„HackerBox 0035“: „ElectroChemistry“: 11 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Šį mėnesį „HackerBox Hackers“tiria įvairius elektrocheminius jutiklius ir bandymo metodus, skirtus medžiagų fizinėms savybėms matuoti. Šioje instrukcijoje yra informacijos, kaip pradėti naudotis „HackerBox #0035“, kurią galite įsigyti čia, kol pasibaigs atsargos. Be to, jei norėtumėte kiekvieną mėnesį gauti tokią „HackerBox“tiesiai į savo pašto dėžutę, užsiprenumeruokite „HackerBoxes.com“ir prisijunkite prie revoliucijos!

„HackerBox 0035“temos ir mokymosi tikslai:

• Konfigūruokite „Arduino Nano“naudoti su „Arduino IDE“
• Prijunkite ir koduokite OLED modulį, kad būtų rodomi matavimai
• Sukurkite alkotesterio demonstraciją naudodami alkoholio jutiklius
• Palyginkite dujų jutiklius, kad atliktumėte oro kokybės matavimus
• Nustatykite vandens kokybę iš visų ištirpusių kietųjų dalelių (TDS)
• Išbandykite bekontaktį ir panardinamą šiluminį jutimą

„HackerBoxes“yra mėnesio prenumeratos dėžutės paslauga, skirta „pasidaryk pats“elektronikai ir kompiuterinėms technologijoms. Esame mėgėjai, kūrėjai ir eksperimentuotojai. Mes esame svajonių svajotojai. Įsilaužk į planetą!

1 veiksmas: „HackerBox 0035“: dėžutės turinys

• „Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB“
• OLED 0,96 128x64 pikselių I2C ekranas
• TDS-3 vandens kokybės matuoklis
• GY-906 bekontaktis temperatūros modulis
• MP503 oro kokybės taršos jutiklis
• DS18B20 atsparus vandeniui temperatūros zondas
• MQ-3 alkoholio jutiklio modulis
• MQ-135 oro pavojaus dujų jutiklio modulis
• DHT11 drėgmės ir temperatūros modulis
• KY-008 lazerio modulis
• Šviesos diodų, 1K rezistorių ir lytėjimo mygtukų rinkinys
• 400 taškų „Crystal Clear“duonos lenta
• Jumperio vielos rinkinys - 65 vnt
• „MircoUSB“kabelis
• Išskirtiniai „HackerBoxes“lipdukai

Kai kurie kiti dalykai, kurie bus naudingi:

• Lituoklis, lydmetalis ir pagrindiniai litavimo įrankiai
• Kompiuteris programinės įrangos įrankiams paleisti

Svarbiausia, kad jums reikės nuotykių jausmo, „pasidaryk pats“dvasios ir įsilaužėlių smalsumo. „Hardcore DIY“elektronika nėra nereikšmingas užsiėmimas, o „HackerBoxes“nėra susilpnintos. Tikslas yra pažanga, o ne tobulumas. Kai atkakliai ir mėgaujatės nuotykiais, mokydamiesi naujų technologijų ir tikimės, kad pavyks įgyvendinti tam tikrus projektus, galite būti labai patenkinti. Siūlome kiekvieną žingsnį žengti lėtai, apgalvoti smulkmenas ir nebijoti prašyti pagalbos.

„HackerBoxes“DUK yra daug informacijos esamiems ir būsimiems nariams.

2 žingsnis: elektrochemija

Elektrochemija (Vikipedija) yra fizinės chemijos šaka, tirianti elektros ryšį, kaip išmatuojamą ir kiekybinį reiškinį, ir tam tikrą cheminį pokytį arba atvirkščiai. Cheminės reakcijos apima elektros krūvius, judančius tarp elektrodų ir elektrolito (arba jonų tirpale). Taigi elektrochemija nagrinėja elektros energijos ir cheminių pokyčių sąveiką.

Dažniausiai naudojami elektrocheminiai prietaisai yra kasdieninės baterijos. Akumuliatoriai yra prietaisai, susidedantys iš vieno ar daugiau elektrocheminių elementų su išorinėmis jungtimis, tiekiamomis elektros prietaisams, tokiems kaip žibintuvėliai, išmanieji telefonai ir elektromobiliai.

Elektrocheminiai dujų jutikliai yra dujų detektoriai, kurie matuoja tikslinių dujų koncentraciją oksiduojant arba sumažinant tikslines dujas prie elektrodo ir matuojant gautą srovę.

Elektrolizė yra metodas, kuris naudoja nuolatinę elektros srovę (DC), kad sukeltų kitaip spontanišką cheminę reakciją. Elektrolizė yra komerciškai svarbi kaip elementų atskyrimo nuo natūraliai esančių šaltinių, tokių kaip rūdos, etapas, naudojant elektrolitinį elementą.

3 žingsnis: „Arduino Nano“mikrovaldiklio platforma

„Arduino Nano“arba panaši mikrovaldiklio plokštė yra puikus pasirinkimas sąsajai su elektrocheminiais jutikliais ir ekrano išvestimis į kompiuterį ar vaizdo ekraną. Į komplektą įtrauktas „Arduino Nano“modulis yra su antgalių kaiščiais, tačiau jie nėra lituojami prie modulio. Kol kas palikite kaiščius. Atlikite šiuos pradinius „Arduino Nano“modulio bandymus IŠ ANKSTO, kad lituotumėte antraštės kaiščius „Arduino Nano“. Tolesniems poreikiams atlikti reikia tik „microUSB“kabelio ir „Nano“modulio, kaip jis išeina iš maišelio.

„Arduino Nano“yra ant paviršiaus tvirtinama, prie duonos lentos pritaikyta, miniatiūrinė „Arduino“plokštė su integruotu USB. Jis yra nuostabiai pilnavertis ir lengvai nulaužiamas.

Funkcijos:

• Mikrovaldiklis: Atmel ATmega328P
• Įtampa: 5V
• Skaitmeniniai įvesties/išvesties kaiščiai: 14 (6 PWM)
• Analoginės įvesties kaiščiai: 8
• DC srovė vienam įvesties/išvesties kaiščiui: 40 mA
• „Flash“atmintis: 32 KB (2 KB įkrovos įkrovikliui)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Laikrodžio greitis: 16 MHz
• Matmenys: 17 mm x 43 mm

Šis konkretus „Arduino Nano“variantas yra juodas „Robotdyn“dizainas. Sąsaja yra naudojant „MicroUSB“prievadą, suderinamą su tais pačiais „MicroUSB“kabeliais, naudojamais daugelyje mobiliųjų telefonų ir planšetinių kompiuterių.

„Arduino Nanos“turi įmontuotą USB/nuoseklaus tilto lustą. Šiame konkrečiame variante tilto lustas yra CH340G. Atminkite, kad įvairių tipų „Arduino“plokštėse naudojami įvairūs kitų tipų USB/nuosekliojo tilto lustai. Šios mikroschemos leidžia kompiuterio USB prievadui bendrauti su „Arduino“procesoriaus lusto serijine sąsaja.

Kompiuterio operacinei sistemai reikia įrenginio tvarkyklės, kad galėtų bendrauti su USB/serijos lustu. Vairuotojas leidžia IDE bendrauti su „Arduino“lenta. Reikalinga konkreti įrenginio tvarkyklė priklauso ir nuo OS versijos, ir nuo USB/serijinės mikroschemos tipo. „CH340“USB/nuosekliųjų lustų tvarkyklės yra prieinamos daugeliui operacinių sistemų (UNIX, „Mac OS X“arba „Windows“). CH340 gamintojas čia tiekia šias tvarkykles.

Kai pirmą kartą prijungiate „Arduino Nano“prie kompiuterio USB prievado, turi užsidegti žalia maitinimo lemputė ir netrukus po to, kai mėlynas šviesos diodas pradeda lėtai mirksėti. Taip atsitinka todėl, kad „Nano“yra iš anksto įkelta BLINK programa, kuri veikia visiškai naujame „Arduino Nano“.

4 žingsnis: „Arduino“integruotos plėtros aplinka (IDE)

Jei dar neįdiegėte „Arduino IDE“, galite jį atsisiųsti iš „Arduino.cc“

Jei norite papildomos įvadinės informacijos apie darbą „Arduino“ekosistemoje, siūlome susipažinti su „HackerBoxes Starter Workshop“instrukcijomis.

Prijunkite „Nano“prie „MicroUSB“kabelio, o kitą laido galą - prie kompiuterio USB prievado, paleiskite „Arduino IDE“programinę įrangą, pasirinkite tinkamą USB prievadą IDE skiltyje „Įrankiai“> prievadas (greičiausiai pavadinimas su „wchusb“)). Taip pat pasirinkite „Arduino Nano“IDE skiltyje įrankiai> lenta.

Galiausiai įkelkite kodo pavyzdį:

Failas-> Pavyzdžiai-> Pagrindai-> Mirksėti

Tai iš tikrųjų yra kodas, kuris buvo iš anksto įkeltas į „Nano“ir turėtų veikti dabar, kad lėtai mirksėtų mėlynas šviesos diodas. Atitinkamai, jei įkelsime šį pavyzdinį kodą, niekas nepasikeis. Vietoj to, šiek tiek pakeiskime kodą.

Atidžiai įsižiūrėję matote, kad programa įjungia šviesos diodą, laukia 1000 milisekundžių (vieną sekundę), išjungia šviesos diodą, laukia dar sekundės ir tada viską daro iš naujo - visam laikui.

Pakeiskite kodą, pakeisdami abu „uždelsimo (1000)“teiginius į „uždelsimas (100)“. Dėl šio pakeitimo šviesos diodas mirksės dešimt kartų greičiau, tiesa?

Įkelkime modifikuotą kodą į „Nano“spustelėdami mygtuką UPLOAD (rodyklės piktograma) tiesiai virš jūsų modifikuoto kodo. Žemiau žiūrėkite būsenos informacijos kodą: „kompiliavimas“, tada „įkėlimas“. Galiausiai IDE turėtų rodyti „Įkėlimas baigtas“, o jūsų šviesos diodas turėtų mirksėti greičiau.

Jei taip, sveikinu! Jūs ką tik nulaužėte savo pirmąjį įterptąjį kodą.

Kai jūsų greito mirksėjimo versija bus įkelta ir paleista, kodėl gi nepažiūrėjus, ar galite dar kartą pakeisti kodą, kad šviesos diodas greitai mirksėtų du kartus, tada palaukite porą sekundžių prieš kartodami? Pabandyk! O kaip kiti modeliai? Kai pavyks įsivaizduoti norimą rezultatą, jį užkoduoti ir stebėti, kaip jis veikia, kaip planuota, žengėte didžiulį žingsnį, kad taptumėte kompetentingu programinės įrangos įsilaužėliu.

5 veiksmas: antraštės kaiščiai ir OLED ant „Soldderless Breadboard“

Dabar, kai jūsų kūrimo kompiuteris sukonfigūruotas įkelti kodą į „Arduino Nano“ir „Nano“buvo išbandytas, atjunkite USB kabelį nuo „Nano“ir pasiruoškite lituoti antraštės kaiščius. Jei tai jūsų pirmoji naktis kovos klube, turite lituoti! Internete yra daug puikių vadovų ir vaizdo įrašų apie litavimą (pavyzdžiui). Jei manote, kad jums reikia papildomos pagalbos, pabandykite surasti vietos kūrėjų grupę ar įsilaužėlių erdvę savo rajone. Be to, mėgėjų radijo klubai visada yra puikus elektronikos patirties šaltinis.

Lituokite dvi vienos eilės antraštes (po penkiolika kaiščių) prie „Arduino Nano“modulio. Šiame projekte nebus naudojama šešių kontaktų ICSP (grandinės serijinio programavimo) jungtis, todėl tiesiog palikite tuos kaiščius. Kai litavimas bus baigtas, atidžiai patikrinkite, ar nėra litavimo tiltų ir (arba) šaltojo litavimo jungčių. Galiausiai prijunkite „Arduino Nano“prie USB kabelio ir patikrinkite, ar viskas vis tiek veikia tinkamai.

Norėdami prijungti OLED prie „Nano“, įkiškite abu į be litavimo duonos lentą, kaip parodyta, ir laidą tarp jų pagal šią lentelę:

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

Norėdami vairuoti OLED ekraną, įdiekite čia rastą SSD1306 OLED ekrano tvarkyklę į „Arduino IDE“.

Išbandykite OLED ekraną įkeldami ssd1306/snaigių pavyzdį ir užprogramuodami jį „Nano“.

Kiti pavyzdžiai iš bibliotekos SDD1306 yra naudingi norint ištirti OLED ekraną.

6 žingsnis: MQ-3 alkoholio jutiklio ir alkotesterio demonstracija

MQ-3 alkoholio dujų jutiklis (duomenų lapas) yra nebrangus puslaidininkinis jutiklis, galintis aptikti alkoholio dujų koncentraciją nuo 0,05 mg/l iki 10 mg/l. MQ-3 naudojama jutimo medžiaga yra SnO2, kurios laidumas didėja, kai susiduria su didėjančia alkoholio dujų koncentracija. MQ-3 yra labai jautrus alkoholiui, labai mažas kryžminis jautrumas dūmams, garams ar benzinui.

Šis MQ-3 modulis suteikia neapdorotą analoginį išėjimą, palyginti su alkoholio koncentracija. Modulis taip pat turi LM393 (duomenų lapo) palyginamąjį skaitmeninį išvestį.

MQ-3 modulį galima prijungti prie „Nano“pagal šią lentelę:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Nenaudojama

Demo kodas iš vaizdo įrašo.

ĮSPĖJIMAS: Šis projektas yra tik edukacinė demonstracija. Tai nėra medicinos priemonė. Jis nėra kalibruotas. Jokiu būdu nesiekiama nustatyti alkoholio kiekio kraujyje, kad būtų galima įvertinti teisines ar saugos ribas. Nebūk kvailas. Negalima gerti ir vairuoti. Ateikite gyvas!

7 žingsnis: Ketonų aptikimas

Ketonai yra paprasti junginiai, kuriuose yra karbonilo grupė (anglies-deguonies dviguba jungtis). Daugelis ketonų yra svarbūs tiek pramonėje, tiek biologijoje. Įprastas tirpiklis acetonas yra mažiausias ketonas.

Šiandien daugelis yra susipažinę su ketogenine dieta. Tai dieta, pagrįsta riebalų, pakankamo kiekio baltymų ir mažai angliavandenių vartojimu. Tai verčia organizmą deginti riebalus, o ne angliavandenius. Paprastai maiste esantys angliavandeniai paverčiami gliukoze, kuri vėliau pernešama aplink kūną ir yra ypač svarbi skatinant smegenų funkciją. Tačiau, jei maiste yra mažai angliavandenių, kepenys riebalus paverčia riebalų rūgštimis ir ketonų kūnais. Ketonų kūnai patenka į smegenis ir pakeičia gliukozę kaip energijos šaltinį. Padidėjęs ketonų kūnų kiekis kraujyje sukelia būseną, vadinamą ketoze.

Ketonų jutimo projekto pavyzdys

Kitas ketonų jutimo projekto pavyzdys

Palyginus MQ-3 ir TGS822 dujų jutiklius

8 žingsnis: oro kokybės jutiklis

Oro tarša atsiranda, kai į atmosferą patenka kenksmingų ar per daug medžiagų, įskaitant dujas, daleles ir biologines molekules. Tarša gali sukelti ligas, alergijas ir net mirtį žmonėms. Tai taip pat gali pakenkti kitiems gyviems organizmams, pvz., Gyvūnams, maistiniams augalams ir aplinkai apskritai. Tiek žmogaus veikla, tiek natūralūs procesai gali sukelti oro taršą. Patalpų oro tarša ir prasta miesto oro kokybė yra dvi didžiausios pasaulyje toksiškos taršos problemos.

Galime palyginti dviejų skirtingų oro kokybės (arba oro pavojaus) jutiklių veikimą. Tai yra MQ-135 (duomenų lapas) ir MP503 (duomenų lapas).

MQ-135 yra jautrus metanui, azoto oksidams, alkoholiams, benzenui, dūmams, CO2 ir kitoms molekulėms. Jo sąsaja yra identiška MQ-3 sąsajai.

MP503 yra jautrus formaldehido dujoms, benzenui, anglies monoksidui, vandeniliui, alkoholiui, amoniakui, cigarečių dūmams, daugeliui kvapų ir kitoms molekulėms. Jos sąsaja yra gana paprasta, ji suteikia du skaitmeninius išėjimus, nurodančius keturis teršalų koncentracijos lygius. Numatytoji MP503 jungtis turi plastikinę apvalkalo galvutę, kurią galima nuimti ir pakeisti standartine 4 kontaktų antgale (pateikiama maišelyje), skirta naudoti su be litavimo duonos lentelėmis, „DuPont“trumpikliais ar panašiomis įprastomis jungtimis.

9 žingsnis: vandens kokybės jutiklis

TDS-3 vandens kokybės testeris

Bendras ištirpusių kietųjų dalelių kiekis (TDS) yra bendras mobiliųjų įkrautų jonų kiekis, įskaitant mineralus, druskas ar metalus, ištirpusius tam tikrame vandens kiekyje. TDS, pagrįstas laidumu, išreiškiamas milijoninėmis dalimis (ppm) arba miligramais litre (mg/l). Ištirpusios kietosios medžiagos apima bet kokius laidžius neorganinius elementus, išskyrus gryno vandens molekules (H2O) ir suspenduotas medžiagas. Didžiausias EPA užterštumo lygis žmonėms vartoti yra 500 ppm.

TDS matavimų atlikimas

1. Nuimkite apsauginį dangtelį.
2. Įjunkite TDS matuoklį. ĮJUNGIMO/IŠJUNGIMO jungiklis yra skydelyje.
3. Panardinkite matuoklį į vandenį/tirpalą iki maks. panardinimo lygis (2”).
4. Lengvai maišykite matuoklį, kad neliktų oro burbuliukų.
5. Palaukite, kol ekranas stabilizuosis. Kai rodmenys stabilizuosis (apie 10 sekundžių), paspauskite HOLD mygtuką, kad pamatytumėte rodmenis iš vandens.
6. Jei matuoklis rodo mirksintį „x10“simbolį, padauginkite rodmenis iš 10.
7. Baigę naudoti, iš matuoklio nuplaukite vandens perteklių. Pakeiskite dangtelį.

Šaltinis: visas instrukcijų lapas

Eksperimentas: Sukurkite savo paprastą TDS matuoklį (projektas su vaizdo įrašu čia), kurį galima kalibruoti ir patikrinti su TDS-3.

10 žingsnis: terminis jutiklis

GY-906 bekontaktis temperatūros jutiklio modulis

Šilumos jutiklių modulis GY-906 turi MLX90614 (detaliau). Tai paprastas naudoti, bet labai galingas vienos zonos infraraudonųjų spindulių termometras, galintis aptikti nuo -70 iki 380 ° C temperatūrą. Bendravimui naudojama I2C sąsaja, o tai reiškia, kad jums tereikia skirti du laidus iš savo mikrovaldiklio.

Demonstracinis šilumos jutimo projektas.

Kitas termo jutimo projektas.

DS18B20 atsparus vandeniui temperatūros jutiklis

DS18B20 vieno laido temperatūros jutiklis (detalės) gali išmatuoti temperatūrą nuo -55 ℃ iki 125 ℃ ± 5 tikslumu.

11 veiksmas: nulaužkite planetą

Jei jums patiko šis „Instructable“ir norėtumėte, kad kiekvieną mėnesį į jūsų pašto dėžutę nusileistų įdomi elektronikos ir kompiuterinių technologijų projektų dėžutė, prisijunkite prie revoliucijos apsilankę „HackerBoxes.com“ir užsiprenumeruodami mūsų mėnesio staigmenų dėžutę.

Pasiekite ir pasidalykite savo sėkme komentaruose žemiau arba „HackerBoxes“„Facebook“puslapyje. Žinoma, praneškite mums, jei turite kokių nors klausimų ar jums reikia pagalbos. Dėkojame, kad esate „HackerBoxes“dalis!