HackerBox 0035: Elektrokémia: 11 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Ebben a hónapban a HackerBox Hackerek különféle elektrokémiai érzékelőket és vizsgálati technikákat vizsgálnak az anyagok fizikai tulajdonságainak mérésére. Ez az útmutató tartalmazza a HackerBox #0035 használatának megkezdéséhez szükséges információkat, amelyek itt vásárolhatók meg, amíg a készlet tart. Továbbá, ha minden hónapban szeretne egy ilyen HackerBox -ot közvetlenül a postaládájába kapni, akkor iratkozzon fel a HackerBoxes.com webhelyen, és csatlakozzon a forradalomhoz!

A HackerBox 0035 témái és tanulási céljai:

• Konfigurálja az Arduino Nano -t az Arduino IDE -vel való használatra
• Kösse be és kódolja be az OLED modult a mérések megjelenítéséhez
• Alkoholmérő demó létrehozása alkoholszenzorok segítségével
• Hasonlítsa össze a gázérzékelőket a levegő minőségének méréséhez
• Határozza meg a víz minőségét az összes oldott szilárd anyagból (TDS)
• Próbálja ki az érintésmentes és víz alá merülő hőérzékelést

A HackerBoxes a barkács elektronika és a számítástechnika havi előfizetési doboz szolgáltatása. Hobbisták, gyártók és kísérletezők vagyunk. Mi vagyunk az álmok álmodói. HACK a bolygó!

1. lépés: HackerBox 0035: Doboz tartalma

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0,96 128x64 képpontos I2C kijelző
• TDS-3 vízminőség-mérő
• GY-906 érintésmentes hőmérséklet-modul
• MP503 levegőminőség -szennyezés érzékelő
• DS18B20 vízálló hőmérő szonda
• MQ-3 alkoholérzékelő modul
• MQ-135 levegőveszélyes gázérzékelő modul
• DHT11 páratartalom és hőmérséklet modul
• KY-008 lézer modul
• LED -ek, 1K ellenállások és tapintható gombok halmaza
• 400 pontos "kristálytiszta" kenyértábla
• Jumper huzal készlet - 65 darab
• MircoUSB kábel
• Exkluzív HackerBoxes matricák

Néhány más hasznos dolog:

• Forrasztópáka, forrasztó és alapvető forrasztószerszámok
• Számítógép szoftvereszközök futtatásához

A legfontosabb, hogy szüksége lesz a kalandra, a barkácsolás szellemére és a hacker kíváncsiságára. A Hardcore DIY elektronika nem triviális tevékenység, és a HackerBoxokat sem vizezik fel. A cél a haladás, nem a tökéletesség. Ha kitart és élvezi a kalandot, nagy elégedettség származhat az új technológia elsajátításából és remélhetőleg néhány projekt megvalósításából. Javasoljuk, hogy minden lépést lassan, a részletek figyelembe vételével tegyen meg, és ne féljen segítséget kérni.

Rengeteg információ található a HackerBoxes GYIK jelenlegi és leendő tagjainak.

2. lépés: Elektrokémia

Az elektrokémia (Wikipédia) a fizikai kémia egyik ága, amely a villamos energia, mint mérhető és mennyiségi jelenség, valamint egy adott kémiai változás közötti kapcsolatot tanulmányozza. A kémiai reakciók során elektromos töltések mozognak az elektródák és az elektrolit (vagy az oldatban lévő ionok) között. Így az elektrokémia az elektromos energia és a kémiai változás kölcsönhatásával foglalkozik.

A leggyakoribb elektrokémiai eszközök a mindennapi elemek. Az akkumulátorok olyan eszközök, amelyek egy vagy több elektrokémiai cellából állnak, és külső csatlakozásokkal vannak ellátva elektromos eszközök, például zseblámpák, okostelefonok és elektromos autók áramellátására.

Az elektrokémiai gázérzékelők olyan gázérzékelők, amelyek mérik a célgáz koncentrációját azáltal, hogy oxidálják vagy redukálják a célgázt egy elektródánál, és mérik a keletkező áramot.

Az elektrolízis egy olyan technika, amely egyenáramú áramot (DC) használ az egyébként nem spontán kémiai reakció meghajtására. Az elektrolízis kereskedelmi szempontból fontos, mivel az elemek elválasztása a természetben előforduló forrásoktól, például ércektől elektrolitikus cella segítségével.

3. lépés: Arduino Nano mikrokontroller platform

Az Arduino Nano vagy hasonló mikrokontroller kártya nagyszerű választás az elektrokémiai érzékelőkkel és a számítógép vagy videokijelző kimeneteivel való kapcsolathoz. A mellékelt Arduino Nano modul fejlécekkel rendelkezik, de nincsenek forrasztva a modulhoz. Hagyja ki a csapokat egyelőre. Végezze el az Arduino Nano modul kezdeti tesztjeit ELŐTT az Arduino Nano fejlécének forrasztásához. A következő pár lépéshez mindössze egy microUSB kábelre és a Nano modulra van szükség, amint a zsákból kijön.

Az Arduino Nano egy felületre szerelhető, kenyérsütőlap-barát, miniatürizált Arduino-kártya beépített USB-vel. Elképesztően teljes értékű és könnyen feltörhető.

Jellemzők:

• Mikrokontroller: Atmel ATmega328P
• Feszültség: 5V
• Digitális I/O érintkezők: 14 (6 PWM)
• Analóg bemeneti csapok: 8
• DC áram I/O tűnként: 40 mA
• Flash memória: 32 KB (2 KB a rendszerbetöltő számára)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Óra sebesség: 16 MHz
• Méretek: 17mm x 43mm

Az Arduino Nano ezen különleges változata a fekete Robotdyn kivitel. Az interfész egy beépített MicroUSB porton keresztül történik, amely kompatibilis a sok mobiltelefonnal és táblagéppel használt MicroUSB kábelekkel.

Az Arduino Nanos beépített USB/soros híd chipet tartalmaz. Ezen a változaton a hídchip a CH340G. Ne feledje, hogy különféle típusú USB/soros híd chipeket használnak a különböző típusú Arduino táblákon. Ezek a chipek lehetővé teszik, hogy a számítógép USB -portja kommunikáljon az Arduino processzor chipjének soros interfészével.

A számítógép operációs rendszeréhez eszközillesztő szükséges, hogy kommunikáljon az USB/soros lapkával. A meghajtó lehetővé teszi az IDE számára, hogy kommunikáljon az Arduino táblával. A szükséges eszközillesztő az operációs rendszer verziójától és az USB/soros chip típusától is függ. A CH340 USB/soros chipekhez számos operációs rendszerhez (UNIX, Mac OS X vagy Windows) állnak rendelkezésre illesztőprogramok. A CH340 gyártója itt látja el az illesztőprogramokat.

Amikor először csatlakoztatja az Arduino Nano -t a számítógép USB -portjához, a zöld tápellátás jelzőfénynek ki kell gyulladnia, és röviddel azután, hogy a kék LED lassan villogni kezd. Ez azért van így, mert a Nano előre telepítve van a BLINK programmal, amely a vadonatúj Arduino Nano készüléken fut.

4. lépés: Arduino integrált fejlesztői környezet (IDE)

Ha még nincs telepítve az Arduino IDE, akkor letöltheti az Arduino.cc webhelyről

Ha további bevezető információkat szeretne az Arduino ökoszisztémában való munkavégzéshez, javasoljuk, hogy nézze meg a HackerBoxes Starter Workshop utasításait.

Csatlakoztassa a Nano -t a MicroUSB -kábelhez, a kábel másik végét pedig a számítógép USB -portjához, indítsa el az Arduino IDE szoftvert, válassza ki a megfelelő USB -portot az IDE -ben az Eszközök> port alatt (valószínűleg egy "wchusb" névvel). Válassza ki az "Arduino Nano" lehetőséget is az IDE -ben az eszközök> tábla alatt.

Végül töltsön fel egy példakódot:

Fájl-> Példák-> Alapok-> Blink

Ez valójában az a kód, amelyet előre betöltöttek a Nano -ra, és most futnia kell, hogy lassan villogjon a kék LED. Ennek megfelelően, ha betöltjük ezt a példakódot, semmi sem változik. Ehelyett módosítsuk egy kicsit a kódot.

Ha alaposan szemügyre veszi, láthatja, hogy a program bekapcsolja a LED -et, vár 1000 ezredmásodpercet (egy másodperc), kikapcsolja a LED -et, vár még egy másodpercet, majd mindent újra - örökké.

Módosítsa a kódot úgy, hogy mindkét "delay (1000)" utasítást "delay (100)" értékre változtatja. E módosítás hatására a LED tízszer gyorsabban villog, nem?

Töltsük be a módosított kódot a Nano -ba, kattintson a FELTÖLTÉS gombra (a nyíl ikon) közvetlenül a módosított kód felett. Az állapotinformációkért nézze meg a kód alatt: "fordítás", majd "feltöltés". Végül az IDE -nek a „Feltöltés kész” feliratot kell jeleznie, és a LED -nek gyorsabban kell villognia.

Ha igen, gratulálok! Most törte fel az első beágyazott kódrészletet.

Ha a gyors villogás verziója betöltődött és fut, miért nem nézi meg, hogy megváltoztathatja-e a kódot, hogy a LED kétszer gyorsan villogjon, majd várjon néhány másodpercet, mielőtt megismétli? Megpróbál! Mit szólnál más mintákhoz? Miután sikerült elképzelni a kívánt eredményt, kódolni és megfigyelni, hogy a tervek szerint működik -e, hatalmas lépést tett annak érdekében, hogy kompetens hardverhackerré váljon.

5. lépés: Fejléc csapok és OLED forrasztás nélküli kenyértáblán

Most, hogy a fejlesztő számítógépet úgy konfigurálták, hogy betöltse a kódot az Arduino Nano -ba, és a Nano tesztelésre került, húzza ki az USB -kábelt a Nano -ból, és készüljön fel a fejlécek rögzítésére. Ha ez az első éjszaka a harcklubban, forrasztania kell! Rengeteg nagyszerű útmutató és videó található az interneten a forrasztásról (például). Ha úgy érzi, hogy további segítségre van szüksége, próbálja meg megtalálni a helyi készítői csoportot vagy hackerhelyet a területen. Ezenkívül az amatőr rádiós klubok mindig kiváló források az elektronikai tapasztalatokhoz.

Forrasztja a két egysoros fejlécet (egyenként tizenöt csap) az Arduino Nano modulhoz. A hat tűs ICSP (áramkörön belüli soros programozás) csatlakozó nem használható ebben a projektben, ezért hagyja ki ezeket a csapokat. A forrasztás befejezése után gondosan ellenőrizze a forrasztóhidakat és/vagy hidegforrasztási kötéseket. Végül csatlakoztassa az Arduino Nano -t az USB -kábelhez, és ellenőrizze, hogy minden továbbra is megfelelően működik -e.

Az OLED csatlakoztatásához a nanóhoz helyezze be mindkettőt a forrasztás nélküli kenyérsütő táblába az ábrán látható módon, és kösse be őket a táblázat szerint:

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

Az OLED kijelző meghajtásához telepítse az itt található SSD1306 OLED kijelző illesztőprogramot az Arduino IDE -be.

Tesztelje az OLED kijelzőt az ssd1306/hópelyhek példájának feltöltésével és a Nano programozásával.

További példák az SDD1306 könyvtárból hasznosak az OLED kijelző használatához.

6. lépés: Az MQ-3 alkoholszenzor és az alkotóelem bemutatója

Az MQ-3 alkoholos gázérzékelő (adatlap) egy olcsó félvezető érzékelő, amely képes észlelni az alkoholgázok jelenlétét 0,05 mg/l és 10 mg/l közötti koncentrációban. Az MQ-3-ban használt érzékelőanyag az SnO2, amely növekvő vezetőképességet mutat, ha fokozott alkohol-koncentrációnak van kitéve. Az MQ-3 nagyon érzékeny az alkoholra, nagyon kis keresztérzékenység a füstre, a gőzre vagy a benzinre.

Ez az MQ-3 modul nyers analóg kimenetet biztosít az alkoholkoncentrációhoz képest. A modul egy LM393 (adatlap) összehasonlítóval is rendelkezik a digitális kimenet küszöbértékének meghatározásához.

Az MQ-3 modul a következő táblázat szerint csatlakoztatható a Nano-hoz:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Nem használt

Demó kód a videóból.

FIGYELMEZTETÉS: Ez a projekt csupán oktató jellegű bemutató. Ez nem orvosi műszer. Nincs kalibrálva. Semmilyen módon nem szándékozik meghatározni a véralkoholszintet a törvényi vagy biztonsági határértékek értékeléséhez. Ne légy hülye. Ne igyon és vezessen. Érkezzen élve!

7. lépés: Ketonok kimutatása

A ketonok egyszerű vegyületek, amelyek karbonilcsoportot (szén-oxigén kettős kötést) tartalmaznak. Sok keton fontos mind az iparban, mind a biológiában. A közös oldószer aceton a legkisebb keton.

Ma már sokan ismerik a ketogén étrendet. Ez az étrend magas zsírtartalmú, megfelelő fehérje és kevés szénhidrát fogyasztásán alapul. Ez arra kényszeríti a szervezetet, hogy szénhidrátok helyett zsírokat égessen el. Általában az élelmiszerekben található szénhidrátok glükózzá alakulnak át, amely aztán a testben szállítódik, és különösen fontos az agyműködés elősegítésében. Ha azonban kevés szénhidrát van az étrendben, a máj a zsírt zsírsavvá és ketontestté alakítja. A ketontestek átjutnak az agyba, és energiaforrásként helyettesítik a glükózt. A ketontestek emelkedett szintje a vérben ketózisnak nevezett állapotot eredményez.

Példa ketonérzékelő projektre

Egy másik példa ketonérzékelő projektre

Az MQ-3 és a TGS822 gázérzékelők összehasonlítása

8. lépés: Levegőminőség -érzékelés

Légszennyezés akkor következik be, amikor káros vagy túlzott mennyiségű anyagot, beleértve gázokat, részecskéket és biológiai molekulákat juttatnak a légkörbe. A szennyezés betegségeket, allergiát és akár halált is okozhat az emberekben. Károsíthatja más élő szervezeteket is, például az állatokat, az élelmiszer -terményeket és általában a környezetet. Mind az emberi tevékenység, mind a természetes folyamatok légszennyezést okozhatnak. A beltéri levegőszennyezés és a rossz városi levegőminőség a világ két legsúlyosabb mérgező szennyezési problémája közé tartozik.

Összehasonlíthatjuk két különböző levegőminőség (vagy légveszély) érzékelő működését. Ezek az MQ-135 (adatlap) és az MP503 (adatlap).

Az MQ-135 érzékeny metánra, nitrogén-oxidokra, alkoholokra, benzolra, füstre, CO2-ra és más molekulákra. Az interfész megegyezik az MQ-3 interfésszel.

Az MP503 érzékeny formaldehid gázra, benzolra, szén -monoxidra, hidrogénre, alkoholra, ammóniára, cigarettafüstre, sok szagra és más molekulákra. Az interfész meglehetősen egyszerű, két digitális kimenetet biztosít a szennyezőanyag -koncentrációk négy szintjének kijelölésére. Az MP503 alapértelmezett csatlakozója műanyag burkolatú hüvelyfejjel rendelkezik, amely eltávolítható és helyettesíthető egy szabványos 4 tűs fejléccel (a táskában), forrasztás nélküli kenyérsütő deszkákkal, DuPont áthidalókkal vagy hasonló közös csatlakozókkal.

9. lépés: Vízminőség -érzékelés

TDS-3 vízminőségi teszt

A teljes oldott szilárd anyag (TDS) a mobil töltésű ionok teljes mennyisége, beleértve az ásványokat, sókat vagy fémeket egy adott vízmennyiségben. A vezetőképességen alapuló TDS milliomodrészben (ppm) vagy milligramm/liter (mg/L) -ban van megadva. Az oldott szilárd anyagok közé tartoznak a vezetőképes szervetlen elemek, a tiszta vízmolekulák (H2O) és a lebegő szilárd anyagok kivételével. Az EPA maximális szennyezőanyag -szintje TDS emberi fogyasztásra 500 ppm.

TDS mérések elvégzése

1. Távolítsa el a védőkupakot.
2. Kapcsolja be a TDS mérőt. Az ON/OFF kapcsoló a panelen található.
3. Merítse a mérőt a vízbe/oldatba max. merítési szint (2”).
4. Enyhén keverje meg a mérőt a légbuborékok eltávolítása érdekében.
5. Várjon, amíg a kijelző stabilizálódik. Amint az érték stabilizálódik (kb. 10 másodperc), nyomja meg a HOLD gombot a vízből történő leolvasáshoz.
6. Ha a mérő villogó „x10” szimbólumot jelenít meg, szorozza meg az értéket 10 -gyel.
7. Használat után rázza le a felesleges vizet a mérőről. Helyezze vissza a kupakot.

Forrás: Teljes útmutató

Kísérlet: Készítse el saját egyszerű TDS-mérőjét (projekt videóval), amely kalibrálható és tesztelhető a TDS-3-val.

10. lépés: Hőérzékelés

GY-906 érintésmentes hőmérséklet-érzékelő modul

A GY-906 hőérzékelő modul MLX90614-el van felszerelve (részletek). Ez egy egyszerűen használható, de nagyon hatékony egyzónás infravörös hőmérő, amely képes érzékelni a tárgy hőmérsékletét -70 és 380 ° C között. I2C interfészt használ a kommunikációhoz, ami azt jelenti, hogy csak két vezetéket kell fordítania a mikrokontrollerről a vele való interfészre.

Demo hőérzékelő projekt.

Egy másik hőérzékelő projekt.

DS18B20 vízálló hőérzékelő

A DS18B20 egyhuzalos hőmérséklet -érzékelő (részletek) ± 55 ℃ és 125 ℃ közötti hőmérsékletet mérhet ± 5 pontossággal.

11. lépés: HACK A PLANET

Ha élvezte ezt az Instructable programot, és szeretné, ha havonta egy feltörhető elektronikai és számítástechnikai projekt doboz érkezne a postaládájába, kérjük, csatlakozzon a forradalomhoz, ha böngészhet a HackerBoxes.com oldalon, és iratkozzon fel havi meglepetésdobozunkra.

Vegye fel a kapcsolatot és ossza meg sikerét az alábbi megjegyzésekben vagy a HackerBoxes Facebook -oldalán. Feltétlenül tudassa velünk, ha kérdése van, vagy segítségre van szüksége. Köszönjük, hogy a HackerBoxes tagja lehetsz!