HackerBox 0035: ElectroCimie: 11 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Luna aceasta, HackerBox Hackers explorează diferiți senzori electrochimici și tehnici de testare pentru măsurarea proprietăților fizice ale materialelor. Acest Instructable conține informații pentru a începe să utilizați HackerBox # 0035, care poate fi achiziționat aici până la epuizarea stocurilor. De asemenea, dacă doriți să primiți un HackerBox de acest fel chiar în cutia poștală în fiecare lună, vă rugăm să vă abonați la HackerBoxes.com și să vă alăturați revoluției!

Subiecte și obiective de învățare pentru HackerBox 0035:

• Configurați Arduino Nano pentru utilizare cu Arduino IDE
• Conectați și codați un modul OLED pentru a afișa măsurătorile
• Construiți o demonstrație cu etilotest utilizând senzori de alcool
• Comparați senzorii de gaz pentru a efectua măsurători ale calității aerului
• Determinați calitatea apei din solidele dizolvate totale (TDS)
• Testați senzorul termic fără contact și submersibil în apă

HackerBoxes este serviciul de cutie de abonament lunar pentru electronice DIY și tehnologie computerizată. Suntem pasionați, creatori și experimentatori. Suntem visătorii viselor. HACK PLANETA!

Pasul 1: HackerBox 0035: Conținutul cutiei

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• Afișaj OLED 0,96 128x64 pixeli I2C
• Contor de calitate a apei TDS-3
• GY-906 Modul de temperatură fără contact
• Senzor de poluare a calității aerului MP503
• Sonda de temperatură impermeabilă DS18B20
• Modulul senzorului de alcool MQ-3
• MQ-135 Modul senzor gaz pericol aer
• Modulul de umiditate și temperatură DHT11
• Modul laser KY-008
• Set de LED-uri, rezistențe 1K și butoane tactile
• Panou de 400 de puncte "Crystal Clear"
• Set sârmă jumper - 65 bucăți
• Cablu MircoUSB
• Decalcomanii exclusive HackerBoxes

Câteva alte lucruri care vă vor fi de ajutor:

• Instrument de lipit, lipit și instrumente de lipit de bază
• Computer pentru rularea instrumentelor software

Cel mai important, veți avea nevoie de un sentiment de aventură, de spiritul DIY și de curiozitatea hackerilor. Electronica DIY hardcore nu este o urmărire banală, iar HackerBoxes nu sunt umezite. Scopul este progresul, nu perfecțiunea. Când persistați și vă bucurați de aventură, o mulțime de satisfacții pot fi obținute din învățarea de noi tehnologii și, sperăm, că unele proiecte funcționează. Vă sugerăm să faceți fiecare pas încet, luând în considerare detaliile și să nu vă fie frică să cereți ajutor.

Există o mulțime de informații pentru membrii actuali și potențiali din FAQ-ul HackerBoxes.

Pasul 2: Electrochimie

Electrochimia (Wikipedia) este ramura chimiei fizice care studiază relația dintre electricitate, ca fenomen măsurabil și cantitativ, și o anumită schimbare chimică sau invers. Reacțiile chimice implică sarcini electrice care se deplasează între electrozi și un electrolit (sau ioni într-o soluție). Astfel, electrochimia se ocupă de interacțiunea dintre energia electrică și schimbarea chimică.

Cele mai frecvente dispozitive electrochimice sunt bateriile de zi cu zi. Bateriile sunt dispozitive constând din una sau mai multe celule electrochimice cu conexiuni externe furnizate pentru alimentarea dispozitivelor electrice, cum ar fi lanterne, smartphone-uri și mașini electrice.

Senzorii de gaze electrochimice sunt detectoare de gaze care măsoară concentrația unui gaz țintă prin oxidarea sau reducerea gazului țintă la un electrod și măsurarea curentului rezultat.

Electroliza este o tehnică care folosește un curent electric direct (DC) pentru a conduce o reacție chimică altfel non-spontană. Electroliza este importantă din punct de vedere comercial ca etapă în separarea elementelor de surse naturale, cum ar fi minereuri, folosind o celulă electrolitică.

Pasul 3: Platforma de microcontroler Arduino Nano

Un Arduino Nano, sau o placă de microcontroler similară, este o alegere excelentă pentru interfața cu senzorii electrochimici și afișarea ieșirilor pe un computer sau afișaj video. Modulul Arduino Nano inclus vine cu pini de antet, dar nu sunt lipiți cu modulul. Lăsați pinii opriți pentru moment. Efectuați aceste teste inițiale ale modulului Arduino Nano înainte de a lipi pinii antetului Arduino Nano. Tot ce este necesar pentru următorii pași este un cablu microUSB și modulul Nano exact la ieșirea din geantă.

Arduino Nano este o placă Arduino miniaturizată, montată pe suprafață, compatibilă cu placa, cu USB integrat. Este uimitor de complet dotat și ușor de piratat.

Caracteristici:

• Microcontroler: Atmel ATmega328P
• Tensiune: 5V
• Pinii I / O digitale: 14 (6 PWM)
• Pinii de intrare analogici: 8
• Curent continuu per pin I / O: 40 mA
• Memorie Flash: 32 KB (2 KB pentru bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Viteza de ceas: 16 MHz
• Dimensiuni: 17mm x 43mm

Această variantă specială a Arduino Nano este designul Robotdyn negru. Interfața se face printr-un port MicroUSB integrat, care este compatibil cu aceleași cabluri MicroUSB utilizate cu multe telefoane mobile și tablete.

Arduino Nanos are un cip bridge USB / Serial încorporat. Pe această variantă specială, cipul bridge este CH340G. Rețineți că există diferite alte tipuri de cipuri USB / Serial bridge utilizate pe diferitele tipuri de plăci Arduino. Aceste cipuri vă permit portul USB al computerului să comunice cu interfața serială de pe cipul procesorului Arduino.

Sistemul de operare al unui computer necesită un driver de dispozitiv pentru a comunica cu cipul USB / Serial. Driverul permite IDE-ului să comunice cu placa Arduino. Driverul de dispozitiv specific care este necesar depinde atât de versiunea sistemului de operare, cât și de tipul de cip USB / Serial. Pentru cipurile CH340 USB / Serial, există drivere disponibile pentru multe sisteme de operare (UNIX, Mac OS X sau Windows). Producătorul CH340 furnizează acele drivere aici.

Când conectați prima dată Arduino Nano la un port USB al computerului, indicatorul luminos verde ar trebui să se aprindă și la scurt timp după ce LED-ul albastru ar trebui să înceapă să clipească încet. Acest lucru se întâmplă deoarece Nano este preîncărcat cu programul BLINK, care rulează pe noul Arduino Nano.

Pasul 4: Mediul de dezvoltare integrat Arduino (IDE)

Dacă nu aveți încă ID-ul Arduino instalat, îl puteți descărca de pe Arduino.cc

Dacă doriți informații introductive suplimentare pentru lucrul în ecosistemul Arduino, vă sugerăm să consultați instrucțiunile pentru HackerBoxes Starter Workshop.

Conectați Nano la cablul MicroUSB și celălalt capăt al cablului într-un port USB de pe computer, lansați software-ul Arduino IDE, selectați portul USB corespunzător în IDE sub instrumente> port (probabil un nume cu „wchusb” în el). De asemenea, selectați „Arduino Nano” în IDE sub instrumente> bord.

În cele din urmă, încărcați o bucată de exemplu de cod:

Fișier-> Exemple-> Noțiuni de bază-> Clipește

Acesta este de fapt codul care a fost preîncărcat pe Nano și ar trebui să ruleze chiar acum pentru a clipi încet LED-ul albastru. În consecință, dacă încărcăm acest exemplu de cod, nimic nu se va schimba. În schimb, să modificăm puțin codul.

Privind cu atenție, puteți vedea că programul aprinde LED-ul, așteaptă 1000 de milisecunde (o secundă), stinge LED-ul, așteaptă încă o secundă și apoi face totul din nou - pentru totdeauna.

Modificați codul schimbând ambele instrucțiuni „delay (1000)” în „delay (100)”. Această modificare va face ca LED-ul să clipească de zece ori mai repede, nu?

Să încărcăm codul modificat în Nano făcând clic pe butonul UPLOAD (pictograma săgeată) chiar deasupra codului modificat. Urmăriți mai jos codul pentru informațiile despre stare: „compilare” și apoi „încărcare”. În cele din urmă, IDE ar trebui să indice „Încărcare finalizată”, iar LED-ul dvs. ar trebui să clipească mai repede.

Dacă da, felicitări! Tocmai ați spart prima bucată de cod încorporat.

Odată ce versiunea dvs. de clipire rapidă este încărcată și rulează, de ce să nu vedeți dacă puteți schimba codul din nou pentru a face LED-ul să clipească rapid de două ori și apoi să așteptați câteva secunde înainte de a repeta? Incearca! Ce zici de alte tipare? Odată ce ați reușit să vizualizați rezultatul dorit, să îl codificați și să-l observați pentru a funcționa conform planificării, ați făcut un pas enorm către a deveni un hacker hardware competent.

Pasul 5: Pinii antetului și OLED pe placa de sudură fără sudură

Acum că computerul dvs. de dezvoltare a fost configurat pentru a încărca codul pe Arduino Nano și Nano a fost testat, deconectați cablul USB de la Nano și pregătiți-vă să lipiți pinii antetului. Dacă este prima noapte la clubul de luptă, trebuie să lipiți! Există o mulțime de ghiduri și videoclipuri grozave online despre lipire (de exemplu). Dacă simțiți că aveți nevoie de asistență suplimentară, încercați să găsiți un grup local de producători sau un spațiu pentru hackeri în zona dvs. De asemenea, cluburile de radioamatori sunt întotdeauna surse excelente de experiență electronică.

Lipiți cele două anteturi de un singur rând (câte cincisprezece pini fiecare) la modulul Arduino Nano. Conectorul ICSP cu șase pini (programare serială în circuit) nu va fi utilizat în acest proiect, așa că lăsați acei pini opriți. Odată ce lipirea este completă, verificați cu atenție punțile de lipit și / sau îmbinările de lipit la rece. În cele din urmă, conectați Arduino Nano înapoi la cablul USB și verificați dacă totul funcționează corect.

Pentru a conecta OLED la Nano, introduceți-le pe ambele într-o placă fără sudură, așa cum se arată, și conectați-le între ele conform acestui tabel:

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

Pentru a conduce afișajul OLED, instalați driverul de afișaj OLED SSD1306 găsit aici în ID-ul Arduino.

Testați afișajul OLED încărcând exemplul ssd1306 / fulgi de zăpadă și programându-l în Nano.

Alte exemple din biblioteca SDD1306 sunt utile pentru explorarea utilizării afișajului OLED.

Pasul 6: Demo pentru senzorul de alcool MQ-3 și Breathalyzer

Senzorul de gaze alcoolice MQ-3 (fișă tehnică) este un senzor semiconductor cu cost redus, care poate detecta prezența gazelor alcoolice la concentrații cuprinse între 0,05 mg / L și 10 mg / L. Materialul de detectare utilizat în MQ-3 este SnO2, care prezintă o conductivitate crescândă atunci când este expus la concentrații crescânde de gaze alcoolice. MQ-3 este foarte sensibil la alcool, cu o sensibilitate încrucișată foarte mică la fum, vapori sau benzină.

Acest modul MQ-3 oferă o ieșire analogă brută în raport cu concentrația de alcool. Modulul are, de asemenea, un comparator LM393 (foaie de date) pentru a prag o ieșire digitală.

Modulul MQ-3 poate fi conectat la Nano conform acestui tabel:

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

Cod demo din videoclip.

AVERTISMENT: Acest proiect este doar o demonstrație educațională. Nu este un instrument medical. Nu este calibrat. Nu se intenționează, în niciun fel, să se determine nivelurile de alcool din sânge pentru evaluarea limitelor legale sau de siguranță. Nu fi prost. Nu bea și conduce. Soseste viu!

Pasul 7: detectarea cetonelor

Cetonele sunt compuși simpli care conțin o grupare carbonil (o legătură dublă carbon-oxigen). Multe cetone sunt importante atât în industrie, cât și în biologie. Solventul comun acetonă este cea mai mică cetonă.

Astăzi, mulți sunt familiarizați cu dieta ketogenică. Este o dietă bazată pe consumul de grăsimi bogate, proteine adecvate și puțini carbohidrați. Acest lucru forțează corpul să ardă mai degrabă grăsimi decât carbohidrați. În mod normal, glucidele conținute în alimente sunt transformate în glucoză, care este apoi transportată în jurul corpului și este deosebit de importantă în alimentarea funcției creierului. Cu toate acestea, dacă există puțini carbohidrați în dietă, ficatul transformă grăsimile în acizi grași și corpuri cetonice. Corpurile cetonice trec în creier și înlocuiesc glucoza ca sursă de energie. Un nivel ridicat de corpuri cetonice din sânge are ca rezultat o stare cunoscută sub numele de cetoză.

Exemplu de proiect de detectare a cetonelor

Un alt exemplu de proiect de detectare a cetonelor

Compararea senzorilor de gaz MQ-3 cu TGS822

Pasul 8: detectarea calității aerului

Poluarea aerului apare atunci când sunt introduse în atmosferă cantități dăunătoare sau excesive de substanțe, inclusiv gaze, particule și molecule biologice. Poluarea poate provoca boli, alergii și chiar moartea oamenilor. De asemenea, poate provoca daune altor organisme vii, cum ar fi animalele, culturile alimentare și mediul în general. Atât activitatea umană, cât și procesele naturale pot genera poluarea aerului. Poluarea aerului interior și calitatea slabă a aerului urban sunt listate ca fiind una dintre cele mai grave probleme de poluare toxică din lume.

Putem compara funcționarea a doi senzori diferiți de calitate a aerului (sau de pericol pentru aer). Acestea sunt MQ-135 (foaie tehnică) și MP503 (foaie tehnică).

MQ-135 este sensibil la metan, oxizi de azot, alcooli, benzen, fum, CO2 și alte molecule. Interfața este identică cu interfața MQ-3.

MP503 este sensibil la formaldehidă, benzen, monoxid de carbon, hidrogen, alcool, amoniac, fum de țigară, multe mirosuri și alte molecule. Interfața sa este destul de simplă, oferind două ieșiri digitale pentru a desemna patru niveluri de concentrații de poluanți. Conectorul implicit al MP503 are un antet masculin din plastic, care poate fi îndepărtat și înlocuit cu un antet standard cu 4 pini (furnizat în pungă) pentru a fi utilizat cu panouri fără sudură, jumperi DuPont sau conectori comuni similari.

Pasul 9: detectarea calității apei

Tester de calitate a apei TDS-3

Solidele dizolvate totale (TDS) sunt cantitatea totală de ioni încărcați mobil, inclusiv minerale, săruri sau metale dizolvate într-un anumit volum de apă. TDS, care se bazează pe conductivitate, este exprimat în părți pe milion (ppm) sau miligrame pe litru (mg / L). Solidele dizolvate includ orice element anorganic conductiv prezent, altul decât moleculele de apă pură (H2O) și solidele suspendate. Nivelul maxim de contaminare EPA al TDS pentru consumul uman este de 500 ppm.

Luarea măsurătorilor TDS

1. Scoateți capacul de protecție.
2. Porniți contorul TDS. Comutatorul ON / OFF este situat pe panou.
3. Scufundați contorul în apă / soluție până la max. nivel de imersie (2”).
4. Se amestecă ușor contorul pentru a elimina bulele de aer.
5. Așteptați până când afișajul se stabilizează. Odată ce citirea se stabilizează (aprox. 10 secunde), apăsați butonul HOLD pentru a vizualiza citirea din apă.
6. Dacă contorul afișează un simbol intermitent „x10”, înmulțiți citirea cu 10.
7. După utilizare, scuturați orice exces de apă din contor. Puneți la loc capacul.

Sursa: Foaie de instrucțiuni complete

Experiment: Construiți-vă propriul contor TDS simplu (proiectați cu video aici) care poate fi calibrat cu TDS-3 și testat împotriva acestuia.

Pasul 10: detectarea termică

GY-906 Modul senzor de temperatură fără contact

Modulul de detectare termică GY-906 este echipat cu un MLX90614 (detalii). Acesta este un termometru cu infraroșu cu o singură zonă, simplu de utilizat, dar foarte puternic, capabil să sesizeze temperaturile obiectelor între -70 și 380 ° C. Utilizează o interfață I2C pentru a comunica, ceea ce înseamnă că trebuie să dedicați doar două fire de la microcontrolerul dvs. pentru a interfața cu acesta.

Proiect demonstrativ de termosensibilizare.

Un alt proiect de termosensibilizare.

Senzor de temperatură rezistent la apă DS18B20

Senzorul de temperatură DS18B20 cu un fir (detalii) poate măsura temperatura de la -55 ℃ la 125 ℃ cu o precizie de ± 5.

Pasul 11: HACK PLANETA

Dacă v-a plăcut acest Instructable și doriți ca o cutie grozavă de programe electronice hackabile și tehnologii informatice să coboare în cutia poștală în fiecare lună, vă rugăm să vă alăturați revoluției navigând pe HackerBoxes.com și abonându-vă pentru a primi caseta noastră surpriză lunară.

Intindeți-vă și împărtășiți-vă succesul în comentariile de mai jos sau pe pagina de Facebook HackerBoxes. Cu siguranță, anunțați-ne dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de ajutor cu ceva. Vă mulțumim că faceți parte din HackerBoxes!