HackerBox 0035: Elektrokeemia: 11 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Sel kuul uurivad HackerBox häkkerid mitmesuguseid elektrokeemilisi andureid ja testimismeetodeid materjalide füüsikaliste omaduste mõõtmiseks. See juhend sisaldab teavet HackerBox #0035 kasutamiseks, mida saab siit osta, kuni kaupa jätkub. Samuti, kui soovite saada sellist hackerboksi iga kuu otse oma postkasti, tellige see aadressil HackerBoxes.com ja liituge revolutsiooniga!

HackerBox 0035 teemad ja õpieesmärgid:

• Seadistage Arduino Nano kasutamiseks koos Arduino IDE -ga
• Ühendage ja kodeerige OLED -moodul mõõtmiste kuvamiseks
• Konstrueerige alkomeetri demo, kasutades alkoholiandureid
• Õhukvaliteedi mõõtmiseks võrrelge gaasiandureid
• Vee kvaliteedi määramine lahustunud tahkete ainete (TDS)
• Testige kontaktivaba ja veega sukeldatavat termotunnetust

HackerBoxes on igakuine tellimuste kasti teenus isetehtud elektroonika ja arvutitehnoloogia jaoks. Oleme harrastajad, tegijad ja eksperimenteerijad. Me oleme unistuste unistajad. HACK PLANET!

1. toiming: häkkerkast 0035: karbi sisu

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0,96 128x64 piksline I2C -ekraan
• Veekvaliteedimõõtja TDS-3
• GY-906 kontaktivaba temperatuurimoodul
• MP503 õhukvaliteedi saasteandur
• DS18B20 veekindel temperatuuriandur
• MQ-3 alkoholianduri moodul
• MQ-135 õhuohugaasi anduri moodul
• DHT11 niiskuse ja temperatuuri moodul
• KY-008 lasermoodul
• Valgusdioodide komplekt, 1K takistid ja kombatavad nupud
• 400 -punktiline "kristallselge" leivalaud
• Jumper traadi komplekt - 65 tk
• MircoUSB kaabel
• Eksklusiivsed HackerBoxesi kleebised

Mõned muud asjad, mis aitavad:

• Jootekolb, joodis ja põhilised jootetööriistad
• Arvuti tarkvara tööriistade käitamiseks

Kõige tähtsam on see, et vajate seiklustunnet, isetegemise vaimu ja häkkerite uudishimu. Hardcore DIY elektroonika ei ole triviaalne tegevus ja HackerBoxes ei kasteta. Eesmärk on progress, mitte täiuslikkus. Kui te jätkate ja naudite seiklust, võib uue tehnoloogia õppimisest ja loodetavasti mõne projekti toimimisest saada suurt rahulolu. Soovitame teha iga sammu aeglaselt, pidades silmas üksikasju ja ärge kartke abi küsida.

HackerBoxesi KKK -s on praeguste ja tulevaste liikmete jaoks palju teavet.

2. etapp: elektrokeemia

Elektrokeemia (Wikipedia) on füüsikalise keemia haru, mis uurib elektri kui mõõdetava ja kvantitatiivse nähtuse ning konkreetse keemilise muutuse suhet või vastupidi. Keemilised reaktsioonid hõlmavad elektrilaenguid, mis liiguvad elektroodide ja elektrolüüdi (või lahuses olevate ioonide) vahel. Seega tegeleb elektrokeemia elektrienergia ja keemiliste muutuste vastasmõjuga.

Kõige tavalisemad elektrokeemilised seadmed on igapäevased patareid. Patareid on seadmed, mis koosnevad ühest või mitmest elektrokeemilisest elemendist ja millel on välisühendused elektriseadmete, näiteks taskulampide, nutitelefonide ja elektriautode toiteks.

Elektrokeemilised gaasiandurid on gaasiandurid, mis mõõdavad sihtgaasi kontsentratsiooni, oksüdeerides või redutseerides sihtgaasi elektroodi juures ja mõõtes saadud voolu.

Elektrolüüs on tehnika, mis kasutab muidu mittespontaanse keemilise reaktsiooni juhtimiseks alalisvoolu (DC). Elektrolüüs on kaubanduslikult oluline kui etapp elementide eraldamisel looduslikult esinevatest allikatest, näiteks maakidest, kasutades elektrolüütilist elementi.

Samm: Arduino Nano mikrokontrolleri platvorm

Arduino Nano või sarnane mikrokontrolleri plaat on suurepärane valik elektrokeemiliste andurite ja arvutiväljundite ühendamiseks arvutiga või videoekraaniga. Kaasasolev Arduino Nano moodul on varustatud päise tihvtidega, kuid need pole mooduli külge joodetud. Jätke tihvtid praegu välja. Tehke need Arduino Nano mooduli esialgsed testid ENNE Arduino Nano päise tihvtide jootmist. Järgmise paari sammu jaoks on vaja ainult microUSB -kaablit ja Nano -moodulit, nagu see kotist välja tuleb.

Arduino Nano on pinnale paigaldatav leivaplaadisõbralik miniatuurselt ehitatud Arduino plaat, millel on integreeritud USB. See on hämmastavalt täisfunktsionaalne ja seda on lihtne häkkida.

Funktsioonid:

• Mikrokontroller: Atmel ATmega328P
• Pinge: 5V
• Digitaalsed I/O kontaktid: 14 (6 PWM)
• Analoogsisendi tihvtid: 8
• Alalisvool I/O kontakti kohta: 40 mA
• Välkmälu: 32 KB (2 KB alglaaduri jaoks)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Kella kiirus: 16 MHz
• Mõõdud: 17 x 43 mm

See konkreetne Arduino Nano variant on must Robotdyn disain. Liides on sisseehitatud MicroUSB-pordi kaudu, mis ühildub samade MicroUSB-kaablitega, mida kasutatakse paljude mobiiltelefonide ja tahvelarvutitega.

Arduino Nanos on sisseehitatud USB/jadasilda kiip. Selle konkreetse variandi puhul on sillakiip CH340G. Pange tähele, et erinevat tüüpi Arduino tahvlitel kasutatakse mitut tüüpi USB-/jadasilla kiipe. Need kiibid võimaldavad arvuti USB -pordil suhelda Arduino protsessorikiibi jadaliidesega.

Arvuti operatsioonisüsteem nõuab USB/jadakiibiga suhtlemiseks seadme draiverit. Juht võimaldab IDE -l suhelda Arduino plaadiga. Vajalik konkreetne seadme draiver sõltub nii operatsioonisüsteemi versioonist kui ka USB/jadakiibi tüübist. CH340 USB/jadakiipide jaoks on draiverid saadaval paljude operatsioonisüsteemide jaoks (UNIX, Mac OS X või Windows). CH340 tootja varustab neid draivereid siin.

Kui ühendate Arduino Nano esmakordselt arvuti USB -porti, peaks roheline toitetuli süttima ja varsti pärast seda, kui sinine LED hakkab aeglaselt vilkuma. See juhtub seetõttu, et Nano on eellaaditud programmiga BLINK, mis töötab uhiuuel Arduino Nano peal.

Samm: Arduino integreeritud arenduskeskkond (IDE)

Kui teil pole veel Arduino IDE -d installitud, saate selle alla laadida saidilt Arduino.cc

Kui soovite lisateavet Arduino ökosüsteemis töötamise kohta, soovitame tutvuda HackerBoxes Starter Workshopi juhistega.

Ühendage Nano MicroUSB -kaabliga ja kaabli teine ots arvuti USB -porti, käivitage Arduino IDE tarkvara, valige tööriistade> pordi alt IDE -s sobiv USB -port (tõenäoliselt nimi, millel on "wchusb")). Valige ka IDE -s tööriistade> tahvli alt "Arduino Nano".

Lõpuks laadige üles näidiskoodi tükk:

Fail-> Näited-> Põhitõed-> Vilgub

See on tegelikult kood, mis laaditi nanole ja see peaks praegu töötama, et sinine LED aeglaselt vilkuda. Seega, kui laadime selle näidiskoodi, ei muutu midagi. Selle asemel muudame koodi veidi.

Vaadates tähelepanelikult, näete, et programm lülitab LED -i sisse, ootab 1000 millisekundit (üks sekund), lülitab LED -i välja, ootab veel sekundit ja teeb siis kõik uuesti - igavesti.

Muutke koodi, muutes mõlemad laused "delay (1000)" väärtuseks "delay (100)". See muudatus paneb LED -i vilkuma kümme korda kiiremini, eks?

Laadime muudetud koodi nanosse, klõpsates nuppu UPLOAD (nooleikoon) vahetult muudetud koodi kohal. Vaadake allpool olekuteabe koodi: "kompileerimine" ja seejärel "üleslaadimine". Lõpuks peaks IDE näitama "Üleslaadimine lõpetatud" ja teie LED peaks vilkuma kiiremini.

Kui jah, siis palju õnne! Häkkisite just oma esimese manustatud koodi.

Kui teie kiire vilkumise versioon on laaditud ja töötab, siis miks mitte vaadata, kas saate koodi uuesti muuta, nii et LED hakkab kaks korda kiiresti vilkuma ja seejärel oodake paar sekundit enne kordamist? Proovi! Kuidas oleks mõne muu mustriga? Kui teil on soovitud tulemuse visualiseerimine, selle kodeerimine ja plaanipärase toimimise jälgimine õnnestunud, olete astunud tohutu sammu pädeva riistvarahäkkeriks saamise suunas.

Samm 5: päise tihvtid ja OLED Solderless Breadboardil

Nüüd, kui teie arendusarvuti on konfigureeritud Arduino Nano koodi laadima ja Nano on testitud, ühendage USB -kaabel Nano küljest lahti ja olge valmis päisepistikute jootmiseks. Kui see on teie esimene õhtu võitlusklubis, peate jootma! Internetis on palju suurepäraseid juhendeid ja videoid jootmise kohta (näiteks). Kui tunnete, et vajate täiendavat abi, proovige leida oma piirkonnas kohalik tegijate rühm või häkkeriruum. Samuti on amatöörraadioklubid alati suurepärased elektroonikakogemuse allikad.

Jootke kaks üherealist päist (iga viisteist tihvti) Arduino Nano mooduli külge. Selles projektis ei kasutata kuue kontaktiga ICSP (ahela siseseeria programmeerimine) pistikut, nii et jätke need tihvtid välja. Kui jootmine on lõpule jõudnud, kontrollige hoolikalt jootmissildade ja/või külmjoodisühenduste olemasolu. Lõpuks ühendage Arduino Nano USB -kaabli külge ja kontrollige, kas kõik töötab ikka korralikult.

OLED -i juhtme ühendamiseks Nano -ga sisestage mõlemad jootevabasse leivalauda, nagu näidatud, ja traat nende vahel vastavalt sellele tabelile:

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

OLED -ekraani juhtimiseks installige siit leitud SSD1306 OLED -ekraanidraiver Arduino IDE -sse.

Testige OLED -ekraani, laadides üles ssd1306/lumehelveste näite ja programmeerides selle Nano -sse.

Muud näited SDD1306 raamatukogust on kasulikud OLED -ekraani kasutamiseks.

6. samm: alkoholianduri ja alkomeetri demo MQ-3

MQ-3 alkoholi gaasiandur (andmeleht) on odav pooljuhtandur, mis suudab tuvastada alkoholgaaside olemasolu kontsentratsioonidel 0,05 mg/l kuni 10 mg/l. MQ-3-s kasutatav andur on SnO2, mille juhtivus suureneb alkoholigaaside suureneva kontsentratsiooni korral. MQ-3 on ülitundlik alkoholi suhtes, väga väike risttundlikkus suitsu, auru või bensiini suhtes.

See MQ-3 moodul pakub toores analoogväljundit alkoholi kontsentratsiooni suhtes. Moodulil on ka LM393 (andmeleht) võrdlus, mis võimaldab digitaalse väljundi läve.

MQ-3 mooduli saab Nanoga ühendada vastavalt sellele tabelile:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Ei kasutata

Demokood videost.

HOIATUS: See projekt on lihtsalt hariv tutvustus. See ei ole meditsiiniline instrument. See pole kalibreeritud. See ei ole mingil viisil ette nähtud alkoholi alkoholisisalduse määramiseks juriidiliste või ohutuspiiride hindamiseks. Ära ole rumal. Ärge jooge ja sõitke. Saabuge elusalt!

Samm: ketoonide tuvastamine

Ketoonid on lihtsad ühendid, mis sisaldavad karbonüülrühma (süsiniku-hapniku kaksikside). Paljud ketoonid on olulised nii tööstuses kui ka bioloogias. Tavaline lahusti atsetoon on väikseim ketoon.

Tänapäeval on paljud tuttavad ketogeense dieediga. See on dieet, mis põhineb kõrge rasvasisaldusega, piisava valgu ja vähese süsivesikute tarbimisel. See sunnib keha põletama pigem rasvu kui süsivesikuid. Tavaliselt muundatakse toidus sisalduvad süsivesikud glükoosiks, mis seejärel transporditakse mööda keha ja on eriti oluline ajutegevuse toetamiseks. Kui aga toidus on vähe süsivesikuid, muudab maks rasv rasvhapeteks ja ketoonkehadeks. Ketoonkehad sisenevad ajju ja asendavad energiaallikana glükoosi. Ketoonkehade kõrgenenud sisaldus veres põhjustab seisundit, mida tuntakse ketoosina.

Näide ketooni tuvastamise projektist

Veel üks näide ketooni tuvastamise projektist

MQ-3 ja TGS822 gaasiandurite võrdlus

8. samm: õhukvaliteedi tuvastamine

Õhusaaste tekib siis, kui atmosfääri satub kahjulikke või ülemääraseid aineid, sealhulgas gaase, osakesi ja bioloogilisi molekule. Reostus võib inimestele põhjustada haigusi, allergiat ja isegi surma. See võib kahjustada ka teisi elusorganisme, näiteks loomi, toidukultuure ja keskkonda üldiselt. Nii inimtegevus kui ka looduslikud protsessid võivad tekitada õhusaastet. Siseõhu saastatus ja halb linnaõhu kvaliteet on loetletud kahe maailma suurima toksilise reostuse probleemina.

Võime võrrelda kahe erineva õhukvaliteedi (või õhuohu) anduri tööd. Need on MQ-135 (andmeleht) ja MP503 (andmeleht).

MQ-135 on tundlik metaani, lämmastikoksiidide, alkoholide, benseeni, suitsu, CO2 ja muude molekulide suhtes. Selle liides on identne MQ-3 liidesega.

MP503 on tundlik formaldehüüdgaasi, benseeni, vingugaasi, vesiniku, alkoholi, ammoniaagi, sigaretisuitsu, paljude lõhnade ja muude molekulide suhtes. Selle liides on üsna lihtne, pakkudes kahte digitaalset väljundit nelja saasteainete kontsentratsiooni taseme määramiseks. MP503 vaikepistikul on plastikust varjestatud isane päis, mille saab eemaldada ja asendada tavalise 4-kontaktilise päisega (pakendis), mis sobib kasutamiseks jootetute leivalaudade, DuPonti džemprite või muude sarnaste pistikutega.

9. samm: veekvaliteedi määramine

TDS-3 veekvaliteedi tester

Lahustunud tahkete ainete kogusumma (TDS) on mobiilselt laetud ioonide, sealhulgas mineraalide, soolade või metallide kogusumma, mis on lahustunud teatud mahus vees. TDS, mis põhineb juhtivusel, on väljendatud miljonites osades (ppm) või milligrammides liitri kohta (mg/l). Lahustunud tahkete ainete hulka kuuluvad kõik juhtivad anorgaanilised elemendid peale puhta vee molekulide (H2O) ja hõljuvained. EPA maksimaalne saastatuse tase inimtoiduks on 500 ppm.

TDS -i mõõtmine

1. Eemaldage kaitsekork.
2. Lülitage TDS -mõõtur sisse. ON/OFF lüliti asub paneelil.
3. Kastke arvesti maksimaalselt vette/lahusesse. keelekümbluse tase (2”).
4. Õhumullide eemaldamiseks segage mõõdikut kergelt.
5. Oodake, kuni ekraan stabiliseerub. Kui näit stabiliseerub (umbes 10 sekundit), vajutage veest väljatuleku vaatamiseks nuppu HOLD.
6. Kui arvesti kuvab vilkuvat sümbolit x10, korrutage näit 10 -ga.
7. Pärast kasutamist raputage arvesti liigne vesi maha. Vahetage kork tagasi.

Allikas: täielik juhend

Katse: konstrueerige oma lihtne TDS-arvesti (projekt koos videoga), mida saab kalibreerida TDS-3-ga ja selle abil testida.

10. samm: termiline andur

GY-906 kontaktivaba temperatuurianduri moodul

Termotundlik moodul GY-906 on varustatud seadmega MLX90614 (üksikasjad). See on lihtsalt kasutatav, kuid väga võimas ühe tsooni infrapunatermomeeter, mis on võimeline andma objekti temperatuuri vahemikus -70 kuni 380 ° C. See kasutab suhtlemiseks I2C liidest, mis tähendab, et peate selle liideseks pühendama ainult kaks juhtmest oma mikrokontrollerist.

Termotundliku demo projekt.

Veel üks termotundlik projekt.

DS18B20 veekindel temperatuuriandur

DS18B20 ühe juhtmega temperatuuriandur (üksikasjad) saab mõõta temperatuuri vahemikus -55 ℃ kuni 125 ℃ täpsusega ± 5.

11. samm: häkkige planeet

Kui teile on see juhendamine meeldinud ja soovite, et teie postkasti jõuaks iga kuu lahe häkkitava elektroonika- ja arvutitehnoloogiaprojekt, siis liituge revolutsiooniga, surfates saidile HackerBoxes.com ja tellides meie igakuise üllatuskarbi.

Võtke ühendust ja jagage oma edu allolevates kommentaarides või HackerBoxesi Facebooki lehel. Kindlasti andke meile teada, kui teil on küsimusi või vajate abi. Täname, et olete osa HackerBoxesist!