HackerBox 0035: Электрохимия: 11 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

Бул айда HackerBox Hackers ар кандай электрохимиялык сенсорлорду жана материалдардын физикалык касиеттерин өлчөө үчүн тестирлөө ыкмаларын изилдеп жатышат. Бул Нускамада HackerBox #0035 менен иштөөнү баштоо үчүн маалымат камтылган, аны жабдуулар бүткөнчө бул жерден сатып алса болот. Ошондой эле, эгер сиз ай сайын ушул сыяктуу HackerBoxту почта кутуңузга алууну кааласаңыз, HackerBoxes.com сайтына жазылып, революцияга кошулуңуз!

HackerBox 0035 үчүн темалар жана окуу максаттары:

• Arduino Nano Arduino IDE менен колдонуу үчүн конфигурациялаңыз
• Өлчөмдөрдү көрсөтүү үчүн OLED модулун зым менен коддоңуз
• Спирт сенсорлорун колдонуп дем алуучу демо куруңуз
• Абанын сапатын өлчөө үчүн газ сенсорлорун салыштырыңыз
• Суунун сапатын жалпы ээриген катуу заттарды (TDS) аныктоо
• Байланышсыз жана сууга чөгүүчү жылуулук сезгичтигин текшериңиз

HackerBoxes - бул DIY электроникасы жана компьютердик технологиялар үчүн ай сайын жазылуу кутучасы кызматы. Биз хоббисттер, жаратуучулар жана эксперименттербиз. Биз кыялдардын кыялкечтерибиз. HACK PLANET!

1 -кадам: HackerBox 0035: Мазмуну

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0.96 128x64 пикселдүү I2C дисплейи
• TDS-3 суунун сапатынын көрсөткүчү
• GY-906 контактсыз температура модулу
• MP503 Аба сапатынын булганышы сенсору
• DS18B20 суу өткөрбөй турган температура зонду
• MQ-3 алкоголдук сенсор модулу
• MQ-135 Air Hazard Gas Sensor Module
• DHT11 нымдуулук жана температура модулу
• KY-008 Лазердик модулу
• Светодиоддор, 1К резисторлор жана тийүү баскычтарынын топтому
• 400 Пойнт "Кристалл Таза" Нан тактасы
• Jumper Wire Set - 65 даана
• MircoUSB кабели
• Эксклюзивдүү HackerBoxes Decals

Башка пайдалуу нерселер:

• Лампочка, ширетүүчү жана негизги ширетүүчү шаймандар
• Программалык куралдарды иштетүү үчүн компьютер

Баарынан маанилүүсү, сизге укмуштуу окуялар, DIY руху жана хакердик кызыгуу керек болот. Hardcore DIY электроникасы анча маанилүү эмес жана HackerBoxes сугарылбайт. Максат - кемчилик эмес, прогресс. Укмуштуу окуялардан ырахат алганда, жаңы технологияны үйрөнүүдөн жана кээ бир долбоорлорду ишке ашыруудан чоң канааттануу алса болот. Биз ар бир кадамды акырындык менен, майда -чүйдөсүнө чейин ойлонууну сунуштайбыз жана жардам суроодон тартынбаңыз.

HackerBoxes FAQда учурдагы жана келечектеги мүчөлөр үчүн көптөгөн маалымат бар.

2 -кадам: Электрохимия

Электрохимия (Википедия) - физикалык химиянын бөлүмү, электрдин ортосундагы байланышты, өлчөнүүчү жана сандык кубулуш катары жана белгилүү бир химиялык өзгөрүү же тескерисинче. Химиялык реакцияларга электроддор менен электролит (же эритмедеги иондор) ортосунда жылуучу электрдик заряддар кирет. Ошентип, электрохимия электр энергиясы менен химиялык өзгөрүүнүн ортосундагы өз ара аракеттенүү менен алектенет.

Эң кеңири таралган электрохимиялык аппараттар күнүмдүк батареялар. Батареялар - бул фонарь, смартфон жана электромобил сыяктуу электрдик түзүлүштөрдү иштетүү үчүн берилген тышкы туташуулары бар бир же бир нече электрохимиялык клеткалардан турган түзүлүштөр.

Электрохимиялык газ сенсорлору - газ детекторлору, алар газдын концентрациясын электроддо кычкылдантуу же азайтуу жана натыйжада пайда болгон токту өлчөө аркылуу өлчөйт.

Электролиз-бул, башкача айтканда, стихиялуу эмес химиялык реакцияны жүргүзүү үчүн түз электр тогун (DC) колдонуучу техника. Электролиз табигый түрдө пайда болгон булактардан элементтерди бөлүү баскычы катары коммерциялык мааниге ээ, мисалы, электролиздик клетканы колдонгон рудалар.

3 -кадам: Arduino Nano микроконтроллер платформасы

An Arduino Nano же ушул сыяктуу микроконтроллер тактасы - электрохимиялык сенсорлор менен иштөө жана компьютерге же видео дисплейге чыгаруу үчүн эң сонун тандоо. Камтылган Arduino Nano модулу төөнөгүчтөр менен келет, бирок алар модулга кошулган эмес. Азырынча казыктарды калтырыңыз. Arduino Nano модулунун алдыңкы сыноолорун Arduino Nano төшөгүчтөрүн ширетүү үчүн аткарыңыз. Кийинки эки кадам үчүн керектүү нерсенин баары баштыктан чыккандай эле microUSB кабели жана нано модулу.

Arduino Nano-бул беттин үстүнө орнотулган, нанга ылайыктуу, кичирейтилген Arduino тактасы, интеграцияланган USB менен. Бул укмуштуудай толук өзгөчөлөнгөн жана бузууга оңой.

Өзгөчөлүктөрү:

• Микроконтроллер: Atmel ATmega328P
• Чыңалуу: 5V
• Санариптик I/O казыктары: 14 (6 PWM)
• Аналогдук кирүү казыктары: 8
• I/O Pin күнүнө DC ток: 40 мА
• Flash Memory: 32 KB (жүктөгүч үчүн 2КБ)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 КБ
• Сааттын ылдамдыгы: 16 МГц
• Өлчөмү: 17mm x 43mm

Arduino Nanoнун бул өзгөчө варианты кара Robotdyn дизайны. Интерфейс көптөгөн мобилдик телефондордо жана планшеттерде колдонулган MicroUSB кабелдерине туура келген MicroUSB портунда.

Arduino Nanos орнотулган USB/Serial көпүрөсүнүн чипине ээ. Бул өзгөчө вариантта көпүрөнүн чипи CH340G. Белгилей кетчү нерсе, Arduino такталарында ар кандай USB/Сериялык көпүрөнүн башка түрлөрү колдонулат. Бул чиптер компьютердин USB портуна Arduino процессорунун чипиндеги сериялык интерфейс менен байланышууга мүмкүнчүлүк берет.

Компьютердин иштөө тутуму USB/Сериялык чип менен байланышуу үчүн Түзмөк Драйверин талап кылат. Айдоочу IDEге Arduino тактасы менен байланышууга мүмкүнчүлүк берет. Зарыл болгон конкреттүү түзмөк драйвери OS версиясына да, USB/Сериялык чиптин түрүнө да жараша болот. CH340 USB/Serial чиптери үчүн көптөгөн операциялык системалар үчүн драйверлер бар (UNIX, Mac OS X, же Windows). CH340 өндүрүүчүсү бул айдоочуларды бул жерде камсыздайт.

Ардуино Нанону биринчи жолу компьютериңиздин USB портуна туташтырганыңызда, жашыл жарык күйүп, көп өтпөй көк LED акырын өчүп башташы керек. Бул Nano жаңы Arduino Nano иштеп жаткан BLINK программасы менен алдын ала жүктөлгөндүктөн болот.

4 -кадам: Arduino комплекстүү өнүктүрүү чөйрөсү (IDE)

Эгерде сизде Arduino IDE орнотула элек болсо, аны Arduino.cc сайтынан жүктөп алсаңыз болот

Эгерде сиз Arduino экосистемасында иштөө үчүн кошумча киришүү маалыматын алгыңыз келсе, HackerBoxes стартердик семинарына көрсөтмөлөрдү карап чыгууну сунуштайбыз.

Нанону MicroUSB кабелине жана кабелдин экинчи учун компьютердеги USB портуна туташтырыңыз, Arduino IDE программасын ишке киргизиңиз, IDEден шаймандар> порт астындагы ылайыктуу USB портун тандаңыз (портунда "wchusb" бар болушу мүмкүн)). Ошондой эле куралдар> тактасынан IDEдеги "Arduino Nano" тандаңыз.

Акырында, коддун бир мисалын жүктөңүз:

File-> Examples-> Basics-> Blink

Бул чындыгында Наного жүктөлгөн код жана көк LEDди акырын өчүрүү үчүн азыр иштеп жаткан болушу керек. Демек, биз бул мисал кодун жүктөсөк, эч нерсе өзгөрбөйт. Анын ордуна, кодду бир аз өзгөртөлү.

Жакшылап карасаңыз, программа LEDди күйгүзүп, 1000 миллисекунд (бир секунд) күтөт, светодиодду өчүрөт, дагы бир секунда күтөт, анан баарын кайра жасайт - түбөлүк.

"Кечиктирүү (1000)" билдирүүлөрүнүн экөөнү тең "кечиктирүү (100)" деп өзгөртүү менен кодду өзгөртүңүз. Бул өзгөртүү светодиоддун он эсе тезирээк өчүшүнө алып келет, туурабы?

Келгиле, өзгөртүлгөн коддун үстүндөгү UPLOAD баскычын (жебе сөлөкөтүн) чыкылдатуу менен Nanoго өзгөртүлгөн кодду жүктөйбүз. Статус маалыматы үчүн төмөндөгү кодду караңыз: "компиляция", анан "жүктөө". Акыр -аягы, IDE "Жүктөө аяктады" дегенди көрсөтүшү керек жана сиздин LED тезирээк жарк этип турушу керек.

Андай болсо, куттуктайм! Сиз жөн гана камтылган кодуңуздун биринчи бөлүгүн бузуп алдыңыз.

Тез ирмөөчү версияңыз жүктөлүп жана иштеп баштагандан кийин, эмне үчүн кодду кайра өзгөртө аласызбы же жокпу, LED эки жолу тез өчүп, кайра кайталана электе бир нече секунд күтө аласызбы? Колдонуп көрүңүз! Башка үлгүлөр жөнүндө эмне айтууга болот? Каалаган жыйынтыкты элестетип, аны коддоп, пландаштырылгандай иштеши үчүн ийгиликке жеткенден кийин, сиз компетенттүү аппараттык хакер болууга карай чоң кадам жасадыңыз.

5 -кадам: Solderless Breadboardдо Header Pins жана OLED

Эми сиздин иштеп жаткан компьютериңиз Arduino Nanoго кодду жүктөө үчүн конфигурацияланган жана Nano сыноодон өткөндөн кийин, USB кабелин Нанодон ажыратып, баштык казыктарын ширетүүгө даяр болуңуз. Эгерде мушташ клубунда биринчи түнүңүз болсо, анда сиз ширетишиңиз керек! Интернетте ширетүү жөнүндө көптөгөн сонун гиддер жана видеолор бар (мисалы). Эгер сиз кошумча жардамга муктаж экениңизди сезсеңиз, сиздин аймакта жергиликтүү жаратуучулардын тобун же хакердик мейкиндикти табууга аракет кылыңыз. Ошондой эле, ышкыбоздук радио клубдар ар дайым электроника тажрыйбасынын мыкты булактары болуп саналат.

Ардуино Нано модулуна эки бир катар баштарды (ар бири он беш казыктан) кошуңуз. Алты пинтүү ICSP (схемалык сериялык программалоо) туташтыргычы бул долбоордо колдонулбайт, андыктан ошол казыктарды өчүрүп коюңуз. Ширетүү аяктагандан кийин, ширетүүчү көпүрөлөрдү жана/же муздак ширетүүчү жерлерди кылдат текшериңиз. Акырында, Arduino Nano USB кабелине кайра илинип, баары дагы эле туура иштеп жаткандыгын текшериңиз.

OLEDди нанога туташтыруу үчүн, экөөнү көрсөтүлгөндөй soldersless breadboardго салыңыз жана алардын ортосуна бул таблицага ылайык өткөрүңүз:

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

OLED дисплейди айдоо үчүн, бул жерден табылган SSD1306 OLED дисплей драйверин Arduino IDEге орнотуңуз.

OLED дисплейин ssd1306/snowflakes мисалын жүктөө жана аны наного программалоо аркылуу сынап көрүңүз.

SDD1306 китепканасынын башка мисалдары OLED дисплейин колдонуу үчүн пайдалуу.

6-кадам: MQ-3 алкоголдук сенсор жана дем алуучу демо

MQ-3 Alcohol Gas Sensor (маалымат таблицасы)-0,05 мг/лден 10 мг/лге чейинки концентрацияда алкоголдук газдардын бар экендигин аныктай ала турган, арзан баадагы жарым өткөргүч сенсор. MQ-3те колдонулуучу сезгич материал SnO2 болуп саналат, ал алкоголдук газдардын концентрациясынын жогорулашына дуушар болгондо өткөрүмдүүлүгүн жогорулатат. MQ-3 түтүнгө, бууга же бензинге өтө аз кайчылаш сезгичтик менен алкоголго өтө сезимтал.

Бул MQ-3 модулу спирт концентрациясына салыштырмалуу чийки аналогдук чыгууну камсыз кылат. Модулда санариптик чыгуунун босогосунда LM393 (маалымат барагы) салыштыргычы дагы бар.

MQ-3 модулу бул таблицага ылайык Наного өткөрүлүп берилиши мүмкүн:

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

Видеонун демо коду.

ЭСКЕРТҮҮ: Бул долбоор жөн эле билим берүүчү көрсөтмө. Бул медициналык аспап эмес. Бул калибрленген эмес. Бул мыйзамдуу же коопсуздук чектерин баалоо үчүн кандагы спирттин деңгээлин аныктоого багытталган эмес. Акмак болбо. Ичпегиле жана машина айдагыла. Тирүү кел!

7 -кадам: кетондорду аныктоо

Кетондор карбонил тобун (көмүр кычкылтек кош байланыш) камтыган жөнөкөй бирикмелер. Көптөгөн кетондор өнөр жайда да, биологияда да маанилүү. Жалпы ээрүүчү ацетон - эң кичинекей кетон.

Бүгүнкү күндө көптөр кетогенетикалык диета менен тааныш. Бул диета, майлуу, протеин жана аз углеводдорду колдонууга негизделген. Бул денени көмүртектерге эмес, майларды күйгүзүүгө мажбурлайт. Адатта, тамак-ашта камтылган углеводдор глюкозага айланат, ал дененин айланасына ташылат жана мээнин иштешин камсыздоодо өзгөчө маанилүү. Бирок, эгер диетада карбонгидрат аз болсо, боор майды май кислоталарына жана кетон денесине айландырат. Кетон денелери мээге өтүп, энергия булагы катары глюкозаны алмаштырат. Канда кетон денелеринин жогорулашы кетоз деп аталган абалга алып келет.

Мисал кетон сезүү долбоору

Дагы бир мисал кетон сезүү долбоору

MQ-3 менен TGS822 газ датчиктерин салыштыруу

8 -кадам: Абанын сапатын аныктоо

Абанын булганышы зыяндуу же ашыкча өлчөмдөгү заттарды, анын ичинде газдарды, бөлүкчөлөрдү жана биологиялык молекулаларды атмосферага киргизгенде пайда болот. Булгануу адамдарга ооруларды, аллергияны, ал тургай өлүмгө алып келиши мүмкүн. Ал ошондой эле жаныбарлар, тамак -аш өсүмдүктөрү жана жалпы эле айлана -чөйрө сыяктуу башка тирүү организмдерге зыян келтириши мүмкүн. Адамдын активдүүлүгү да, табигый процесстер да абанын булганышына алып келиши мүмкүн. Бөлмө ичиндеги абанын булганышы жана шаардагы абанын сапатынын начардыгы дүйнөдөгү эң уулуу булганыч көйгөйлөрдүн бири катары көрсөтүлгөн.

Биз абанын сапатынын (же аба коркунучунун) эки башка сенсорунун ишин салыштыра алабыз. Бул MQ-135 (маалымат жадыбалы) жана MP503 (маалымат барагы).

MQ-135 метан, азот оксиддери, спирттер, бензол, түтүн, СО2 жана башка молекулаларга сезгич. Анын интерфейси MQ-3 интерфейсине окшош.

MP503 формальдегид газы, бензол, көмүр кычкылы, суутек, спирт, аммиак, тамекинин түтүнү, көптөгөн жыттарга жана башка молекулаларга сезгич. Анын интерфейси өтө жөнөкөй, булганч заттардын концентрациясынын төрт деңгээлин аныктоо үчүн эки санариптик чыгууну камсыз кылат. MP503төгү демейки туташтыргычтын пластикалык кепинделген эркек башы бар, аны алып салууга жана алмаштырууга болот, стандарттуу 4 пиндүү баштыкка (баштыкта берилет), солярсыз нан тактасы, DuPont секиргичтери же ушуга окшош жалпы туташтыргычтар.

9 -кадам: Суунун сапатын аныктоо

TDS-3 суунун сапатын текшерүүчү

Жалпы ээриген катуу заттар (TDS) - суунун белгилүү бир көлөмүндө эриген минералдарды, туздарды же металлдарды кошкондо, мобилдик заряддалган иондордун жалпы суммасы. Өткөргүчтүккө негизделген TDS миллионго (ppm) же литрге миллиграммга (мг/л) туюнтулат. Эриген катуу заттарга таза суунун молекулалары (H2O) жана токтотулган катуу заттардан башка бардык өткөрүүчү органикалык эмес элементтер кирет. Адамдардын керектөөсү үчүн TDSтин EPA максималдуу булгоочу деңгээли 500 ppm.

TDS өлчөөлөрүн алуу

1. Коргоочу капкакты алып салыңыз.
2. TDS эсептегичти күйгүзүңүз. ON/OFF которгуч панелде жайгашкан.
3. Метрди сууга/эритмеге максимумга чейин чөктүрүңүз. чөмүлүү деңгээли (2 ").
4. Ар кандай аба көбүкчөлөрүн жылдыруу үчүн эсептегичти бир аз козгоңуз.
5. Дисплей турукташканга чейин күтө туруңуз. Окуу турукташкандан кийин (болжол менен 10 секунд), суудан окуусун көрүү үчүн HOLD баскычын басыңыз.
6. Эгерде эсептегич "x10" белгисин көрсөтсө, көрсөткүчтү 10го көбөйтүңүз.
7. Колдонгондон кийин, метрден ашыкча сууну чайкап алыңыз. Капкакты алмаштырыңыз.

Булак: Толук нускама баракчасы

Эксперимент: TDS-3 менен калибрлөөгө жана сыноого боло турган өзүңүздүн жөнөкөй TDS эсептегичти (бул жерде видео менен долбоор) куруңуз.

10 -кадам: Жылуулукту сезүү

GY-906 контактсыз температура сенсорунун модулу

GY-906 термикалык сезүү модулу MLX90614 менен жабдылган (чоо-жайы). Бул колдонууга жөнөкөй, бирок абдан күчтүү бир зоналуу инфракызыл термометр, -70тен 380 ° Сге чейинки объекттердин температурасын сезе алат. Байланыш үчүн I2C интерфейси колдонулат, демек, аны менен иштөө үчүн микроконтроллерден эки зымды гана бөлүү керек.

Демо термо-сезүү долбоору.

Дагы бир термо-сезүүчү долбоор.

DS18B20 суу өткөрбөй турган температура сенсору

DS18B20 бир зымдуу температура сенсору (деталдар) ± 5 тактык менен -55 ℃тан 125 ℃ чейин температураны өлчөй алат.

11 -кадам: ПЛАНЕТАГА Hack

Эгерде сиз бул Нускаманы жактырсаңыз жана ай сайын почтаңыздын кутусуна хакердик электроника менен компьютердик технологиялардын сонун кутусун түшүрүүнү кааласаңыз, анда HackerBoxes.com сайтына кирип, биздин айлык сюрприз кутучаны алуу үчүн жазылыңыз.

Төмөндөгү комментарийлерде же HackerBoxes Facebook баракчасында ийгиликке жетиңиз. Албетте, эгерде сизде кандайдыр бир суроолор болсо же кандайдыр бир нерсеге жардам керек болсо, бизге кабарлаңыз. HackerBoxesтун бир бөлүгү болгонуңуз үчүн рахмат!