HackerBox 0035: ElectroChemistry: 11 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ngayong buwan, ang HackerBox Hackers ay nagsisiyasat ng iba't ibang mga electrochemical sensor at mga diskarte sa pagsubok para sa pagsukat ng mga pisikal na katangian ng mga materyales. Ang Instructable na ito ay naglalaman ng impormasyon para sa pagsisimula sa HackerBox # 0035, na maaaring mabili dito habang tumatagal ang mga supply. Gayundin, kung nais mong makatanggap ng isang HackerBox tulad ng karapatang ito sa iyong mailbox bawat buwan, mangyaring mag-subscribe sa HackerBoxes.com at sumali sa rebolusyon!

Mga Paksa at Mga Layunin sa Pag-aaral para sa HackerBox 0035:

• I-configure ang Arduino Nano para magamit sa Arduino IDE
• Wire at i-code ang isang module ng OLED upang ipakita ang mga sukat
• Bumuo ng isang demo ng breathalyzer gamit ang mga sensor ng alkohol
• Paghambingin ang mga sensor ng gas upang magsagawa ng mga sukat sa kalidad ng hangin
• Tukuyin ang form ng kalidad ng tubig na kabuuang mga natunaw na solido (TDS)
• Subukan ang contactless at water-submersible thermal sensing

Ang HackerBoxes ay ang buwanang serbisyo sa kahon ng subscription para sa DIY electronics at computer technology. Kami ay mga libangan, gumagawa, at eksperimento. Kami ang nangangarap ng mga pangarap. HACK ANG PLANET!

Hakbang 1: HackerBox 0035: Mga Nilalaman sa Kahon

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0.96 128x64 pixel I2C Display
• TDS-3 Water Quality Meter
• GY-906 Modyul ng Temperatura na Walang Pakikipag-ugnay
• MP503 Air Quality Pollution Sensor
• DS18B20 Waterproof Temperature Probe
• MQ-3 Modyul ng Sensor ng Alkohol
• MQ-135 Air Hazard Gas Sensor Module
• DHT11 Module ng Humidity at Temperatura
• KY-008 Laser Module
• Ang hanay ng mga LED, 1K Resistors, at Tactile Buttons
• 400 Point na "Crystal Clear" Breadboard
• Jumper Wire Set - 65 piraso
• MircoUSB Cable
• Mga Eksklusibong HackerBoxes na Decal

Ilang iba pang mga bagay na makakatulong:

• Panghinang, bakal, at pangunahing mga tool sa paghihinang
• Computer para sa pagpapatakbo ng mga tool ng software

Pinakamahalaga, kakailanganin mo ang isang pakiramdam ng pakikipagsapalaran, diwa ng DIY, at pag-usisa ng hacker. Ang Hardcore DIY electronics ay hindi isang maliit na pagtugis, at ang HackerBoxes ay hindi natubigan. Ang layunin ay pag-unlad, hindi pagiging perpekto. Kapag nagpumilit ka at nasisiyahan sa pakikipagsapalaran, maraming kasiyahan ang maaaring makuha mula sa pag-aaral ng bagong teknolohiya at inaasahan kong gumana ang ilang mga proyekto. Iminumungkahi naming dahan-dahan ang bawat hakbang, isinasaalang-alang ang mga detalye, at huwag matakot na humingi ng tulong.

Mayroong isang kayamanan ng impormasyon para sa kasalukuyan, at inaasahang, mga kasapi sa HackerBoxes FAQ.

Hakbang 2: Electrochemistry

Ang Electrochemistry (Wikipedia) ay sangay ng pisikal na kimika na pinag-aaralan ang ugnayan sa pagitan ng kuryente, bilang isang nasusukat at dami na kababalaghan, at isang partikular na pagbabago ng kemikal o kabaligtaran. Ang mga reaksyong kemikal ay nagsasangkot ng mga singil na kuryente na gumagalaw sa pagitan ng mga electrode at isang electrolyte (o mga ions sa isang solusyon). Kaya't nakikipag-usap ang electrochemistry sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng enerhiya na elektrikal at pagbabago ng kemikal.

Ang pinakakaraniwang mga electrochemical na aparato ay pang-araw-araw na baterya. Ang mga baterya ay mga aparato na binubuo ng isa o higit pang mga electrochemical cell na may mga panlabas na koneksyon na ibinibigay sa mga de-koryenteng aparato tulad ng mga flashlight, smartphone, at electric car.

Ang mga electrochemical gas sensors ay mga detektor ng gas na sumusukat sa konsentrasyon ng isang target na gas sa pamamagitan ng pag-oksihensiya o pagbawas ng target na gas sa isang elektrod at pagsukat sa nagresultang kasalukuyang.

Ang electrolysis ay isang pamamaraan na gumagamit ng direktang de-kuryenteng kasalukuyang (DC) upang maghimok ng kung hindi di-kusang reaksyong kemikal. Ang elektrolisis ay mahalaga sa komersyo bilang isang yugto sa paghihiwalay ng mga elemento mula sa natural na nagaganap na mga mapagkukunan tulad ng mga ores na gumagamit ng isang electrolytic cell.

Hakbang 3: Arduino Nano Microcontroller Platform

Ang isang Arduino Nano, o katulad na board ng microcontroller, ay isang mahusay na pagpipilian para sa interfacing sa electrochemical sensors at display output sa isang computer o video display. Ang kasama na Arduino Nano module ay may mga header pin, ngunit hindi sila na-solder sa module. Iwanan ang mga pin para sa ngayon. Gawin ang mga paunang pagsubok na ito ng Arduino Nano module na PRIOR sa paghihinang ng mga pin ng header ng Arduino Nano. Ang kailangan lang para sa susunod na ilang mga hakbang ay isang microUSB cable at ang Nano module tulad ng paglabas nito sa bag.

Ang Arduino Nano ay isang pang-ibabaw, mounting breadboard, miniaturized na Arduino board na may isinamang USB. Ito ay kamangha-manghang buong tampok at madaling i-hack.

Mga Tampok:

• Microcontroller: Atmel ATmega328P
• Boltahe: 5V
• Mga Digital I / O Pins: 14 (6 PWM)
• Mga Pins ng Input ng Analog: 8
• Kasalukuyang DC bawat I / O Pin: 40 mA
• Memory ng Flash: 32 KB (2KB para sa bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Bilis ng Orasan: 16 MHz
• Mga Dimensyon: 17mm x 43mm

Ang partikular na pagkakaiba-iba ng Arduino Nano na ito ay ang disenyo ng itim na Robotdyn. Ang interface ay sa pamamagitan ng isang on-board MicroUSB port na katugma sa parehong mga MicroUSB cable na ginamit sa maraming mga mobile phone at tablet.

Nagtatampok ang Arduino Nanos ng built-in na USB / Serial chip chip. Sa partikular na variant na ito, ang chip chip ay ang CH340G. Tandaan na may iba`t ibang mga uri ng USB / Serial na mga chip ng tulay na ginamit sa iba't ibang uri ng mga board ng Arduino. Pinapayagan ka ng mga chips na ito ang USB port ng computer upang makipag-usap sa serial interface sa chip ng processor ng Arduino.

Ang operating system ng isang computer ay nangangailangan ng isang Driver ng Device upang makipag-usap sa USB / Serial chip. Pinapayagan ng driver ang IDE na makipag-usap sa Arduino board. Ang tukoy na driver ng aparato na kinakailangan ay nakasalalay sa parehong bersyon ng OS at gayundin ang uri ng USB / Serial chip. Para sa CH340 USB / Serial chips, mayroong mga driver na magagamit para sa maraming mga operating system (UNIX, Mac OS X, o Windows). Ang tagagawa ng CH340 ang nagtutustos sa mga driver doon.

Kapag na-plug mo ang Arduino Nano sa isang USB port ng iyong computer, ang berdeng ilaw ng kuryente ay dapat na bukas at ilang sandali matapos ang asul na LED ay dapat magsimulang mag-blink nang dahan-dahan. Nangyayari ito dahil ang Nano ay paunang na-load sa programa ng BLINK, na tumatakbo sa bagong tatak ng Arduino Nano.

Hakbang 4: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

Kung wala ka pang naka-install na Arduino IDE, maaari mo itong i-download mula sa Arduino.cc

Kung nais mo ng karagdagang impormasyon sa pagpapakilala para sa pagtatrabaho sa Arduino ecosystem, iminumungkahi namin na suriin ang mga tagubilin para sa HackerBoxes Starter Workshop.

I-plug ang Nano sa MicroUSB cable at ang kabilang dulo ng cable sa isang USB port sa computer, ilunsad ang Arduino IDE software, piliin ang naaangkop na USB port sa IDE sa ilalim ng mga tool> port (malamang na isang pangalan na may "wchusb" dito). Piliin din ang "Arduino Nano" sa IDE sa ilalim ng mga tool> board.

Panghuli, mag-load ng isang piraso ng halimbawa ng code:

File-> Mga halimbawa-> Mga Pangunahing Kaalaman-> Blink

Ito talaga ang code na na-preload papunta sa Nano at dapat na tumatakbo ngayon upang dahan-dahang kumurap ng asul na LED. Alinsunod dito, kung na-load namin ang halimbawang code na ito, walang magbabago. Sa halip, baguhin natin nang kaunti ang code.

Sa pagtingin nang mabuti, maaari mong makita na ang programa ay nakabukas ang LED, naghihintay ng 1000 milliseconds (isang segundo), pinapatay ang LED, naghihintay ng isa pang segundo, at pagkatapos ay muling ginagawa ang lahat - magpakailanman.

Baguhin ang code sa pamamagitan ng pagbabago ng parehong mga pahayag na "antala (1000)" sa "pagkaantala (100)". Ang pagbabago na ito ay magiging sanhi ng LED upang kumurap ng sampung beses nang mas mabilis, tama ba?

I-load natin ang binagong code sa Nano sa pamamagitan ng pag-click sa pindutang UPLOAD (ang arrow icon) sa itaas lamang ng iyong binagong code. Panoorin sa ibaba ang code para sa impormasyon sa katayuan: "pag-iipon" at pagkatapos ay "pag-upload". Sa paglaon, dapat ipahiwatig ng IDE ang "Kumpletong Pag-upload" at ang iyong LED ay dapat na kumikislap nang mas mabilis.

Kung gayon, binabati kita! Na-hack mo lang ang iyong unang piraso ng naka-embed na code.

Kapag na-load at tumatakbo na ang iyong bersyon ng mabilis na blink, bakit hindi mo makita kung maaari mong baguhin muli ang code upang maging sanhi ng mabilis na pagkurap ng dalawang beses ang LED at pagkatapos maghintay ng ilang segundo bago ulitin? Subukan! Paano ang tungkol sa ilang iba pang mga pattern? Kapag nagtagumpay ka sa pag-visualize ng isang nais na kinalabasan, pag-coding ito, at pagmamasid upang gumana tulad ng nakaplano, gumawa ka ng isang napakalaking hakbang patungo sa pagiging isang karampatang hacker ng hardware.

Hakbang 5: Mga Header Pins at OLED sa Solderless Breadboard

Ngayon na ang iyong computer sa pag-unlad ay na-configure upang mai-load ang code sa Arduino Nano at nasubukan ang Nano, idiskonekta ang USB cable mula sa Nano at maghanda na maghinang ng mga pin ng header. Kung ito ang iyong unang gabi sa fight club, kailangan mong maghinang! Mayroong maraming magagaling na mga gabay at video sa online tungkol sa paghihinang (halimbawa). Kung sa palagay mo kailangan mo ng karagdagang tulong, subukang maghanap ng isang lokal na pangkat ng mga gumagawa o puwang ng hacker sa iyong lugar. Gayundin, ang mga amateur radio club ay palaging mahusay na mapagkukunan ng karanasan sa electronics.

Paghinang ang dalawang solong mga header ng hilera (labing limang pin bawat) sa module ng Arduino Nano. Ang anim na pin na ICSP (in-circuit serial programming) na konektor ay hindi gagamitin sa proyektong ito, kaya't iwanan lamang ang mga pin na iyon. Kapag nakumpleto na ang paghihinang, suriin nang mabuti ang mga tulay ng panghinang at / o mga malamig na solder joint. Sa wakas, i-hook ang Arduino Nano pabalik sa USB cable at i-verify na ang lahat ay gumagana pa rin ng maayos.

Upang i-wire ang OLED sa Nano, ipasok ang pareho sa isang solderless breadboard tulad ng ipinakita at kawad sa pagitan nila ayon sa talahanayan na ito:

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

Upang himukin ang OLED display, i-install ang driver ng display na SSD1306 OLED na matatagpuan dito sa Arduino IDE.

Subukan ang OLED display sa pamamagitan ng paglo-load ng halimbawa ng ssd1306 / snowflakes at i-program ito sa Nano.

Ang iba pang mga halimbawa mula sa SDD1306 library ay kapaki-pakinabang upang galugarin ang paggamit ng OLED display.

Hakbang 6: MQ-3 Alkohol Sensor at Breathalyzer Demo

Ang MQ-3 Alkohol Gas Sensor (datasheet) ay isang mababang semiconductor sensor na mababa ang gastos na maaaring makita ang pagkakaroon ng mga gas na alkohol sa mga konsentrasyon mula sa 0.05 mg / L hanggang 10 mg / L. Ang sensing material na ginamit sa MQ-3 ay SnO2, na nagpapakita ng pagtaas ng conductivity kapag nahantad sa pagtaas ng konsentrasyon ng mga gas na alkohol. Ang MQ-3 ay lubos na sensitibo sa alkohol na may napakakaunting cross-sensitivity sa usok, singaw, o gasolina.

Ang MQ-3 module na ito ay nagbibigay ng isang hilaw na analog na output na may kaugnayan sa konsentrasyon ng alkohol. Nagtatampok din ang module ng isang kumpare ng LM393 (datasheet) upang mag-threshold ng isang digital na output.

Ang MQ-3 module ay maaaring i-wire sa Nano ayon sa talahanayan na ito:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Hindi Ginamit

Demo code mula sa video.

BABALA: Ang proyektong ito ay isang demonstrasyong pang-edukasyon lamang. Hindi ito isang instrumentong pang-medikal. Hindi ito naka-calibrate. Hindi ito inilaan, sa anumang paraan, upang matukoy ang mga antas ng alkohol sa dugo para sa pagsusuri ng mga limitasyong ligal o kaligtasan. Wag kang tanga Huwag uminom at magmaneho. Dumating buhay!

Hakbang 7: Pagtuklas ng mga Ketones

Ang mga ketones ay simpleng mga compound na naglalaman ng isang pangkat na carbonyl (isang carbon-oxygen double bond). Maraming mga ketone ang mahalaga sa parehong industriya at biology. Ang karaniwang solvent acetone ay ang pinakamaliit na ketone.

Ngayon, marami ang pamilyar sa diet na ketogenic. Ito ay isang diyeta na nakabatay sa pag-ubos ng mataba, sapat na protina, at maliit na carbohydrates. Pinipilit nito ang katawan na magsunog ng mga taba kaysa sa mga karbohidrat. Karaniwan, ang mga karbohidrat na nilalaman ng pagkain ay ginawang glucose, na kung saan ay dinadala sa paligid ng katawan at partikular na mahalaga sa pagpapalakas ng pagpapaandar ng utak. Gayunpaman, kung mayroong maliit na karbohidrat sa diyeta, ang atay ay pinapalitan ang taba sa mga fatty acid at ketone na katawan. Ang mga katawang katawan ay dumadaan sa utak at pinapalitan ang glucose bilang mapagkukunan ng enerhiya. Ang isang mataas na antas ng mga katawan ng ketone sa dugo ay nagreresulta sa isang estado na kilala bilang ketosis.

Halimbawa ng ketone sensing project

Isa pang halimbawang ketone sensing project

Paghahambing ng MQ-3 kumpara sa TGS822 gas sensors

Hakbang 8: Sensing sa Kalidad ng Hangin

Ang polusyon sa hangin ay nangyayari kapag ang nakakapinsala o labis na dami ng mga sangkap kabilang ang mga gas, particulate, at biological molekula ay ipinakilala sa kapaligiran. Ang polusyon ay maaaring maging sanhi ng mga sakit, alerdyi, at maging pagkamatay ng mga tao. Maaari rin itong maging sanhi ng pinsala sa iba pang mga nabubuhay na organismo tulad ng mga hayop, mga pananim na pagkain, at ang kapaligiran sa pangkalahatan. Ang parehong aktibidad ng tao at natural na proseso ay maaaring makabuo ng polusyon sa hangin. Ang panloob na polusyon sa hangin at hindi magandang kalidad ng hangin sa lunsod ay nakalista bilang dalawa sa pinakapangit na problemang nakakalason sa polusyon sa buong mundo.

Maaari nating ihambing ang pagpapatakbo ng dalawang magkakaibang mga kalidad ng air (o air hazard) na mga sensor. Ito ang MQ-135 (datasheet) at ang MP503 (datasheet).

Ang MQ-135 ay sensitibo sa methane, nitrogen oxides, alcohols, benzene, usok, CO2, at iba pang mga molekula. Ang interface ay magkapareho sa interface ng MQ-3.

Ang MP503 ay sensitibo sa formaldehyde gas, benzene, carbon monoxide, hydrogen, alkohol, ammonia, usok ng sigarilyo, maraming mga amoy, at iba pang mga molekula. Ang interface ay medyo simple, na nagbibigay ng dalawang digital output upang magtalaga ng apat na antas ng mga konsentrasyon ng pollutant. Ang default na konektor sa MP503 ay may isang plastic na nakabalot ng header ng lalaki, na maaaring alisin at palitan ng isang karaniwang 4-pin header (na ibinigay sa bag) para magamit sa mga solderless breadboard, DuPont jumpers, o mga katulad na karaniwang konektor.

Hakbang 9: Sensing sa Kalidad ng Tubig

TDS-3 Water Quality Tester

Ang Total Dissolved Solids (TDS) ay ang kabuuang halaga ng mga ion na sisingilin sa mobile, kabilang ang mga mineral, asing-gamot, o mga metal na natunaw sa isang naibigay na dami ng tubig. Ang TDS, na batay sa kondaktibiti, ay ipinapahiwatig sa mga bahagi bawat milyon (ppm) o milligrams bawat litro (mg / L). Ang mga natutunaw na solido ay may kasamang anumang conductive inorganic na sangkap na naroroon maliban sa purong mga molekula ng tubig (H2O) at mga nasuspindeng solido. Ang EPA Maximum Contaminant Level ng TDS para sa pagkonsumo ng tao ay 500 ppm.

Pagkuha ng Mga Sukat ng TDS

1. Alisin ang proteksiyon na takip.
2. Buksan ang metro ng TDS. Ang switch na ON / OFF ay matatagpuan sa panel.
3. Isawsaw ang metro sa tubig / solusyon hanggang sa max. antas ng paglulubog (2 ").
4. Banayad na pukawin ang metro upang alisin ang anumang mga bula ng hangin.
5. Maghintay hanggang sa magpapatatag ang display. Kapag nagpapatatag ang pagbabasa (tinatayang 10 segundo), pindutin ang pindutang HOLD upang matingnan ang pagbabasa mula sa tubig.
6. Kung ang meter ay nagpapakita ng isang flashing 'x10' na simbolo, paramihin ang pagbabasa ng 10.
7. Pagkatapos ng paggamit, itapon ang anumang labis na tubig mula sa iyong metro. Palitan ang takip.

Pinagmulan: Buong Sheet ng Pagtuturo

Eksperimento: Bumuo ng iyong sariling simpleng TDS meter (proyekto na may video dito) na maaaring mai-calibrate, at masubukan laban sa, ang TDS-3.

Hakbang 10: Thermal Sensing

GY-906 Modyul na Sensor ng Temperatura ng Walang contact

Ang module ng thermal sensing ng GY-906 ay nilagyan ng isang MLX90614 (mga detalye). Ito ay isang simpleng magagamit, ngunit napakalakas na solong-zone na infrared na thermometer, na may kakayahang makaramdam ng temperatura ng bagay sa pagitan ng -70 at 380 ° C. Gumagamit ito ng isang interface ng I2C upang makipag-usap, na nangangahulugang kailangan mo lamang na magtalaga ng dalawang mga wire mula sa iyong microcontroller upang mag-interface dito.

Proyekto ng sensmo thermo-sensing.

Isa pang proyekto na nakaka-thermo.

DS18B20 Water Proof Temperature Sensor

Ang DS18B20 isang wire sensor sensor (mga detalye) ay maaaring sukatin ang temperatura mula -55 ℃ hanggang 125 ℃ na may kawastuhan na ± 5.

Hakbang 11: HACK ANG PLANET

Kung nasiyahan ka sa Instructable na ito at nais mong magkaroon ng isang cool na kahon ng mga hackable electronics at mga computer tech na proyekto na bumaba sa iyong mailbox bawat buwan, mangyaring sumali sa rebolusyon sa pamamagitan ng pag-surf sa HackerBoxes.com at pag-subscribe upang matanggap ang aming buwanang kahon ng sorpresa.

Abutin at ibahagi ang iyong tagumpay sa mga komento sa ibaba o sa Pahina ng HackerBoxes Facebook. Tiyak na ipaalam sa amin kung mayroon kang anumang mga katanungan o kailangan ng tulong sa anumang bagay. Salamat sa pagiging bahagi ng HackerBoxes!