HackerBox 0035: Kimia Elektro: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Bulan ini, HackerBox Hackers sedang meneroka pelbagai sensor elektrokimia dan teknik ujian untuk mengukur sifat fizikal bahan. Instructable ini mengandungi maklumat untuk memulakan dengan HackerBox # 0035, yang boleh dibeli di sini selagi bekalan masih ada. Juga, jika anda ingin menerima HackerBox seperti ini di kotak surat anda setiap bulan, sila langgan di HackerBoxes.com dan sertai revolusi!

Topik dan Objektif Pembelajaran untuk HackerBox 0035:

• Konfigurasikan Arduino Nano untuk digunakan dengan Arduino IDE
• Kabel dan kod modul OLED untuk memaparkan pengukuran
• Buat demo alat penyedut nafas menggunakan sensor alkohol
• Bandingkan sensor gas untuk melakukan pengukuran kualiti udara
• Tentukan kualiti air dari jumlah pepejal terlarut (TDS)
• Uji penderiaan terma tanpa sentuh dan air

HackerBoxes adalah perkhidmatan kotak langganan bulanan untuk elektronik dan teknologi komputer DIY. Kami adalah penggemar, pembuat, dan eksperimen. Kita adalah pemimpi impian. HACK PLANET!

Langkah 1: HackerBox 0035: Kandungan Kotak

• Arduino Nano 5V 16MHz MikroUSB
• Paparan OLED 0.96 128x64 piksel I2C
• Meter Kualiti Air TDS-3
• Modul Suhu Tanpa Kenalan GY-906
• Sensor Pencemaran Kualiti Udara MP503
• Probe Suhu Kalis Air DS18B20
• Modul Sensor Alkohol MQ-3
• Modul Sensor Gas Hazard Udara MQ-135
• Modul Kelembapan dan Suhu DHT11
• Modul Laser KY-008
• Set LED, Perintang 1K, dan Tombol Taktil
• Papan Roti "Crystal Clear" 400 Titik
• Set Kawat Jumper - 65 Keping
• Kabel MircoUSB
• Decals HackerBoxes Eksklusif

Beberapa perkara lain yang akan membantu:

• Alat pemateri besi solder, solder, dan asas
• Komputer untuk menjalankan alat perisian

Yang paling penting, anda memerlukan rasa pengembaraan, semangat DIY, dan rasa ingin tahu penggodam. Elektronik DIY tegar bukanlah usaha yang remeh, dan HackerBoxes tidak dikurangkan. Tujuannya adalah kemajuan, bukan kesempurnaan. Apabila anda bertahan dan menikmati pengembaraan, kepuasan yang banyak dapat diperoleh daripada belajar teknologi baru dan semoga berjaya menjalankan beberapa projek. Kami mencadangkan untuk mengambil langkah perlahan, mengingat butirannya, dan jangan takut untuk meminta pertolongan.

Terdapat banyak maklumat untuk ahli semasa dan calon, dalam Soalan Lazim HackerBoxes.

Langkah 2: Elektrokimia

Elektrokimia (Wikipedia) adalah cabang kimia fizikal yang mengkaji hubungan antara elektrik, sebagai fenomena yang dapat diukur dan kuantitatif, dan perubahan kimia tertentu atau sebaliknya. Tindak balas kimia melibatkan cas elektrik yang bergerak antara elektrod dan elektrolit (atau ion dalam larutan). Oleh itu, elektrokimia menangani interaksi antara tenaga elektrik dan perubahan kimia.

Peranti elektrokimia yang paling biasa adalah bateri setiap hari. Bateri adalah peranti yang terdiri daripada satu atau lebih sel elektrokimia dengan sambungan luaran yang disediakan untuk menghidupkan peranti elektrik seperti lampu suluh, telefon pintar, dan kereta elektrik.

Sensor gas elektrokimia adalah pengesan gas yang mengukur kepekatan gas sasaran dengan mengoksidakan atau mengurangkan gas sasaran pada elektrod dan mengukur arus yang dihasilkan.

Elektrolisis adalah teknik yang menggunakan arus elektrik langsung (DC) untuk mendorong tindak balas kimia yang tidak spontan. Elektrolisis penting secara komersial sebagai tahap dalam pemisahan unsur dari sumber yang berlaku secara semula jadi seperti bijih menggunakan sel elektrolitik.

Langkah 3: Platform Mikrokontroler Arduino Nano

Arduino Nano, atau papan mikrokontroler serupa, adalah pilihan yang tepat untuk berinteraksi dengan sensor elektrokimia dan output paparan ke paparan komputer atau video. Modul Arduino Nano yang disertakan dilengkapi dengan pin header, tetapi tidak disolder ke modul. Biarkan pin untuk sekarang. Lakukan ujian awal modul Arduino Nano SEBELUM ini untuk menyisipkan pin header Arduino Nano. Apa yang diperlukan untuk beberapa langkah seterusnya adalah kabel microUSB dan modul Nano sama seperti yang keluar dari beg.

Arduino Nano adalah papan Arduino miniatur permukaan-mount, mesra roti, dengan USB bersepadu. Ia mempunyai ciri-ciri yang luar biasa dan mudah digodam.

Ciri-ciri:

• Pengawal mikro: Atmel ATmega328P
• Voltan: 5V
• Pin I / O Digital: 14 (6 PWM)
• Pin Input Analog: 8
• Arus DC setiap Pin I / O: 40 mA
• Memori Kilat: 32 KB (2KB untuk pemuat but)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Kelajuan Jam: 16 MHz
• Dimensi: 17mm x 43mm

Varian khas Arduino Nano ini adalah reka bentuk Robotdyn hitam. Antaramuka menggunakan port MicroUSB on-board yang serasi dengan kabel MicroUSB yang sama yang digunakan dengan banyak telefon bimbit dan tablet.

Arduino Nanos mempunyai cip jambatan USB / Serial terbina dalam. Pada varian khusus ini, chip jambatan adalah CH340G. Perhatikan bahawa terdapat pelbagai jenis cip jambatan USB / Serial lain yang digunakan pada pelbagai jenis papan Arduino. Cip ini membolehkan port USB komputer anda berkomunikasi dengan antara muka bersiri pada cip pemproses Arduino.

Sistem operasi komputer memerlukan Pemacu Peranti untuk berkomunikasi dengan cip USB / Serial. Pemandu membenarkan IDE untuk berkomunikasi dengan papan Arduino. Pemacu peranti khusus yang diperlukan bergantung pada versi OS dan juga jenis cip USB / Serial. Untuk cip CH340 USB / Serial, terdapat pemacu yang tersedia untuk banyak sistem operasi (UNIX, Mac OS X, atau Windows). Pembuat CH340 membekalkan pemandu tersebut di sini.

Semasa pertama kali memasang Arduino Nano ke port USB komputer anda, lampu hijau akan menyala dan tidak lama selepas LED biru akan mula berkelip perlahan. Ini berlaku kerana Nano sudah dimuatkan dengan program BLINK, yang dijalankan pada Arduino Nano yang baru.

Langkah 4: Persekitaran Pembangunan Bersepadu Arduino (IDE)

Sekiranya anda belum memasang Arduino IDE, anda boleh memuat turunnya dari Arduino.cc

Sekiranya anda menginginkan maklumat pengenalan tambahan untuk bekerja di ekosistem Arduino, kami mencadangkan untuk melihat petunjuk untuk Bengkel Pemula HackerBoxes.

Pasang Nano ke kabel MicroUSB dan hujung kabel yang lain ke port USB di komputer, lancarkan perisian Arduino IDE, pilih port USB yang sesuai di IDE di bawah alat> port (mungkin nama dengan "wchusb" di dalamnya). Pilih juga "Arduino Nano" di IDE di bawah alat> papan.

Akhirnya, muatkan sekeping kod contoh:

Fail-> Contoh-> Asas-> Berkedip

Ini sebenarnya adalah kod yang telah dimuat sebelumnya ke Nano dan harus dijalankan sekarang untuk perlahan-lahan mengedipkan LED biru. Oleh itu, jika kita memuatkan kod contoh ini, tidak ada yang akan berubah. Sebaliknya, mari kita ubah sedikit kodnya.

Melihat dengan teliti, anda dapat melihat bahawa program menyalakan LED, menunggu 1000 milisaat (satu saat), mematikan LED, menunggu sesaat lagi, dan kemudian melakukannya sekali lagi - selama-lamanya.

Ubah kod dengan menukar kedua-dua pernyataan "delay (1000)" menjadi "delay (100)". Pengubahsuaian ini akan menyebabkan LED berkelip sepuluh kali lebih pantas, bukan?

Mari muatkan kod yang diubah suai ke Nano dengan mengklik butang UPLOAD (ikon anak panah) tepat di atas kod yang anda ubah. Tonton di bawah kod untuk maklumat status: "menyusun" dan kemudian "memuat naik". Akhirnya, IDE akan menunjukkan "Muat Naik Selesai" dan LED anda akan berkelip lebih cepat.

Sekiranya ada, tahniah! Anda baru sahaja menggodam kod terbenam pertama anda.

Setelah versi sekejap anda dimuat dan dijalankan, mengapa tidak melihat apakah anda boleh menukar kod lagi sehingga LED berkelip cepat dua kali dan kemudian tunggu beberapa saat sebelum mengulangi? Mencubanya! Bagaimana dengan beberapa corak lain? Setelah anda berjaya memvisualisasikan hasil yang diinginkan, mengkodkannya, dan memerhatikannya agar berfungsi seperti yang dirancang, anda telah mengambil langkah besar untuk menjadi penggodam perkakasan yang kompeten.

Langkah 5: Pin Header dan OLED di Solderless Breadboard

Sekarang komputer pengembangan anda telah dikonfigurasi untuk memuatkan kod ke Arduino Nano dan Nano telah diuji, cabut kabel USB dari Nano dan bersiap untuk menyolatkan pin header. Sekiranya malam pertama anda di kelab pertarungan, anda mesti bersolek! Terdapat banyak panduan dan video hebat dalam talian mengenai pematerian (contohnya). Sekiranya anda merasa memerlukan bantuan tambahan, cuba cari kumpulan pembuat atau penggodam tempatan di kawasan anda. Juga, kelab radio amatur selalu menjadi sumber pengalaman elektronik yang sangat baik.

Selesaikan dua tajuk satu baris (masing-masing lima belas pin) ke modul Arduino Nano. Penyambung ICSP (pemrograman bersiri dalam litar) enam pin tidak akan digunakan dalam projek ini, jadi tinggalkan pin tersebut. Setelah pematerian selesai, periksa dengan teliti jambatan solder dan / atau sendi pateri sejuk. Akhirnya, sambungkan Arduino Nano kembali ke kabel USB dan sahkan bahawa semuanya masih berfungsi dengan baik.

Untuk memasangkan OLED ke Nano, masukkan keduanya ke papan roti tanpa pateri seperti yang ditunjukkan dan kawat di antara mereka mengikut jadual ini:

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

Untuk menggerakkan paparan OLED, pasang pemacu paparan OLED SSD1306 yang terdapat di sini ke Arduino IDE.

Uji paparan OLED dengan memuatkan contoh ssd1306 / kepingan salji dan memprogramkannya ke Nano.

Contoh lain dari perpustakaan SDD1306 berguna untuk meneroka penggunaan paparan OLED.

Langkah 6: MQ-3 Alkohol Sensor dan Breathalyzer Demo

Sensor Gas Alkohol MQ-3 (lembar data) adalah sensor semikonduktor kos rendah yang dapat mengesan kehadiran gas alkohol pada kepekatan dari 0.05 mg / L hingga 10 mg / L. Bahan penginderaan yang digunakan dalam MQ-3 adalah SnO2, yang menunjukkan peningkatan kekonduksian ketika terkena peningkatan kepekatan gas alkohol. MQ-3 sangat sensitif terhadap alkohol dengan kepekaan silang sangat sedikit terhadap asap, wap, atau petrol.

Modul MQ-3 ini memberikan output analog mentah berbanding dengan kepekatan alkohol. Modul ini juga dilengkapi pembanding LM393 (lembar data) ke ambang output digital.

Modul MQ-3 boleh disambungkan ke Nano mengikut jadual ini:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… Tidak Digunakan

Kod demo dari video.

AMARAN: Projek ini hanyalah demonstrasi pendidikan. Ia bukan alat perubatan. Ia tidak ditentukur. Ini tidak dimaksudkan, dengan cara apa pun, untuk menentukan kadar alkohol darah untuk penilaian had undang-undang atau keselamatan. Jangan bodoh. Jangan minum dan memandu. Tiba hidup!

Langkah 7: Mengesan Keton

Keton adalah sebatian sederhana yang mengandungi kumpulan karbonil (ikatan berganda karbon-oksigen). Banyak keton penting dalam industri dan biologi. Aseton pelarut biasa adalah keton terkecil.

Hari ini, ramai yang mengetahui diet ketogenik. Ini adalah diet berdasarkan pengambilan lemak tinggi, protein yang mencukupi, dan sedikit karbohidrat. Ini memaksa badan membakar lemak daripada karbohidrat. Biasanya, karbohidrat yang terkandung dalam makanan diubah menjadi glukosa, yang kemudian diangkut ke seluruh tubuh dan sangat penting dalam mendorong fungsi otak. Tetapi, jika terdapat sedikit karbohidrat dalam makanan, hati mengubah lemak menjadi asid lemak dan badan keton. Badan keton masuk ke otak dan menggantikan glukosa sebagai sumber tenaga. Tahap peningkatan keton dalam darah mengakibatkan keadaan yang dikenali sebagai ketosis.

Contoh projek penginderaan keton

Contoh lain projek penginderaan keton

Membandingkan sensor gas MQ-3 vs TGS822

Langkah 8: Pengesanan Kualiti Udara

Pencemaran udara berlaku apabila jumlah bahan yang berbahaya atau berlebihan termasuk gas, zarah, dan molekul biologi dimasukkan ke atmosfera. Pencemaran boleh menyebabkan penyakit, alergi, dan bahkan kematian kepada manusia. Ia juga boleh membahayakan organisma hidup lain seperti haiwan, tanaman makanan, dan alam sekitar secara umum. Kegiatan manusia dan proses semula jadi dapat menghasilkan pencemaran udara. Pencemaran udara dalaman dan kualiti udara bandar yang buruk disenaraikan sebagai dua masalah pencemaran toksik terburuk di dunia.

Kami dapat membandingkan operasi dua sensor kualiti udara (atau bahaya udara) yang berbeza. Ini adalah MQ-135 (datasheet) dan MP503 (datasheet).

MQ-135 sensitif terhadap metana, nitrogen oksida, alkohol, benzena, asap, CO2, dan molekul lain. Antaramuka itu sama dengan antara muka MQ-3.

MP503 sensitif terhadap gas formaldehid, benzena, karbon monoksida, hidrogen, alkohol, amonia, asap rokok, banyak bau, dan molekul lain. Antaramuka ini cukup mudah, menyediakan dua output digital untuk menetapkan empat tahap kepekatan pencemar. Penyambung lalai pada MP503 mempunyai header lelaki yang diselimuti plastik, yang dapat dikeluarkan dan diganti dengan header 4-pin standard (disediakan dalam beg) untuk digunakan dengan papan roti tanpa pateri, jumper DuPont, atau penyambung biasa yang serupa.

Langkah 9: Pengesanan Kualiti Air

Penguji Kualiti Air TDS-3

Total Dissolved Solids (TDS) adalah jumlah ion bercas bergerak, termasuk mineral, garam, atau logam yang dilarutkan dalam isipadu air tertentu. TDS, yang berdasarkan kekonduksian, dinyatakan dalam bahagian per juta (ppm) atau miligram per liter (mg / L). Pepejal terlarut merangkumi unsur anorganik konduktif selain molekul air tulen (H2O) dan pepejal terampai. Tahap Pencemaran Maksimum EPA TDS untuk penggunaan manusia ialah 500 ppm.

Mengambil Pengukuran TDS

1. Tanggalkan penutup pelindung.
2. Hidupkan meter TDS. Suis ON / OFF terletak di panel.
3. Tenggelamkan meter ke dalam air / larutan hingga maksimum. tahap rendaman (2”).
4. Kacau meter dengan perlahan untuk mengeluarkan gelembung udara.
5. Tunggu sehingga paparan stabil. Setelah bacaan stabil (kira-kira 10 saat), tekan butang HOLD untuk melihat bacaan keluar dari air.
6. Sekiranya meter memaparkan simbol ‘x10’ yang berkelip, kalikan bacaan dengan 10.
7. Selepas penggunaan, keluarkan lebihan air dari meter anda. Pasang semula penutup.

Sumber: Lembaran Arahan Penuh

Eksperimen: Bina meter TDS sederhana anda sendiri (projek dengan video di sini) yang dapat dikalibrasi dengan, dan diuji terhadap, TDS-3.

Langkah 10: Sensing Termal

Modul Sensor Suhu Tanpa Kenalan GY-906

Modul penderiaan terma GY-906 dilengkapi dengan MLX90614 (perincian). Ini adalah termometer inframerah zon tunggal yang mudah digunakan, tetapi sangat kuat, mampu merasakan suhu objek antara -70 dan 380 ° C. Ia menggunakan antara muka I2C untuk berkomunikasi, yang bermaksud anda hanya perlu mencantumkan dua wayar dari mikrokontroler anda untuk bersambung dengannya.

Projek penderiaan demo.

Projek penderiaan terma lain.

Sensor Suhu Bukti Air DS18B20

Sensor suhu satu wayar DS18B20 (perincian) dapat mengukur suhu dari -55 ℃ Hingga 125 ℃ dengan ketepatan ± 5.

Langkah 11: HACK PLANET

Sekiranya anda menikmati Instructable ini dan ingin mempunyai kotak projek elektronik dan komputer yang boleh digodam yang hebat di kotak surat anda setiap bulan, sila sertai revolusi dengan melayari HackerBoxes.com dan berlangganan untuk menerima kotak kejutan bulanan kami.

Jangkau dan kongsi kejayaan anda dalam komen di bawah atau di Laman Facebook HackerBoxes. Pasti beritahu kami jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan bantuan mengenai apa sahaja. Terima kasih kerana menjadi sebahagian daripada HackerBoxes!