensorë elektrokimikë dhe shfaqjen e rezultateve në një kompjuter ose ekran video. Moduli i përfshirë Arduino Nano vjen me kunjat e kokës, por ato nuk janë ngjitur në modul. Lërini kunjat për tani. Kryeni këto teste fillestare të modulit Arduino Nano PRIOR për të bashkuar kunjat e kokës Arduino Nano. Gjithçka që nevojitet për disa hapat e ardhshëm është një kabllo microUSB dhe moduli Nano ashtu siç del nga çanta.

Arduino Nano është një bord Arduino i miniaturizuar, i montuar në sipërfaqe, i aftë për bukë, me USB të integruar. Amazingshtë çuditërisht me tipare të plota dhe e lehtë për tu hakuar.

Karakteristikat:

• Mikrokontrolluesi: Atmel ATmega328P
• Tensioni: 5V
• Kunjat dixhital të daljes/daljes: 14 (6 PWM)
• Kunjat Analog Anput: 8
• Rryma DC për Pin/I/O: 40 mA
• Memoria flash: 32 KB (2KB për ngarkuesin e ngarkimit)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Shpejtësia e orës: 16 MHz
• Përmasat: 17mm x 43mm

Ky variant i veçantë i Arduino Nano është dizajni i zi Robotdyn. Ndërfaqja është nga një port MicroUSB në bord që është në përputhje me të njëjtat kabllo MicroUSB të përdorur me shumë telefona celularë dhe tableta.

Arduino Nanos kanë një çip të integruar USB/Serial urë. Në këtë variant të veçantë, çipi i urës është CH340G. Vini re se ka lloje të ndryshme të tjera të çipave USB/Serial urë që përdoren në llojet e ndryshme të bordeve Arduino. Këto patate të skuqura ju lejojnë portën USB të kompjuterit të komunikoni me ndërfaqen serike në çipin e procesorit Arduino.

Sistemi operativ i një kompjuteri kërkon që Drejtuesi i Pajisjes të komunikojë me çipin USB/Serial. Shoferi lejon IDE të komunikojë me bordin Arduino. Drejtuesi specifik i pajisjes që nevojitet varet nga versioni i OS dhe gjithashtu nga lloji i çipit USB/Serial. Për çipat CH340 USB/Serial, ka drejtues të disponueshëm për shumë sisteme operative (UNIX, Mac OS X, ose Windows). Prodhuesi i CH340 i furnizon ata drejtues këtu.

Kur lidhni për herë të parë Arduino Nano në një port USB të kompjuterit tuaj, drita e gjelbër e energjisë duhet të ndizet dhe menjëherë pasi LED blu të fillojë të pulsojë ngadalë. Kjo ndodh sepse Nano është para-ngarkuar me programin BLINK, i cili po funksionon në Arduino Nano të ri.

Hapi 4: Mjedisi i Zhvillimit të Integruar Arduino (IDE)

Nëse nuk e keni ende të instaluar Arduino IDE, mund ta shkarkoni nga Arduino.cc

Nëse dëshironi informacion shtesë hyrës për të punuar në ekosistemin Arduino, ju sugjerojmë të shikoni udhëzimet për Workshopin HackerBoxes Starter Workshop.

Lidheni Nano -n në kabllon MicroUSB dhe skajin tjetër të kabllit në një port USB në kompjuter, lëshoni softuerin Arduino IDE, zgjidhni portën e duhur USB në IDE nën mjetet> porti (ka të ngjarë një emër me "wchusb" në të) Gjithashtu zgjidhni "Arduino Nano" në IDE nën mjetet> tabelë.

Së fundi, ngarkoni një pjesë të kodit shembull:

Skedar-> Shembuj-> Bazat-> Blink

Ky është në të vërtetë kodi që u ngarkua paraprakisht në Nano dhe duhet të funksionojë tani për të ndezur ngadalë LED blu. Prandaj, nëse e ngarkojmë këtë kod shembull, asgjë nuk do të ndryshojë. Në vend të kësaj, le të modifikojmë pak kodin.

Duke parë nga afër, mund të shihni që programi ndez LED -në, pret 1000 milisekonda (një sekondë), fik LED -in, pret një sekondë tjetër dhe pastaj i bën të gjitha përsëri - përgjithmonë.

Ndryshoni kodin duke ndryshuar të dy deklaratat e "vonesës (1000)" në "vonesë (100)". Ky modifikim do të bëjë që LED të ndizet dhjetë herë më shpejt, apo jo?

Le ta ngarkojmë kodin e modifikuar në Nano duke klikuar butonin UPLOAD (ikona e shigjetës) pikërisht mbi kodin tuaj të modifikuar. Shikoni më poshtë kodin për informacionin e statusit: "përpilimi" dhe më pas "ngarkimi". Përfundimisht, IDE duhet të tregojë "Ngarkimi përfundoi" dhe LED juaj duhet të ndizet më shpejt.

Nëse po, urime! Ju sapo keni hakuar pjesën tuaj të parë të kodit të integruar.

Pasi të jetë ngarkuar dhe ekzekutuar versioni juaj i mbylljes së shpejtë, pse të mos shihni nëse mund ta ndryshoni përsëri kodin për të bërë që LED të ndizet shpejt dy herë dhe pastaj të prisni disa sekonda para se të përsërisni? Provojeni! Po në lidhje me disa modele të tjera? Sapo të keni sukses në vizualizimin e një rezultati të dëshiruar, kodimin e tij dhe vëzhgimin e tij për të punuar siç ishte planifikuar, keni bërë një hap të madh drejt bërjes së një hakeri kompetent të harduerit.

Hapi 5: Kunjat e kokës dhe OLED në tabelën e bukës pa saldim

Tani që kompjuteri juaj i zhvillimit është konfiguruar për të ngarkuar kodin në Arduino Nano dhe Nano është testuar, shkëputni kabllon USB nga Nano dhe përgatituni të lidhni kunjat e kokës. Nëse është nata juaj e parë në klubin luftarak, duhet të lidhni! Ka shumë udhëzues dhe video të mrekullueshme në internet në lidhje me bashkimin (për shembull). Nëse mendoni se keni nevojë për ndihmë shtesë, përpiquni të gjeni një grup krijuesish lokalë ose hapësirë hakerësh në zonën tuaj. Gjithashtu, klubet radio amatore janë gjithmonë burime të shkëlqyera të përvojës elektronike.

Ngjitini dy titujt e rreshtit të vetëm (pesëmbëdhjetë kunja secila) në modulin Arduino Nano. Lidhësi ICSP me gjashtë kunja (programimi serik në qark) nuk do të përdoret në këtë projekt, kështu që thjesht lini ato kunjat jashtë. Pasi të ketë përfunduar saldimi, kontrolloni me kujdes për urat e saldimit dhe/ose lidhjet e saldimit të ftohtë. Së fundi, lidhni Arduino Nano përsëri me kabllon USB dhe verifikoni që gjithçka akoma funksionon siç duhet.

Për të lidhur OLED në Nano, futini të dyja në një pjatë pa saldim siç tregohet dhe lidhni ato midis tyre sipas kësaj tabele:

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

Për të drejtuar ekranin OLED, instaloni drejtuesin e ekranit SSD1306 OLED që gjendet këtu në Arduino IDE.

Provoni ekranin OLED duke ngarkuar shembullin ssd1306/snowflakes dhe duke e programuar atë në Nano.

Shembuj të tjerë nga biblioteka SDD1306 janë të dobishme për të eksploruar përdorimin e ekranit OLED.

Hapi 6: Sensori i alkoolit MQ-3 dhe demonstrimi i frymëmarrjes

Sensori i gazit alkoolik MQ-3 (fleta e të dhënave) është një sensor gjysmëpërçues me kosto të ulët i cili mund të zbulojë praninë e gazeve alkoolike në përqendrime nga 0.05 mg/L në 10 mg/L. Materiali ndijues i përdorur në MQ-3 është SnO2, i cili shfaq përçueshmëri në rritje kur ekspozohet ndaj përqendrimeve në rritje të gazrave alkoolikë. MQ-3 është shumë i ndjeshëm ndaj alkoolit me shumë pak ndjeshmëri tërthore ndaj tymit, avullit ose benzinës.

Ky modul MQ-3 siguron një prodhim analog të papërpunuar në lidhje me përqendrimin e alkoolit. Moduli gjithashtu përmban një krahasues LM393 (fletë të dhënash) për të kufizuar një dalje dixhitale.

Moduli MQ-3 mund të lidhet me Nano sipas kësaj tabele:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Nuk përdoret

Kodi demonstrues nga video.

KUJDES: Ky projekt është thjesht një demonstrim edukativ. Nuk është një instrument mjekësor. Nuk është e kalibruar. Nuk ka për qëllim, në asnjë mënyrë, të përcaktojë nivelet e alkoolit në gjak për vlerësimin e kufijve ligjorë ose të sigurisë. Mos u bëj budalla. Mos pini dhe vozitni. Mbërrini të gjallë!

Hapi 7: Zbulimi i Ketoneve

Ketonet janë komponime të thjeshta që përmbajnë një grup karbonil (një lidhje të dyfishtë karbon-oksigjen). Shumë ketone janë të rëndësishme si në industri ashtu edhe në biologji. Acetoni tretës i zakonshëm është ketoni më i vogël.

Sot, shumë janë të njohur me dietën ketogjene. Isshtë një dietë e bazuar në konsumimin e yndyrave të larta, proteina të përshtatshme dhe pak karbohidrate. Kjo e detyron trupin të djegë yndyrnat sesa karbohidratet. Normalisht, karbohidratet që përmbahen në ushqim shndërrohen në glukozë, e cila më pas transportohet nëpër trup dhe është veçanërisht e rëndësishme në nxitjen e funksionit të trurit. Sidoqoftë, nëse ka pak karbohidrate në dietë, mëlçia konverton yndyrën në acide yndyrore dhe trupa ketone. Trupat ketone kalojnë në tru dhe zëvendësojnë glukozën si një burim energjie. Një nivel i ngritur i trupave ketone në gjak rezulton në një gjendje të njohur si ketoza.

Shembull projekti i ndijimit të ketonit

Një shembull tjetër i projektit të ndijimit të ketonit

Krahasimi i sensorëve të gazit MQ-3 kundrejt TGS822

Hapi 8: Ndjenja e Cilësisë së Ajrit

Ndotja e ajrit ndodh kur sasi të dëmshme ose të tepërta të substancave, përfshirë gazrat, grimcat dhe molekulat biologjike futen në atmosferë. Ndotja mund të shkaktojë sëmundje, alergji dhe madje edhe vdekje te njerëzit. Mund të shkaktojë dëm edhe për organizmat e tjerë të gjallë si kafshët, prodhimet ushqimore dhe mjedisin në përgjithësi. Si aktiviteti njerëzor ashtu edhe proceset natyrore mund të gjenerojnë ndotje të ajrit. Ndotja e ajrit të brendshëm dhe cilësia e dobët e ajrit urban renditen si dy nga problemet më të këqija të ndotjes toksike në botë.

Ne mund të krahasojmë funksionimin e dy sensorëve të ndryshëm të cilësisë së ajrit (ose rrezikut të ajrit). Këto janë MQ-135 (fleta e të dhënave) dhe MP503 (fleta e të dhënave).

MQ-135 është i ndjeshëm ndaj metanit, oksideve të azotit, alkooleve, benzenit, tymit, CO2 dhe molekulave të tjera. Ndërfaqja e saj është identike me ndërfaqen MQ-3.

MP503 është i ndjeshëm ndaj gazit formaldehid, benzenit, monoksidit të karbonit, hidrogjenit, alkoolit, amoniakut, tymit të cigareve, shumë aromave dhe molekulave të tjera. Ndërfaqja e saj është mjaft e thjeshtë, duke siguruar dy dalje dixhitale për të përcaktuar katër nivele të përqendrimeve të ndotësve. Lidhësi i parazgjedhur në MP503 ka një kokë mashkull të mbështjellë plastike, e cila mund të hiqet dhe zëvendësohet me një kokë standarde me 4 kunja (e dhënë në qese) për përdorim me panele pa saldim, kërcyes DuPont ose lidhës të ngjashëm të zakonshëm.

Hapi 9: Ndjenja e Cilësisë së Ujit

Testues i cilësisë së ujit TDS-3

Solidet e tretura totale (TDS) janë sasia totale e joneve të ngarkuar me lëvizje, duke përfshirë mineralet, kripërat ose metalet e tretura në një vëllim të caktuar uji. TDS, e cila bazohet në përçueshmëri, shprehet në pjesë për milion (ppm) ose miligramë për litër (mg/L). Ngurtat e tretura përfshijnë çdo element inorganik përcjellës të pranishëm përveç molekulave të ujit të pastër (H2O) dhe lëndëve të ngurta të pezulluara. Niveli maksimal i ndotësit EPA i TDS për konsum njerëzor është 500 ppm.

Marrja e Matjeve TDS

1. Hiqeni kapakun mbrojtës.
2. Ndizni njehsorin TDS. Çelësi ON/OFF ndodhet në panel.
3. Zhytni njehsorin në ujë/tretësirë deri në maksimum. niveli i zhytjes (2 ").
4. Llokoçis lehtë matësin për të hequr çdo flluskë ajri.
5. Prisni derisa ekrani të stabilizohet. Pasi leximi të stabilizohet (afërsisht 10 sekonda), shtypni butonin HOLD për të parë leximin jashtë ujit.
6. Nëse njehsori shfaq një simbol ndezës ‘x10’, shumëzoni leximin me 10.
7. Pas përdorimit, shkundni çdo ujë të tepërt nga njehsori juaj. Zëvendësoni kapakun.

Burimi: Fleta e plotë e udhëzimeve

Eksperimenti: Ndërtoni njehsorin tuaj të thjeshtë TDS (projekt me video këtu) i cili mund të kalibrohet dhe testohet kundër TDS-3.

Hapi 10: Ndjenja termike

Moduli i sensorit të temperaturës pa kontakt GY-906

Moduli i ndjeshmërisë termike GY-906 është i pajisur me një MLX90614 (detaje). Ky është një termometër infra të kuqe me një zonë të thjeshtë për t’u përdorur, por shumë të fuqishëm, i aftë të ndiejë temperaturat e objekteve midis -70 dhe 380 ° C. Përdor një ndërfaqe I2C për të komunikuar, që do të thotë që ju duhet të kushtoni vetëm dy tela nga mikrokontrolluesi juaj për t'u ndërlidhur me të.

Projekti i demonstrimit të termo-ndijimit.

Një tjetër projekt termo-ndjerë.

DS18B20 Sensori i temperaturës së provës së ujit

Sensori i temperaturës me një tel DS18B20 (detajet) mund të masë temperaturën nga -55 ℃ në 125 ℃ me një saktësi prej ± 5.

Hapi 11: HACK PLANETIN

Nëse e keni shijuar këtë Instructable dhe dëshironi të keni një kuti të ftohtë të pajisjeve elektronike që mund të hackohen dhe projekte të teknologjisë kompjuterike zbresin në kutinë tuaj postare çdo muaj, ju lutemi bashkohuni me revolucionin duke u sërfizuar në HackerBoxes.com dhe duke u abonuar për të marrë kutinë tonë mujore të befasisë.

Ndihmoni dhe ndani suksesin tuaj në komentet më poshtë ose në faqen e HackerBoxes në Facebook. Sigurisht na tregoni nëse keni ndonjë pyetje ose keni nevojë për ndihmë për ndonjë gjë. Faleminderit që jeni pjesë e HackerBoxes!