HackerBox 0035: Електрохимия: 11 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Този месец хакерите HackerBox изследват различни електрохимични сензори и изпитват техники за измерване на физическите свойства на материалите. Тази инструкция съдържа информация за започване на работа с HackerBox #0035, която може да бъде закупена тук до изчерпване на количествата. Също така, ако искате да получавате такъв HackerBox точно във вашата пощенска кутия всеки месец, моля, абонирайте се на HackerBoxes.com и се присъединете към революцията!

Теми и учебни цели за HackerBox 0035:

• Конфигурирайте Arduino Nano за използване с Arduino IDE
• Свържете и кодирайте OLED модул за показване на измерванията
• Създайте демонстрация на алкохол с помощта на алкохолни сензори
• Сравнете сензорите за газ, за да извършите измервания на качеството на въздуха
• Определете качеството на водата от общите разтворени твърди вещества (TDS)
• Тествайте безконтактно и потопяемо във вода термично измерване

HackerBoxes е месечната абонаментна услуга за електроника и компютърни технологии „направи си сам“. Ние сме любители, създатели и експериментатори. Ние сме мечтателите на мечтите. ХАК НА ПЛАНЕТАТА!

Стъпка 1: HackerBox 0035: Съдържание на кутията

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0.96 128x64 пиксел I2C дисплей
• Измервател на качеството на водата TDS-3
• GY-906 безконтактен температурен модул
• MP503 Сензор за замърсяване на качеството на въздуха
• DS18B20 Водоустойчива температурна сонда
• Модул за сензор за алкохол MQ-3
• Модул на сензора за опасност на въздуха MQ-135
• Модул DHT11 за влажност и температура
• Лазерен модул KY-008
• Комплект светодиоди, 1K резистори и тактилни бутони
• 400 точкова „кристално чиста“дъска
• Комплект джъмпер тел - 65 броя
• MircoUSB кабел
• Изключителни стикери на HackerBoxes

Някои други неща, които ще бъдат полезни:

• Поялник, спойка и основни инструменти за запояване
• Компютър за стартиране на софтуерни инструменти

Най -важното е, че ще ви трябва чувство за приключение, дух „направи си сам“и хакерско любопитство. Хардкор DIY електрониката не е тривиално преследване и HackerBoxes не се разводняват. Целта е напредък, а не съвършенство. Когато упорствате и се наслаждавате на приключението, голяма степен на удовлетворение може да бъде получено от изучаването на нови технологии и надявам се някои проекти да работят. Предлагаме да правите всяка стъпка бавно, като имате предвид детайлите и не се страхувайте да помолите за помощ.

В често задаваните въпроси за HackerBoxes има богата информация за настоящи и бъдещи членове.

Стъпка 2: Електрохимия

Електрохимията (Уикипедия) е клонът на физическата химия, който изучава връзката между електричеството като измеримо и количествено явление и определена химическа промяна или обратно. Химичните реакции включват електрически заряди, движещи се между електроди и електролит (или йони в разтвор). Така електрохимията се занимава с взаимодействието между електрическата енергия и химическата промяна.

Най -често срещаните електрохимични устройства са ежедневните батерии. Батериите са устройства, състоящи се от една или повече електрохимични клетки с външни връзки, предвидени за захранване на електрически устройства като фенерчета, смартфони и електрически автомобили.

Електрохимичните сензори за газ са газови детектори, които измерват концентрацията на целевия газ чрез окисляване или намаляване на целевия газ при електрод и измерване на получения ток.

Електролизата е техника, която използва постоянен електрически ток (DC), за да предизвика иначе не спонтанна химична реакция. Електролизата е от търговско значение като етап в отделянето на елементи от естествено срещащи се източници, като руди, използващи електролитна клетка.

Стъпка 3: Платформа за микроконтролер Arduino Nano

Arduino Nano или подобна платка за микроконтролер е чудесен избор за свързване с електрохимични сензори и изходи на дисплея към компютър или видео дисплей. Включеният модул Arduino Nano се доставя с щифтове за заглавки, но те не са запоени към модула. Оставете щифтовете изключени засега. Извършете тези първоначални тестове на модула Arduino Nano PRIOR за запояване на щифтовете на заглавката на Arduino Nano. Всичко, което е необходимо за следващите няколко стъпки, е microUSB кабел и Nano модулът точно когато излиза от чантата.

Arduino Nano е миниатюризирана дъска Arduino с повърхностен монтаж, подходяща за макет, с вграден USB. Той е невероятно пълнофункционален и лесен за хакване.

Характеристика:

• Микроконтролер: Atmel ATmega328P
• Напрежение: 5V
• Цифрови I/O пинове: 14 (6 PWM)
• Изводи за аналогов вход: 8
• DC ток на I/O Pin: 40 mA
• Флаш памет: 32 KB (2KB за буутлоудъра)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Тактова честота: 16 MHz
• Размери: 17мм х 43мм

Този конкретен вариант на Arduino Nano е черният дизайн на Robotdyn. Интерфейсът е чрез вграден MicroUSB порт, който е съвместим със същите MicroUSB кабели, използвани с много мобилни телефони и таблети.

Arduino Nanos разполага с вграден USB/сериен мост чип. В този конкретен вариант мостният чип е CH340G. Имайте предвид, че има различни други видове USB/серийни мостови чипове, използвани на различните видове платки Arduino. Тези чипове ви позволяват USB порта на компютъра да комуникира със серийния интерфейс на процесорния чип на Arduino.

Операционната система на компютъра изисква драйвер за устройство за комуникация с USB/сериен чип. Драйверът позволява на IDE да комуникира с платката Arduino. Конкретният драйвер на устройството, който е необходим, зависи както от версията на операционната система, така и от типа USB/сериен чип. За CH340 USB/серийни чипове има налични драйвери за много операционни системи (UNIX, Mac OS X или Windows). Производителят на CH340 доставя тези драйвери тук.

Когато включите за първи път Arduino Nano в USB порт на вашия компютър, зеленият индикатор за захранване трябва да светне и малко след това синият светодиод трябва да започне да мига бавно. Това се случва, защото Nano е предварително заредена с програмата BLINK, която работи на чисто новия Arduino Nano.

Стъпка 4: Интегрирана среда за развитие на Arduino (IDE)

Ако все още не сте инсталирали Arduino IDE, можете да го изтеглите от Arduino.cc

Ако искате допълнителна уводна информация за работа в екосистемата Arduino, предлагаме да проверите инструкциите за работилницата за стартиране на HackerBoxes.

Включете Nano в MicroUSB кабела, а другия край на кабела в USB порт на компютъра, стартирайте софтуера Arduino IDE, изберете подходящия USB порт в IDE под инструменти> порт (вероятно име с "wchusb" в него). Също така изберете „Arduino Nano“в IDE под инструменти> дъска.

Накрая заредете парче примерен код:

Файл-> Примери-> Основи-> Мигане

Това всъщност е кодът, който е предварително инсталиран на Nano и трябва да работи точно сега, за да мига бавно синия светодиод. Съответно, ако заредим този примерен код, нищо няма да се промени. Вместо това нека променим малко кода.

Ако се вгледате внимателно, можете да видите, че програмата включва светодиода, изчаква 1000 милисекунди (една секунда), изключва светодиода, изчаква още една секунда и след това прави всичко отново - завинаги.

Променете кода, като промените двата израза "delay (1000)" на "delay (100)". Тази модификация ще накара светодиода да мига десет пъти по -бързо, нали?

Нека заредим модифицирания код в Nano, като кликнете върху бутона UPLOAD (иконата със стрелка) точно над променения код. Гледайте под кода за информация за състоянието: „компилиране“и след това „качване“. В крайна сметка IDE трябва да показва „Качването е завършено“и вашият светодиод трябва да мига по -бързо.

Ако е така, поздравления! Току -що сте хакнали първото си парче вграден код.

След като вашата версия за бързо мигане се зареди и работи, защо да не видите дали можете да промените кода отново, за да накарате светодиода да мига бързо два пъти и след това да изчакате няколко секунди, преди да повторите? Пробвам! Какво ще кажете за някои други модели? След като успеете да визуализирате желания резултат, да го кодирате и да го наблюдавате, за да работи по план, вие сте направили огромна стъпка към превръщането си в компетентен хардуер хакер.

Стъпка 5: Щифтове за заглавки и OLED на планка за запояване

Сега, когато вашият компютър за разработка е конфигуриран да зарежда код към Arduino Nano и Nano е тестван, изключете USB кабела от Nano и се пригответе да запоявате щифтовете на заглавката. Ако това е първата ви нощ в бойния клуб, трябва да запоите! Има много страхотни ръководства и видеоклипове онлайн за запояване (например). Ако смятате, че имате нужда от допълнителна помощ, опитайте се да намерите местна група производители или хакерско пространство във вашия район. Освен това любителските радиоклубове винаги са отлични източници на електронен опит.

Запояйте двата едноредови заглавки (по петнадесет пина всеки) към модула Arduino Nano. В този проект няма да се използва шест-пинов ICSP (in-circuit серийно програмиране) конектор, така че просто оставете тези пинове изключени. След като запояването приключи, проверете внимателно за запояващи мостове и/или студени спойки. И накрая, свържете Arduino Nano обратно към USB кабела и проверете дали все още работи правилно.

За да свържете OLED към Nano, поставете и двата в спояваща платка, както е показано, и ги свържете между тях според тази таблица:

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

За да управлявате OLED дисплея, инсталирайте SSD1306 OLED драйвера на дисплея, намерен тук, в Arduino IDE.

Тествайте OLED дисплея, като заредите примера ssd1306/снежинки и го програмирате в Nano.

Други примери от библиотеката SDD1306 са полезни за изследване на използването на OLED дисплея.

Стъпка 6: Демонстрация на сензор за алкохол и алкохолен анализатор MQ-3

Сензорът за алкохолен газ MQ-3 (лист с данни) е евтин полупроводников сензор, който може да открие наличието на алкохолни газове при концентрации от 0,05 mg/L до 10 mg/L. Сензорният материал, използван в MQ-3, е SnO2, който показва повишена проводимост, когато е изложен на нарастващи концентрации на алкохолни газове. MQ-3 е силно чувствителен към алкохол с много малка кръстосана чувствителност към дим, пари или бензин.

Този модул MQ-3 осигурява суров аналогов изход спрямо концентрацията на алкохол. Модулът разполага и с LM393 (лист с данни) за сравняване на прага на цифров изход.

Модулът MQ-3 може да бъде свързан към Nano съгласно тази таблица:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Не се използва

Демо код от видео.

ВНИМАНИЕ: Този проект е само образователна демонстрация. Това не е медицински инструмент. Не е калибриран. Не е предназначено по никакъв начин да се определят нивата на алкохол в кръвта за оценка на законовите или границите на безопасност. Не бъди глупав. Не пийте и шофирайте. Пристигнете живи!

Стъпка 7: Откриване на кетони

Кетоните са прости съединения, които съдържат карбонилна група (двойна връзка въглерод-кислород). Много кетони са важни както в индустрията, така и в биологията. Обикновеният разтворител ацетон е най -малкият кетон.

Днес мнозина са запознати с кетогенната диета. Това е диета, основана на консумация на високо съдържание на мазнини, достатъчно протеини и малко въглехидрати. Това принуждава тялото да изгаря мазнини, а не въглехидрати. Обикновено въглехидратите, съдържащи се в храната, се превръщат в глюкоза, която след това се транспортира по тялото и е особено важна за подхранване на мозъчната функция. Въпреки това, ако в диетата има малко въглехидрати, черният дроб превръща мазнините в мастни киселини и кетонни тела. Кетонните тела преминават в мозъка и заместват глюкозата като източник на енергия. Повишеното ниво на кетонни тела в кръвта води до състояние, известно като кетоза.

Примерен проект за откриване на кетони

Друг пример за кетонен сензорен проект

Сравняване на газови сензори MQ-3 срещу TGS822

Стъпка 8: Проучване на качеството на въздуха

Замърсяването на въздуха възниква, когато в атмосферата се внасят вредни или прекомерни количества вещества, включително газове, частици и биологични молекули. Замърсяването може да причини заболявания, алергии и дори смърт на хората. Той може също да причини вреда на други живи организми като животни, хранителни култури и околната среда като цяло. Както човешката дейност, така и естествените процеси могат да предизвикат замърсяване на въздуха. Замърсяването на въздуха в помещенията и лошото качество на градския въздух са посочени като два от най -тежките проблеми с токсичното замърсяване в света.

Можем да сравним работата на два различни сензора за качество на въздуха (или опасност за въздуха). Това са MQ-135 (лист с данни) и MP503 (лист с данни).

MQ-135 е чувствителен към метан, азотни оксиди, алкохоли, бензол, дим, CO2 и други молекули. Интерфейсът му е идентичен с интерфейса MQ-3.

MP503 е чувствителен към формалдехид газ, бензен, въглероден окис, водород, алкохол, амоняк, цигарен дим, много миризми и други молекули. Интерфейсът му е доста прост, осигуряващ два цифрови изхода за обозначаване на четири нива на концентрации на замърсители. Съединителят по подразбиране на MP503 има пластмасова обвита мъжка заглавка, която може да бъде премахната и заменена със стандартна 4-пинова заглавка (предоставена в чантата) за използване с платки за запояване, джъмпери DuPont или подобни обикновени съединители.

Стъпка 9: Проучване на качеството на водата

Тестер за качество на водата TDS-3

Общо разтворени твърди вещества (TDS) са общото количество подвижни заредени йони, включително минерали, соли или метали, разтворени в даден обем вода. TDS, който се основава на проводимостта, се изразява в части на милион (ppm) или милиграми на литър (mg/L). Разтворените твърди вещества включват всеки проводящ неорганичен елемент, различен от молекулите на чистата вода (H2O) и суспендирани твърди вещества. Максималното ниво на замърсители на EPA на TDS за човешка консумация е 500 ppm.

Измерване на TDS

1. Свалете защитната капачка.
2. Включете TDS глюкомера. Превключвателят за включване/изключване се намира на панела.
3. Потопете глюкомера във водата/разтвора до макс. ниво на потапяне (2”).
4. Леко разбъркайте глюкомера, за да отстраните всички въздушни мехурчета.
5. Изчакайте, докато дисплеят се стабилизира. След като показанието се стабилизира (приблизително 10 секунди), натиснете бутона HOLD, за да видите показанията от водата.
6. Ако глюкомерът показва мигащ символ „x10“, умножете показанията с 10.
7. След употреба изтръскайте излишната вода от глюкомера. Сменете капачката.

Източник: Пълна инструкция

Експеримент: Изградете свой собствен прост TDS метър (проект с видео тук), който може да се калибрира и тества с TDS-3.

Стъпка 10: Термично откриване

GY-906 Модул за безконтактен температурен сензор

Термочувствителният модул GY-906 е оборудван с MLX90614 (подробности). Това е лесен за използване, но много мощен еднозонов инфрачервен термометър, способен да отчита температурите на обекта между -70 и 380 ° C. Той използва I2C интерфейс за комуникация, което означава, че трябва само да отделите два проводника от вашия микроконтролер за взаимодействие с него.

Демонстрационен термо-сензорен проект.

Друг проект за термочувствителност.

DS18B20 Водоустойчив температурен сензор

Едножичният температурен сензор DS18B20 (подробности) може да измерва температура от -55 ℃ до 125 ℃ с точност ± 5.

Стъпка 11: ХАК НА ПЛАНЕТАТА

Ако сте харесали този Instructable и искате да имате готина кутия с хакируема електроника и проекти за компютърни технологии, които да се спускат по пощенската ви кутия всеки месец, моля, присъединете се към революцията, като сърфирате до HackerBoxes.com и се абонирате за получаване на нашата месечна кутия за изненади.

Протегнете ръка и споделете успеха си в коментарите по -долу или на страницата на HackerBoxes във Facebook. Със сигурност ни уведомете, ако имате въпроси или имате нужда от помощ за нещо. Благодарим ви, че сте част от HackerBoxes!