HackerBox 0035: Elektrochemie: 11 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Hierdie maand ondersoek HackerBox Hackers verskillende elektrochemiese sensors en toets tegnieke om die fisiese eienskappe van materiale te meet. Hierdie instruksie bevat inligting om aan die gang te kom met HackerBox #0035, wat hier gekoop kan word terwyl voorraad hou. As u ook elke maand 'n HackerBox soos hierdie in u posbus wil ontvang, teken dan in op HackerBoxes.com en sluit aan by die revolusie!

Onderwerpe en leerdoelwitte vir HackerBox 0035:

• Stel die Arduino Nano op vir gebruik met die Arduino IDE
• Bedraad en kodeer 'n OLED -module om metings te vertoon
• Bou 'n demo van die asemhalingsapparaat met behulp van alkoholsensors
• Vergelyk gassensors om luggehalte -metings uit te voer
• Bepaal waterkwaliteit uit totale opgeloste vaste stowwe (TDS)
• Toets kontaklose en water-dompelbare termiese waarneming

HackerBoxes is die maandelikse subskripsiediens vir selfdoenelektronika en rekenaartegnologie. Ons is stokperdjies, vervaardigers en eksperimenteerders. Ons is die dromers van drome. HACK DIE PLANET!

Stap 1: HackerBox 0035: Inhoud van die boks

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0,96 128x64 pixel I2C -skerm
• TDS-3 Watergehalte Meter
• GY-906 kontaklose temperatuurmodule
• MP503 besoedelingsensor vir luggehalte
• DS18B20 Waterdigte temperatuur sonde
• MQ-3 Alkoholsensormodule
• MQ-135 Luggevaar gassensormodule
• DHT11 Module vir humiditeit en temperatuur
• KY-008 lasermodule
• Stel LED's, 1K -weerstande en tasbare knoppies
• 400 punt "Crystal Clear" broodbord
• Truidraadstel - 65 stukke
• MircoUSB -kabel
• Eksklusiewe plakkers vir HackerBoxes

'N Paar ander dinge wat nuttig sal wees:

• Soldeerbout, soldeersel en basiese soldeergereedskap
• 'N Rekenaar om sagteware te gebruik

Die belangrikste is dat u 'n gevoel van avontuur, DIY -gees en nuuskierigheid nodig het. Hardcore DIY -elektronika is nie 'n triviale strewe nie, en HackerBoxes word nie afgewater nie. Die doel is vooruitgang, nie volmaaktheid nie. As u volhard en die avontuur geniet, kan u baie tevredenheid put uit die aanleer van nuwe tegnologie en hopelik dat sommige projekte werk. Ons stel voor dat u elke stap stadig neem, let op die besonderhede, en moenie bang wees om hulp te vra nie.

Daar is 'n magdom inligting vir huidige en voornemende lede in die HackerBoxes FAQ.

Stap 2: Elektrochemie

Elektrochemie (Wikipedia) is die vertakking van fisiese chemie wat die verband tussen elektrisiteit, as 'n meetbare en kwantitatiewe verskynsel, en 'n bepaalde chemiese verandering of omgekeerd bestudeer. Die chemiese reaksies behels elektriese ladings wat tussen elektrodes en 'n elektroliet (of ione in 'n oplossing) beweeg. Elektrochemie handel dus oor die wisselwerking tussen elektriese energie en chemiese verandering.

Die algemeenste elektrochemiese toestelle is daaglikse batterye. Batterye is toestelle wat bestaan uit een of meer elektrochemiese selle met eksterne verbindings wat elektriese toestelle soos flitse, slimfone en elektriese motors aandryf.

Elektrochemiese gassensors is gasdetektore wat die konsentrasie van 'n teikengas meet deur die teikengas by 'n elektrode te oksideer of te verminder en die resulterende stroom te meet.

Elektrolise is 'n tegniek wat 'n gelykstroom (DC) gebruik om 'n andersins nie-spontane chemiese reaksie aan te dryf. Elektrolise is kommersieel belangrik as 'n stadium in die skeiding van elemente van natuurlike bronne soos erts met behulp van 'n elektrolitiese sel.

Stap 3: Arduino Nano Microcontroller -platform

'N Arduino Nano, of soortgelyke mikrobeheerderbord, is 'n uitstekende keuse om met elektrochemiese sensors en vertoonuitsette na 'n rekenaar- of video -skerm te skakel. Die meegeleverde Arduino Nano -module het kopstukke, maar dit word nie aan die module gesoldeer nie. Los die penne vir eers. Doen hierdie aanvanklike toetse van die Arduino Nano -module Voordat u die kopstukke van die Arduino Nano soldeer. Al wat nodig is vir die volgende paar stappe is 'n microUSB -kabel en die Nano -module, net soos dit uit die sak kom.

Die Arduino Nano is 'n oppervlakkige, broodbordvriendelike, geminiaturiseerde Arduino-bord met geïntegreerde USB. Dit is ongelooflik volledig en maklik om te hack.

Kenmerke:

• Mikrokontroleur: Atmel ATmega328P
• Spanning: 5V
• Digitale I/O -penne: 14 (6 PWM)
• Analoge invoerpenne: 8
• Gelykstroom per I/O -pen: 40 mA
• Flitsgeheue: 32 KB (2 KB vir selflaaiprogram)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Kloksnelheid: 16 MHz
• Afmetings: 17 x 43 mm

Hierdie spesifieke variant van die Arduino Nano is die swart Robotdyn -ontwerp. Die koppelvlak is deur 'n ingeboude MicroUSB-poort wat versoenbaar is met dieselfde MicroUSB-kabels wat met baie selfone en tablette gebruik word.

Arduino Nanos beskik oor 'n ingeboude USB/Serial bridge chip. Op hierdie spesifieke variant is die brugskyfie die CH340G. Let op dat daar verskillende ander tipes USB/Serial -brugskyfies op die verskillende soorte Arduino -borde gebruik word. Met hierdie skyfies kan u die USB -poort van u rekenaar kommunikeer met die seriële koppelvlak op die verwerkerskyf van die Arduino.

'N Bedryfstelsel van 'n rekenaar vereis dat 'n toesteldrywer met die USB/seriële skyfie kommunikeer. Die bestuurder laat die IDE toe om met die Arduino -bord te kommunikeer. Die spesifieke toesteldrywer wat benodig word, hang af van beide die bedryfstelselweergawe en ook die tipe USB/seriële skyfie. Vir die CH340 USB/Serial -skyfies is daar bestuurders beskikbaar vir baie bedryfstelsels (UNIX, Mac OS X of Windows). Die vervaardiger van die CH340 verskaf die bestuurders hier.

As u die Arduino Nano vir die eerste keer in 'n USB -poort van u rekenaar aansluit, moet die groen kraglig brand en kort daarna moet die blou LED stadig begin flikker. Dit gebeur omdat die Nano vooraf gelaai is met die BLINK-program, wat op die splinternuwe Arduino Nano werk.

Stap 4: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

As u nog nie die Arduino IDE geïnstalleer het nie, kan u dit aflaai van Arduino.cc

As u meer inleidende inligting wil hê vir die werk in die Arduino -ekosisteem, stel ons voor dat u die instruksies vir die HackerBoxes Starter Workshop raadpleeg.

Koppel die Nano aan die MicroUSB -kabel en die ander kant van die kabel in 'n USB -poort op die rekenaar, begin die Arduino IDE -sagteware, kies die toepaslike USB -poort in die IDE onder gereedskap> poort (waarskynlik 'n naam met 'wchusb' daarin)). Kies ook 'Arduino Nano' in die IDE onder gereedskap> bord.

Laai laastens 'n stuk voorbeeldkode op:

File-> Voorbeelde-> Basics-> Knip

Dit is eintlik die kode wat vooraf op die Nano gelaai is en wat tans moet werk om die blou LED stadig te knip. Gevolglik sal niks verander as ons hierdie voorbeeldkode laai nie. Laat ons eerder die kode 'n bietjie verander.

As u mooi kyk, kan u sien dat die program die LED aanskakel, 1000 millisekondes (een sekonde) wag, die LED afskakel, nog 'n sekonde wag en dan alles weer doen - vir ewig.

Verander die kode deur beide die "vertraging (1000)" stellings te verander na "vertraging (100)". Hierdie verandering sal daartoe lei dat die LED tien keer vinniger knip, nie waar nie?

Laai die gewysigde kode in die Nano deur op die UPLOAD -knoppie (die pyltjie -ikoon) net bokant u gewysigde kode te klik. Kyk onder die kode vir die statusinligting: "saamstel" en dan "oplaai". Uiteindelik moet die IDE 'Oplaai voltooi' aandui en u LED moet vinniger flikker.

Indien wel, baie geluk! U het pas u eerste stuk ingebedde kode gekap.

As u vinnige flitsweergawe gelaai en aan die gang is, kyk dan of u die kode weer kan verander om die LED twee keer vinnig te laat knip en dan 'n paar sekondes te wag voordat u dit herhaal? Probeer dit! Hoe gaan dit met ander patrone? As u eers daarin geslaag het om die gewenste uitkoms te visualiseer, te kodeer en te sien hoe dit volgens plan werk, het u 'n enorme stap geneem om 'n bekwame hardeware -hacker te word.

Stap 5: Kopspelde en OLED op soldeerlose broodbord

Noudat u ontwikkelingsrekenaar gekonfigureer is om kode na die Arduino Nano te laai en die Nano getoets is, ontkoppel die USB -kabel van die Nano en maak gereed om die koppenne te soldeer. As dit u eerste aand by die fight club is, moet u soldeer! Daar is baie goeie gidse en video's aanlyn oor soldeer (byvoorbeeld). As u voel dat u ekstra hulp nodig het, probeer om 'n plaaslike makersgroep of hacker -ruimte in u omgewing te vind. Amateurradioklubs is ook altyd uitstekende bronne van elektroniese ervaring.

Soldeer die twee opskrifte (enkele vyftien penne) aan die Arduino Nano -module. Die ses-pen ICSP (in-circuit seriële programmering) -aansluiting sal nie in hierdie projek gebruik word nie, so los die penne net af. Sodra die soldering voltooi is, kyk noukeurig na soldeerbrue en/of koue soldeerverbindings. Koppel laastens die Arduino Nano weer aan die USB -kabel en verifieer dat alles nog behoorlik werk.

Om die OLED na die Nano te dra, steek u beide in 'n soldeerlose broodbord soos aangedui, en dra tussen hulle volgens hierdie tabel:

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

Om die OLED -skerm te bestuur, installeer u die SSD1306 OLED -skermbestuurder wat u hier vind in die Arduino IDE.

Toets die OLED -skerm deur die ssd1306/sneeuvlokkie -voorbeeld te laai en in die Nano te programmeer.

Ander voorbeelde uit die SDD1306 -biblioteek is nuttig om die OLED -skerm te ondersoek.

Stap 6: MQ-3-alkoholsensor en asemhalingsdemonstrasie

Die MQ-3 alkoholgassensor (datablad) is 'n goedkoop halfgeleiersensor wat die teenwoordigheid van alkoholgasse by konsentrasies van 0,05 mg/L tot 10 mg/L kan opspoor. Die sensormateriaal wat in die MQ-3 gebruik word, is SnO2, wat toenemende geleidingsvermoë vertoon wanneer dit blootgestel word aan toenemende konsentrasies alkoholgasse. Die MQ-3 is hoogs sensitief vir alkohol met baie min kruisgevoeligheid vir rook, damp of petrol.

Hierdie MQ-3-module bied 'n rou analoog uitset relatief tot alkoholkonsentrasie. Die module bevat ook 'n LM393 (datablad) vergelyker om 'n digitale uitset te drempel.

Die MQ-3-module kan volgens die tabel aan die Nano gekoppel word:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Nie gebruik nie

Demokode uit video.

WAARSKUWING: Hierdie projek is bloot 'n opvoedkundige demonstrasie. Dit is nie 'n mediese instrument nie. Dit is nie gekalibreer nie. Dit is geensins bedoel om bloedalkoholvlakke te bepaal vir die beoordeling van wetlike of veiligheidsbeperkings nie. Moenie dom wees nie. Moenie drink en bestuur nie. Kom lewendig aan!

Stap 7: Ontdek ketone

Ketone is eenvoudige verbindings wat 'n karbonielgroep bevat ('n koolstof-suurstof dubbelbinding). Baie ketone is belangrik in die industrie sowel as in die biologie. Die gewone oplosmiddel asetoon is die kleinste ketoon.

Vandag is baie bekend met die ketogene dieet. Dit is 'n dieet wat gebaseer is op die inname van vet, voldoende proteïene en min koolhidrate. Dit dwing die liggaam om vette eerder as koolhidrate te verbrand. Gewoonlik word die koolhidrate wat in voedsel voorkom, omgeskakel in glukose, wat dan deur die liggaam vervoer word en veral belangrik is om die breinfunksie te bevorder. As daar egter min koolhidrate in die dieet is, omskep die lewer vet in vetsure en ketoonliggame. Die ketoonliggame gaan in die brein in en vervang glukose as 'n energiebron. 'N Verhoogde vlak van ketoonliggame in die bloed lei tot 'n toestand wat bekend staan as ketose.

Voorbeeld ketoonopsporingsprojek

Nog 'n voorbeeld van ketoonopsporingsprojek

Vergelyking van MQ-3 versus TGS822 gassensors

Stap 8: Waarneming van luggehalte

Lugbesoedeling vind plaas wanneer skadelike of oormatige hoeveelhede stowwe, insluitend gasse, deeltjies en biologiese molekules in die atmosfeer ingebring word. Besoedeling kan siektes, allergieë en selfs die dood van mense veroorsaak. Dit kan ook skade aan ander lewende organismes soos diere, voedselgewasse en die omgewing in die algemeen veroorsaak. Beide menslike aktiwiteite en natuurlike prosesse kan lugbesoedeling veroorsaak. Binne -lugbesoedeling en swak stedelike luggehalte word gelys as twee van die grootste giftige besoedelingsprobleme ter wêreld.

Ons kan die werking van twee verskillende luggehalte (of luggevaar) sensors vergelyk. Dit is die MQ-135 (datablad) en die MP503 (datablad).

Die MQ-135 is sensitief vir metaan, stikstofoksiede, alkohole, benseen, rook, CO2 en ander molekules. Die koppelvlak is identies aan die MQ-3-koppelvlak.

Die MP503 is sensitief vir formaldehiedgas, benseen, koolstofmonoksied, waterstof, alkohol, ammoniak, sigaretrook, baie reuke en ander molekules. Die koppelvlak is redelik eenvoudig en bied twee digitale uitsette om vier vlakke van besoedelingskonsentrasies aan te dui. Die standaardaansluiting op die MP503 het 'n plastiek omhulde manlike kopstuk, wat verwyder kan word en vervang kan word deur 'n standaard 4-pins kopstuk (in sak) vir gebruik met soldeerlose broodborde, DuPont-springers of soortgelyke algemene verbindings.

Stap 9: Waarneming van waterkwaliteit

TDS-3 waterkwaliteitstoetser

Totale opgeloste vaste stowwe (TDS) is die totale hoeveelheid mobiele gelaaide ione, insluitend minerale, soute of metale opgelos in 'n gegewe volume water. TDS, wat gebaseer is op geleidingsvermoë, word uitgedruk in dele per miljoen (ppm) of milligram per liter (mg/L). Opgeloste vaste stowwe bevat enige geleidende anorganiese element anders as die suiwer watermolekules (H2O) en gesuspendeerde vaste stowwe. Die EPA se maksimum kontaminantvlak van TDS vir menslike gebruik is 500 ppm.

TDS -metings neem

1. Verwyder die beskermende dop.
2. Skakel die TDS -meter aan. Die AAN/UIT -skakelaar is op die paneel.
3. Dompel die meter tot die maksimum in die water/oplossing. dompelvlak (2”).
4. Roer die meter liggies om lugborrels te verwyder.
5. Wag totdat die skerm stabiliseer. Sodra die lesing gestabiliseer is (ongeveer 10 sekondes), druk die HOLD -knoppie om die lesing uit die water te sien.
6. As die meter 'n flitsende 'x10' -simbool vertoon, vermenigvuldig die lesing met 10.
7. Skud oortollige water uit u meter na gebruik. Plaas die dop terug.

Bron: volledige instruksieblad

Eksperiment: Bou u eie eenvoudige TDS-meter (projek met video hier) wat met die TDS-3 gekalibreer kan word en daarteen getoets kan word.

Stap 10: Termiese waarneming

GY-906 kontaklose temperatuursensormodule

Die GY-906 termiese waarnemingsmodule is toegerus met 'n MLX90614 (besonderhede). Dit is 'n eenvoudige, maar baie kragtige enkelsone-infrarooi termometer wat voorwerptemperature tussen -70 en 380 ° C kan waarneem. Dit gebruik 'n I2C -koppelvlak om te kommunikeer, wat beteken dat u slegs twee drade van u mikrobeheerder hoef te koppel om daarmee te werk.

Demo-termosensorprojek.

Nog 'n termosensorprojek.

DS18B20 Waterdigte temperatuursensor

Die DS18B20 eendraad temperatuur sensor (besonderhede) kan temperatuur meet van -55 ℃ tot 125 ℃ met 'n akkuraatheid van ± 5.

Stap 11: HAK DIE PLANET

As u hierdie instruksies geniet het en u wil hê dat elke maand 'n koel bok met elektroniese en rekenaartegnologiese projekte op u posbus moet kom, sluit dan aan by die rewolusie deur na HackerBoxes.com te gaan en in te teken op ons maandelikse verrassingskas.

Reik uit en deel u sukses in die kommentaar hieronder of op die HackerBoxes Facebook -bladsy. Laat weet ons beslis as u vrae het of hulp nodig het met iets. Dankie dat u deel was van HackerBoxes!