HackerBox 0035: Электрохимия: 11 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Осы айда HackerBox Hackers әр түрлі электрохимиялық сенсорлар мен материалдардың физикалық қасиеттерін өлшеу әдістерін зерттейді. Бұл нұсқаулықта HackerBox #0035 -тен бастау туралы ақпарат бар, оны жеткізу мерзімі аяқталған кезде сатып алуға болады. Сонымен қатар, егер сіз ай сайын пошта жәшігіңізден осындай HackerBox алғыңыз келсе, HackerBoxes.com сайтына жазылып, революцияға қосылыңыз!

HackerBox 0035 үшін тақырыптар мен оқу мақсаттары:

• Arduino Nano -ны Arduino IDE -мен пайдалану үшін конфигурациялаңыз
• Өлшемдерді көрсету үшін OLED модулін сыммен кодтаңыз
• Спирт сенсорларының көмегімен демалдырғыштың демонстрациясын жасаңыз
• Ауа сапасын өлшеу үшін газ датчиктерін салыстырыңыз
• Жалпы еріген қатты заттардың (TDS) су сапасын анықтаңыз
• Контактісіз және суға бататын жылу сезгіштігін тексеріңіз

HackerBoxes - бұл DIY электроникасы мен компьютерлік технологиялар үшін ай сайынғы жазылым қорапшасы. Біз әуесқоймыз, жасаушылар мен эксперименттерміз. Біз армандардың армандарымыз. Планетаны бұзыңыз!

1 -қадам: HackerBox 0035: қораптың мазмұны

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0.96 128x64 пиксельді I2C дисплейі
• TDS-3 су сапасының көрсеткіші
• GY-906 байланыссыз температура модулі
• MP503 Ауа сапасының ластану датчигі
• DS18B20 су өткізбейтін температуралық зонд
• MQ-3 алкогольдік сенсор модулі
• MQ-135 ауа қаупі бар газ сенсор модулі
• DHT11 Ылғалдылық пен температура модулі
• KY-008 лазерлік модулі
• Жарықдиодты шамдар, 1К резисторлар мен түйме түймелері
• 400 нүктелі «Crystal Clear» тақтасы
• Өтпелі сымдар жиынтығы - 65 дана
• MircoUSB кабелі
• HackerBoxes эксклюзивті декорлары

Пайдалы болатын басқа да нәрселер:

• Пісіру үтігі, дәнекерлеу және негізгі дәнекерлеу құралдары
• Бағдарламалық құралдарды іске қосуға арналған компьютер

Ең бастысы, сізге приключение сезімі, DIY рухы және хакерлік қызығушылық қажет болады. Hardcore DIY электроникасы қарапайым жұмыс емес және HackerBoxes суарылмайды. Мақсат - жетілу емес, прогресс. Егер сіз шытырман оқиғадан ләззат алсаңыз, жаңа технологияны үйренуден және кейбір жобаларды іске қосудан үлкен қанағат алуға болады. Біз әр қадамды баяу, егжей -тегжейлі ойлауды ұсынамыз және көмек сұраудан қорықпаңыз.

HackerBoxes Жиі қойылатын сұрақтарға қатысушылардың қазіргі және болашақ мүшелері үшін көптеген ақпарат бар.

2 -қадам: электрохимия

Электрохимия (Уикипедия) - физикалық химияның бөлімі, ол электр энергиясының арасындағы өлшенетін және сандық құбылыс ретінде белгілі бір химиялық өзгерісті немесе керісінше байланысты зерттейді. Химиялық реакциялар электродтар мен электролит (немесе ерітіндідегі иондар) арасында қозғалатын электр зарядтарын қамтиды. Осылайша, электрохимия электр энергиясы мен химиялық өзгерістер арасындағы өзара әрекеттесуді қарастырады.

Ең жиі қолданылатын электрохимиялық құрылғылар - күнделікті батареялар. Батареялар - бұл шамдар, смартфондар мен электромобильдер сияқты электрлік құрылғыларға берілетін сыртқы байланысы бар бір немесе бірнеше электрохимиялық ұяшықтардан тұратын құрылғылар.

Электрохимиялық газ датчиктері - мақсатты газдың концентрациясын электродта тотықтыру немесе азайту және алынған токты өлшеу арқылы өлшейтін газ детекторлары.

Электролиз-бұл өздігінен жүрмейтін химиялық реакцияны қозғау үшін тікелей электр тогын қолданатын әдіс. Электролиз коммерциялық тұрғыдан маңызды - бұл элементтерді табиғи түрде пайда болатын көздерден, мысалы, электролитикалық жасушаны пайдаланатын кендерден.

3 -қадам: Arduino Nano микроконтроллер платформасы

Arduino Nano немесе ұқсас микроконтроллер тақтасы - бұл электрохимиялық сенсорлармен байланыс пен компьютерге немесе бейне дисплейге шығуға арналған тамаша таңдау. Ардуино Нано модулі кірістірілген тақырып түйреуіштерімен бірге жеткізіледі, бірақ олар модульге дәнекерленбейді. Әзірге түйреуіштерді қалдырыңыз. Arduino Nano модульінің алдыңғы түйіспелерін дәнекерлеуге дейін PRIOR осы алғашқы сынақтарын орындаңыз. Келесі екі қадамға қажет нәрсе - microUSB кабелі мен сөмкеден шыққан кездегі нано модуль.

Arduino Nano-бұл бетке орнатылған, нанға ыңғайлы, миниатюрленген Arduino тақтасы. Бұл таңғажайып толық функционалды және бұзуға оңай.

Ерекше өзгешеліктері:

• Микроконтроллер: Atmel ATmega328P
• Кернеу: 5 В.
• Сандық енгізу -шығару түйреуіштері: 14 (6 PWM)
• Аналогты кіріс түйреуіштері: 8
• Енгізу -шығару түйісіндегі тұрақты ток: 40 мА
• Флэш -жады: 32 Кбайт (жүктеуші үшін 2 КБ)
• SRAM: 2 Кбайт
• EEPROM: 1 Кбайт
• Сағат жиілігі: 16 МГц
• Өлшемдері: 17 x 43 мм

Arduino Nano -ның бұл ерекше нұсқасы - қара Robotdyn дизайны. Интерфейс көптеген ұялы телефондар мен планшеттерде қолданылатын MicroUSB кабельдерімен үйлесімді борттағы MicroUSB порты арқылы жасалған.

Arduino Nanos-та кіріктірілген USB/сериялық көпір чипі бар. Бұл нақты нұсқада көпір чипі CH340G болып табылады. Әр түрлі Arduino тақталарында USB/Serial көпір чиптерінің басқа түрлері бар екенін ескеріңіз. Бұл чиптер компьютердің USB порты Arduino процессор чипіндегі сериялық интерфейспен байланысуға мүмкіндік береді.

Компьютердің операциялық жүйесінде USB/сериялық чиппен байланысу үшін құрылғы драйвері қажет. Драйвер IDE -ге Arduino тақтасымен байланысуға мүмкіндік береді. Қажетті құрылғы драйвері OS нұсқасына да, USB/сериялық чиптің түріне де байланысты. CH340 USB/Serial чиптері үшін көптеген операциялық жүйелер үшін қол жетімді драйверлер бар (UNIX, Mac OS X немесе Windows). CH340 өндірушісі осында жүргізушілерді жеткізеді.

Arduino Nano -ны компьютердің USB портына алғаш рет қосқанда, жасыл қуат шамы жануы керек және көп ұзамай көк жарық диоды баяу жыпылықтай бастайды. Бұл Nano жаңа Arduino Nano-де жұмыс істейтін BLINK бағдарламасымен алдын ала жүктелгендіктен болады.

4 -қадам: Arduino интеграцияланған даму ортасы (IDE)

Егер сізде Arduino IDE әлі орнатылмаған болса, оны Arduino.cc сайтынан жүктеуге болады

Егер сіз Arduino экожүйесінде жұмыс істеу үшін қосымша кіріспе ақпарат алғыңыз келсе, HackerBoxes стартерлік шеберханасының нұсқауларын тексеруді ұсынамыз.

Наноны MicroUSB кабеліне, ал кабельдің екінші ұшын компьютердегі USB портына қосыңыз, Arduino IDE бағдарламалық жасақтамасын іске қосыңыз, құралдар> порт астындағы IDE ішіндегі сәйкес USB портын таңдаңыз (мүмкін «wchusb» атауы бар)). Сонымен қатар IDE құралдар тақтасынан «Arduino Nano» таңдаңыз.

Соңында, мысал кодының бір бөлігін жүктеңіз:

Файл-> Мысалдар-> Негізгі-> Жыпылықтау

Бұл шын мәнінде наноға алдын ала жүктелген код және көк жарық диодты баяу жыпылықтау үшін дәл қазір жұмыс істеуі керек. Тиісінше, егер біз осы мысал кодын жүктесек, ештеңе өзгермейді. Оның орнына кодты сәл өзгертейік.

Зер салып қарасаңыз, бағдарлама жарық диодты қосады, 1000 миллисекунд күтеді (бір секунд), жарық диодты өшіреді, екінші секунд күтеді, содан кейін бәрі қайтадан - мәңгі жасайды.

«Кешігу (1000)» операторының екеуін де «кешіктіру (100)» етіп өзгерту арқылы кодты өзгертіңіз. Бұл модификация жарықдиодты он есе жылдам жыпылықтайды, иә?

Өзгертілген кодтың үстіндегі UPLOAD түймесін (көрсеткі белгісі) басу арқылы өзгертілген кодты наноға жүктейік. Күй туралы ақпарат алу үшін кодты қараңыз: «құрастыру», содан кейін «жүктеу». Ақыр соңында, IDE «Жүктеу аяқталды» деп көрсетуі керек және сіздің жарық диоды тез жыпылықтауы керек.

Олай болса, құттықтаймын! Сіз енді енгізілген кодтың бірінші бөлігін бұздыңыз.

Жылдам жыпылықтайтын нұсқаңыз жүктеліп, жұмыс істеп тұрған кезде, светодиоды екі рет тез жыпылықтап, қайталанбас бұрын бірнеше секунд күту үшін кодты қайта өзгертуге болатынын неге білмейсіз? Байқап көріңіз! Басқа үлгілер туралы не деуге болады? Қажетті нәтижені елестету, оны кодтау және жоспарланғандай жұмыс жасауын бақылай отырып, сіз сауатты аппараттық хакер болуға үлкен қадам жасадыңыз.

5 -қадам: дәнекерлеу тақтасындағы тақырып түйреуіштері мен OLED

Енді сіздің әзірлеу компьютеріңіз Arduino Nano -ға кодты жүктеу үшін конфигурацияланған және нано сыналған, USB кабелін нанодан ажыратыңыз және тақырып түйреуіштерін дәнекерлеуге дайын болыңыз. Егер сіз күрес клубында бірінші түн болсаңыз, онда сіз дәнекерлеуіңіз керек! Интернетте дәнекерлеу туралы көптеген нұсқаулықтар мен бейнелер бар (мысалы). Егер сізге қосымша көмек қажет деп ойласаңыз, сіздің аймағыңыздан жергілікті жасаушылар тобын немесе хакерлер кеңістігін табуға тырысыңыз. Сондай -ақ, әуесқой радио клубтар әрқашан электроника тәжірибесінің тамаша көзі болып табылады.

Arduino Nano модуліне екі қатарлы тақырыптарды (әрқайсысы он бес түйреуішті) дәнекерлеңіз. ICSP алты тізбекті коннекторы бұл жобада қолданылмайды, сондықтан бұл түйреуіштерді өшіріңіз. Дәнекерлеу аяқталғаннан кейін дәнекерлеу көпірлері мен/немесе суық дәнекерлеу қосылыстарын мұқият тексеріңіз. Ақырында, Arduino Nano -ны USB кабеліне жалғаңыз және бәрі әлі де дұрыс жұмыс істейтінін тексеріңіз.

OLED -ді наноға жалғау үшін, екеуін де дәнекерлемейтін тақтаға салыңыз және осы кестеге сәйкес олардың арасына сым салыңыз:

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

OLED дисплейін басқару үшін мұнда табылған SSD1306 OLED дисплей драйверін Arduino IDE -ге орнатыңыз.

OLED дисплейін ssd1306/snowflakes үлгісін жүктеу және оны наноға программалау арқылы тексеріңіз.

SDD1306 кітапханасының басқа мысалдары OLED дисплейін пайдалану үшін пайдалы.

6-қадам: MQ-3 алкоголь сенсоры мен демалдырғыштың демонстрациясы

MQ-3 Алкогольді газ сенсоры (деректер кестесі)-0,05 мг/л-ден 10 мг/л-ге дейінгі концентрацияда алкоголь газдарының болуын анықтай алатын, бағасы төмен жартылай өткізгіш сенсор. MQ-3-те қолданылатын сезімтал материал SnO2 болып табылады, ол спирттік газдардың концентрациясының жоғарылауына ұшыраған кезде өткізгіштігінің жоғарылауын көрсетеді. MQ-3-алкогольге сезімталдығы жоғары, түтінге, буға немесе бензинге сезімталдығы өте аз.

Бұл MQ-3 модулі алкоголь концентрациясына қатысты шикі аналогты шығуды қамтамасыз етеді. Сондай -ақ, модульде сандық шығыс шегіне LM393 (деректер кестесі) салыстырғышы бар.

MQ-3 модулін осы кестеге сәйкес наноға қосуға болады:

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

Бейнеден демо -код.

ЕСКЕРТУ: Бұл жоба тек оқу демонстрациясы. Бұл медициналық құрал емес. Ол калибрленбейді. Құқықтық немесе қауіпсіздік шектеулерін бағалау үшін қандағы алкоголь деңгейін анықтау ешқандай мақсатпен қарастырылмаған. Ақымақ болмаңыз. Ішпеңіз және көлік жүргізбеңіз. Тірі кел!

7 -қадам: кетондарды анықтау

Кетондар-құрамында карбонил тобы (көміртегі мен оттегінің қос байланысы) бар қарапайым қосылыстар. Көптеген кетондар өнеркәсіпте де, биологияда да маңызды. Кәдімгі еріткіш ацетон - ең кіші кетон.

Бүгінде көптеген адамдар кетогенді диетаны жақсы біледі. Бұл диетаның негізі-құрамында ақуыз, аз мөлшерде май және аз көмірсулар. Бұл денені көмірсуларға емес, майларды жағуға мәжбүр етеді. Әдетте азық-түлік құрамындағы көмірсулар глюкозаға айналады, содан кейін олар бүкіл денеге тасымалданады және мидың жұмысын жақсартуда ерекше маңызды. Алайда, егер диетада көмірсулар аз болса, бауыр майды май қышқылдарына және кетон денелеріне айналдырады. Кетон денелері миға өтеді және энергия көзі ретінде глюкозаның орнын басады. Қандағы кетон денелерінің жоғарылауы кетоз деп аталатын күйге әкеледі.

Кетонды сезу жобасының мысалы

Кетонды зондтаудың тағы бір мысалы

MQ-3 пен TGS822 газ датчиктерін салыстыру

8 -қадам: Ауа сапасын анықтау

Атмосфераға зиянды немесе шамадан тыс мөлшерде газдар, бөлшектер мен биологиялық молекулалар кірген кезде ауаның ластануы пайда болады. Ластану адам ауруларына, аллергияға, тіпті өлімге әкелуі мүмкін. Ол басқа жануарларға, азық -түлік дақылдарына және жалпы қоршаған ортаға зиян келтіруі мүмкін. Адамның белсенділігі де, табиғи процестер де ауаның ластануына әкелуі мүмкін. Бөлме ішіндегі ауаның ластануы мен қалалық ауа сапасының нашарлығы әлемдегі улы ластанудың ең нашар екі мәселесі тізіміне енгізілген.

Біз екі түрлі ауа сапасының (немесе ауа қауіпті) сенсорларының жұмысын салыстыра аламыз. Бұл MQ-135 (мәліметтер кестесі) және MP503 (мәліметтер кестесі).

MQ-135 метанға, азот оксидтеріне, спирттерге, бензолға, түтінге, СО2-ге және басқа молекулаларға сезімтал. Оның интерфейсі MQ-3 интерфейсіне ұқсас.

MP503 формальдегид газына, бензолға, көміртегі тотығы, сутегі, спирт, аммиак, темекі түтіні, көптеген иістерге және басқа молекулаларға сезімтал. Оның интерфейсі өте қарапайым, ластаушы заттардың төрт концентрациясын анықтау үшін екі сандық шығуды қамтамасыз етеді. MP503 стандартты коннекторында пластмассадан жасалған еркек басы бар, оны алып қоюға болады және оны дәнекерленген тақталармен, DuPont секіргіштерімен немесе ұқсас ортақ қосқыштармен қолдануға арналған стандартты 4 істікшелі бастықпен (қапта берілген) ауыстыруға болады.

9 -қадам: Судың сапасын анықтау

TDS-3 су сапасын тексеруші

Жалпы еріген қатты заттар (TDS) - судың белгілі бір көлемінде еріген минералдарды, тұздарды немесе металдарды қосқанда, жылжымалы зарядталған иондардың жалпы мөлшері. Өткізгіштікке негізделген TDS миллионға (ppm) немесе литрге миллиграммен (мг/л) көрсетіледі. Еріген қатты заттарға таза су молекулаларынан (H2O) және ілінген қатты заттардан басқа кез келген өткізгіш бейорганикалық элемент жатады. EPA максималды ластаушы деңгейі TDS адам тұтыну үшін 500 ppm құрайды.

TDS өлшемдерін қабылдау

1. Қорғаныс қақпағын алыңыз.
2. TDS есептегішін қосыңыз. ҚОСУ/ӨШІРУ қосқышы панельде орналасқан.
3. Есептегішті максимумға дейін суға/ерітіндіге батырыңыз. батыру деңгейі (2 «).
4. Ауа көпіршіктерін шығару үшін өлшегішті аздап араластырыңыз.
5. Дисплей тұрақтанғанша күтіңіз. Көрсеткіш тұрақтанғаннан кейін (шамамен 10 секунд), судан оқуды көру үшін HOLD түймесін басыңыз.
6. Егер өлшегіш жыпылықтайтын 'x10' белгісін көрсетсе, көрсеткішті 10 -ға көбейтіңіз.
7. Қолданғаннан кейін метрден артық суды шайқаңыз. Қақпақты ауыстырыңыз.

Дереккөз: Толық нұсқаулық

Эксперимент: TDS-3 көмегімен калибрлеуге және сынауға болатын жеке TDS есептегішін (мұнда бейне бар жоба) жасаңыз.

10 -қадам: Жылуды сезу

GY-906 контактісіз температура сенсоры модулі

GY-906 жылу сенсорлық модулі MLX90614 қондырғысымен жабдықталған (егжей-тегжейлі). Бұл қарапайым, бірақ өте қуатты бір аймақтық инфрақызыл термометр, ол объектінің температурасын -70 пен 380 ° C аралығында сезуге қабілетті. Ол байланысу үшін I2C интерфейсін қолданады, яғни онымен жұмыс істеу үшін микроконтроллерден тек екі сымды бөлу қажет.

Демо-сезгіш жоба.

Тағы бір жылу сезгіш жоба.

DS18B20 суға төзімді температура сенсоры

DS18B20 бір сымды температура сенсоры (егжей -тегжейлі) ± 5 дәлдікпен -55 ℃ -тен 125 ℃ дейін температураны өлшей алады.

11 -қадам: Планетаны бұзу

Егер сіз осы нұсқаулықты ұнатқан болсаңыз және ай сайын сіздің пошта жәшігіңізге электронды және компьютерлік технологиялар жобаларының керемет қорабын алғыңыз келсе, HackerBoxes.com сайтына кіріп, ай сайынғы тосын жәшікті алу үшін жазылыңыз.

Қол жеткізіңіз және төмендегі түсініктемелерде немесе HackerBoxes Facebook бетіндегі табыстарыңызбен бөлісіңіз. Егер сізде қандай да бір сұрақтар туындаса немесе көмек қажет болса, бізге хабарлаңыз. HackerBox -тың мүшесі болғаныңыз үшін рахмет!