HackerBox 0035: Elektrokimya: 11 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Bu ay HackerBox Hackers, materialların fiziki xüsusiyyətlərini ölçmək üçün müxtəlif elektrokimyəvi sensorlar və test üsullarını araşdırır. Bu Təlimat, HackerBox #0035 -ə başlamağınız üçün məlumatları ehtiva edir, bunları təchizat bitənə qədər burada əldə edə bilərsiniz. Ayrıca, hər ay poçt qutunuzda belə bir HackerBox almaq istəyirsinizsə, HackerBoxes.com saytına abunə olun və inqilaba qoşulun!

HackerBox 0035 üçün mövzular və öyrənmə məqsədləri:

• Arduino Nano -nu Arduino IDE ilə istifadə etmək üçün konfiqurasiya edin
• Ölçmələri göstərmək üçün bir OLED modulunu bağlayın və kodlayın
• Alkoqol sensorlarından istifadə edərək bir nəfəsaldırıcı demo qurun
• Hava keyfiyyətini ölçmək üçün qaz sensorlarını müqayisə edin
• Suyun keyfiyyətini ümumi həll olunan qatı maddələrdən (TDS) müəyyənləşdirin
• Kontaktsiz və suya batan istilik algılamasını sınayın

HackerBoxes, DIY elektronikası və kompüter texnologiyası üçün aylıq abunə qutusu xidmətidir. Biz həvəskarlar, istehsalçılar və təcrübəçilərik. Biz xəyalların xəyalpərəstləriyik. PLANET HACK!

Addım 1: HackerBox 0035: Qutunun İçindəkilər

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0.96 128x64 piksel I2C Ekranı
• TDS-3 Su Keyfiyyət Ölçən
• GY-906 Temassız Temperatur Modulu
• MP503 Hava Keyfiyyəti Çirkləndirici Sensor
• DS18B20 Su keçirməyən Temperatur Probu
• MQ-3 Alkoqol Sensor Modulu
• MQ-135 Hava Təhlükəsi Qaz Sensor Modulu
• DHT11 Rütubət və Temperatur Modulu
• KY-008 Lazer Modulu
• LED dəsti, 1K rezistorlar və toxunma düymələri
• 400 Nöqtəli "Kristal Təmiz" Breadboard
• Jumper tel dəsti - 65 ədəd
• MircoUSB Kabeli
• Eksklüziv HackerBoxes Çıkartmaları

Faydalı olacaq digər şeylər:

• Lehimləmə dəmiri, lehim və əsas lehim alətləri
• Proqram vasitələrini işlətmək üçün kompüter

Ən əsası, macəra hissinə, DIY ruhuna və hacker marağına ehtiyacınız olacaq. Hardcore DIY elektronikası əhəmiyyətsiz bir iş deyil və HackerBoxes suya salınmır. Məqsəd inkişaf deyil, mükəmməllikdir. Davam edərək macəradan zövq aldığınız zaman, yeni texnologiyanı öyrənməkdən və inşallah bəzi layihələri işə salmaqdan böyük məmnunluq əldə edə bilərsiniz. Hər bir addımı yavaş -yavaş atmağı, detallara fikir verməyi və kömək istəməkdən çəkinməməyi təklif edirik.

HackerBoxes FAQ -da mövcud və perspektivli üzvlər üçün çoxlu məlumat var.

Addım 2: Elektrokimya

Elektrokimya (Vikipediya), ölçülə bilən və kəmiyyət bir fenomen olaraq müəyyən bir kimyəvi dəyişiklik və ya əksinə elektrik arasındakı əlaqəni öyrənən fiziki kimya bölməsidir. Kimyəvi reaksiyalar, elektrodlarla elektrolit (və ya məhluldakı ionlar) arasında hərəkət edən elektrik yüklərini əhatə edir. Beləliklə, elektrokimya elektrik enerjisi ilə kimyəvi dəyişiklik arasındakı qarşılıqlı əlaqədən bəhs edir.

Ən çox yayılmış elektrokimyəvi cihazlar gündəlik batareyalardır. Batareyalar, fənərlər, ağıllı telefonlar və elektrikli avtomobillər kimi elektrik cihazlarına güc verən xarici əlaqələri olan bir və ya bir neçə elektrokimyəvi hüceyrədən ibarət qurğulardır.

Elektrokimyəvi qaz sensorlar, bir elektroddakı hədəf qazını oksidləşdirərək və ya azaldaraq və nəticədə yaranan cərəyanı ölçərək hədəf qazın konsentrasiyasını ölçən qaz detektorlarıdır.

Elektroliz, kortəbii olmayan kimyəvi reaksiyanı idarə etmək üçün birbaşa elektrik cərəyanı (DC) istifadə edən bir texnikadır. Elektroliz, elektrolitik bir hüceyrə istifadə edərək filizlər kimi təbii olaraq meydana gələn mənbələrdən elementlərin ayrılmasında bir mərhələ olaraq kommersiya baxımından əhəmiyyətlidir.

Addım 3: Arduino Nano Mikrokontrolör Platforması

Bir Arduino Nano və ya bənzər bir mikrokontrolör lövhəsi, elektrokimyəvi sensorlar ilə əlaqə qurmaq və kompüterə və ya video ekrana çıxmaq üçün əla seçimdir. Daxil olan Arduino Nano modulu baş pinləri ilə gəlir, lakin onlar modula lehimlənmir. Sancaqları hələlik tərk edin. Arduino Nano başlıq sancaqlarını lehimləmək üçün Arduino Nano modulunun bu ilkin sınaqlarını həyata keçirin. Növbəti bir neçə addım üçün lazım olan şey, çantadan çıxan kimi microUSB kabeli və Nano moduludur.

Arduino Nano, səthə quraşdırılmış, çörək taxtasına uyğun, miniatürləşdirilmiş USB ilə birləşdirilmiş Arduino lövhəsidir. Qəribə dərəcədə tam xüsusiyyətlidir və hack etmək asandır.

Xüsusiyyətləri:

• Mikro nəzarətçi: Atmel ATmega328P
• Gərginlik: 5V
• Rəqəmsal I/O Pinləri: 14 (6 PWM)
• Analog giriş pinləri: 8
• I/O Pin başına DC cərəyanı: 40 mA
• Flash Yaddaş: 32 KB (bootloader üçün 2KB)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Saat Sürəti: 16 MHz
• Ölçülər: 17 x 43 mm

Arduino Nanonun bu xüsusi variantı qara Robotdyn dizaynıdır. İnterfeys, bir çox cib telefonu və planşetdə istifadə edilən eyni MicroUSB kabelləri ilə uyğun gələn bir bortda MicroUSB portudur.

Arduino Nanos, quraşdırılmış USB/Serial körpü çipinə malikdir. Bu xüsusi variantda körpü çipi CH340G -dir. Qeyd edək ki, müxtəlif növ Arduino lövhələrində istifadə olunan digər USB/Serial körpü çipləri var. Bu çiplər, kompüterinizin USB portunun Arduino prosessor çipindəki serial interfeysi ilə əlaqə qurmasına imkan verir.

Kompüterin əməliyyat sistemi, USB/Serial çiplə əlaqə qurmaq üçün Cihaz Sürücüsü tələb edir. Sürücü, IDE -nin Arduino lövhəsi ilə əlaqə qurmasına imkan verir. Lazım olan xüsusi cihaz sürücüsü həm OS versiyasından, həm də USB/Serial çipin növündən asılıdır. CH340 USB/Serial çipləri üçün bir çox əməliyyat sistemi (UNIX, Mac OS X və ya Windows) üçün sürücülər mövcuddur. CH340 istehsalçısı həmin sürücüləri burada təmin edir.

Arduino Nano'yu kompüterinizin USB portuna ilk dəfə qoşduğunuzda, yaşıl güc işığı yanmalı və mavi LED yavaş -yavaş yanıb -sönməyə başlayacaq. Bunun səbəbi, Nanonun yeni Arduino Nano üzərində işləyən BLINK proqramı ilə əvvəlcədən yüklənməsidir.

Addım 4: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

Arduino IDE hələ qurulmamışdırsa, Arduino.cc saytından yükləyə bilərsiniz

Arduino ekosistemində işləmək üçün əlavə məlumat əldə etmək istəyirsinizsə, HackerBoxes Başlanğıc Atölyesi üçün təlimatları nəzərdən keçirməyi təklif edirik.

Nanonu MicroUSB kabelinə və kabelin digər ucunu kompüterdəki USB portuna qoşun, Arduino IDE proqramını işə salın, alətlər> port (ehtimal ki, "wchusb" olan bir ad altında IDE -də uyğun USB portunu seçin)). Alətlər> lövhə altında IDE -də "Arduino Nano" nu da seçin.

Nəhayət, bir nümunə kodu yükləyin:

Fayl-> Nümunələr-> Əsaslar-> Göz qırp

Bu əslində Nanoya əvvəlcədən yüklənmiş və mavi LED -in yavaş -yavaş yanıb -sönməsi üçün hazırda çalışmalı olan koddur. Buna görə, bu nümunə kodu yükləsək, heç nə dəyişməyəcək. Bunun əvəzinə kodu bir az dəyişdirək.

Diqqətlə baxdığınızda, proqramın LED -i yandırdığını, 1000 milisaniyəni (bir saniyə) gözlədiyini, LED -i söndürdüyünü, başqa bir saniyəni gözlədiyini və sonra hər şeyi yenidən - sonsuza qədər gördüyünü görə bilərsiniz.

Hər iki "gecikmə (1000)" ifadəsini "gecikmə (100)" olaraq dəyişdirərək kodu dəyişdirin. Bu dəyişiklik LED -in on qat daha sürətli yanıb sönməsinə səbəb olacaq, elə deyilmi?

Dəyişdirilmiş kodunuzun üstündəki YÜKLƏ düyməsini (ox işarəsi) tıklayaraq dəyişdirilmiş kodu Nanoya yükləyək. Vəziyyət məlumatı üçün kodu aşağıda izləyin: "tərtib etmək" və sonra "yükləmək". Nəhayət, IDE "Yükləmə Tamamlandı" göstərməli və LEDiniz daha sürətli yanıb -sönməlidir.

Əgər belədirsə, təbrik edirəm! İlk quraşdırılmış kodunuzu sındırdınız.

Sürətli yanıb-sönən versiyanız yükləndikdə və işə salındıqda, niyə LED-in iki dəfə sürətli yanıb-sönməsini təmin etmək üçün kodu yenidən dəyişə biləcəyinizi və niyə təkrar etməzdən əvvəl bir neçə saniyə gözlədiyinizi görmürsünüz? Bir cəhd edin! Başqa nümunələr necə? İstədiyiniz nəticəni görmə qabiliyyətinə malik olmağı, kodlaşdırmağı və planlaşdırıldığı kimi işləməsini müşahidə etdikdən sonra, bacarıqlı bir hardware hakerinə çevrilmək üçün böyük bir addım atmış olursunuz.

Addım 5: Lehimsiz Çörək Panelində Başlıq Pimləri və OLED

İnkişaf etdirmə kompüteriniz Arduino Nanoya kod yükləmək üçün konfiqurasiya edildikdən və Nano sınaqdan keçirildikdən sonra USB kabelini Nanodan ayırın və başlıq pinlərini lehimləməyə hazır olun. Döyüş klubunda ilk gecəniz varsa, lehimləməlisiniz! İnternetdə lehimləmə ilə bağlı bir çox əla bələdçi və video var (məsələn). Əlavə yardıma ehtiyacınız olduğunu hiss edirsinizsə, bölgənizdə yerli istehsalçılar qrupu və ya hacker məkanı tapmağa çalışın. Həm də həvəskar radio klubları həmişə elektronika təcrübəsinin əla mənbələridir.

İki tək sıra başlığı (hər biri on beş pin) Arduino Nano moduluna lehimləyin. Altı pinli ICSP (dövrə ardıcıl proqramlaşdırma) konnektoru bu layihədə istifadə edilməyəcək, ona görə də bu pinləri söndürün. Lehimləmə tamamlandıqda, lehim körpülərinin və/və ya soyuq lehim birləşmələrinin olub olmadığını diqqətlə yoxlayın. Nəhayət, Arduino Nano'yu USB kabelinə bağlayın və hər şeyin hələ də düzgün işlədiyini yoxlayın.

OLED -ni Nanoya bağlamaq üçün hər ikisini də göstərildiyi kimi lehimsiz çörək taxtasına daxil edin və aralarında bu cədvələ uyğun olaraq tel çəkin:

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

OLED ekranı idarə etmək üçün burada olan SSD1306 OLED ekran sürücüsünü Arduino IDE -yə quraşdırın.

Ssd1306/snowflakes nümunəsini yükləyərək Nanoya proqramlaşdıraraq OLED ekranı sınayın.

SDD1306 kitabxanasından digər nümunələr, OLED ekranından istifadə etmək üçün faydalıdır.

Addım 6: MQ-3 Alkol Sensoru və Breathalyzer Demosu

MQ-3 Alkoqol Qaz Sensoru (məlumat cədvəli), 0,05 mq/l-dən 10 mq/l-ə qədər olan konsentrasiyalarda spirtli qazların mövcudluğunu aşkar edə bilən aşağı qiymətli yarımkeçiricidir. MQ-3-də istifadə olunan hissedici material, artan spirt qazı konsentrasiyalarına məruz qaldıqda artan keçiricilik nümayiş etdirən SnO2-dir. MQ-3 tütünə, buxara və ya benzinə qarşı çox az həssaslıqla spirtə yüksək həssaslıq göstərir.

Bu MQ-3 modulu spirt konsentrasiyasına nisbətən xam analoq çıxışı təmin edir. Modulda rəqəmsal çıxış həddi üçün LM393 (məlumat cədvəli) müqayisə cihazı da var.

MQ-3 modulu Nano-ya bu cədvələ uyğun olaraq bağlana bilər:

MQ-3…. NanoA0 …… A0VCC…..5VGND….. GNDD0 …… İstifadə olunmur

Videodan demo kodu.

XƏBƏRDARLIQ: Bu layihə yalnız bir təhsil nümayişidir. Tibbi alət deyil. Kalibrlənməyib. Qanuni və ya təhlükəsizlik limitlərinin qiymətləndirilməsi üçün heç bir şəkildə qan spirtinin səviyyəsini təyin etmək nəzərdə tutulmamışdır. Axmaq olma. İçməyin və maşın sürməyin. Canlı gəl!

Addım 7: Ketonların aşkarlanması

Ketonlar, karbonil qrupu (karbon-oksigen ikiqat bağ) olan sadə birləşmələrdir. Bir çox keton həm sənayedə, həm də biologiyada vacibdir. Ümumi həlledici aseton ən kiçik ketondur.

Bu gün çoxları ketogenik pəhrizlə tanışdır. Yüksək yağ, kifayət qədər zülal və az miqdarda karbohidrat istehlakına əsaslanan bir pəhrizdir. Bu, bədəni karbohidratlardan çox yağları yandırmağa məcbur edir. Normalda qidada olan karbohidratlar qlükoza çevrilir, sonra bədənin hər tərəfinə nəql olunur və beyin funksiyasını gücləndirmək üçün xüsusilə vacibdir. Ancaq diyetdə az miqdarda karbohidrat varsa, qaraciyər yağları yağ turşularına və keton cisimlərinə çevirir. Keton cisimləri beynə keçir və enerji mənbəyi olaraq qlükozanı əvəz edir. Kanda keton cisimlərinin yüksəlməsi ketoz kimi tanınan bir vəziyyətlə nəticələnir.

Keton algılama layihəsinə nümunə

Başqa bir nümunə keton algılama layihəsidir

MQ-3 və TGS822 qaz sensorlarının müqayisəsi

Addım 8: Hava Keyfiyyətinin Ölçülməsi

Atmosferə qazlar, hissəciklər və bioloji molekullar daxil olmaqla zərərli və ya həddindən artıq miqdarda maddə daxil olduqda hava çirklənməsi baş verir. Çirklənmə insanlarda xəstəliklərə, allergiyaya və hətta ölümə səbəb ola bilər. Heyvanlar, qida bitkiləri və ümumiyyətlə ətraf mühit kimi digər canlı orqanizmlərə də zərər verə bilər. Həm insan fəaliyyəti, həm də təbii proseslər hava çirkliliyinə səbəb ola bilər. Daxili hava çirkliliyi və pis hava keyfiyyəti dünyanın ən pis zəhərli çirklənmə problemlərindən ikisi olaraq sıralanır.

İki fərqli hava keyfiyyəti (və ya hava təhlükəsi) sensorunun işini müqayisə edə bilərik. Bunlar MQ-135 (məlumat cədvəli) və MP503 (məlumat cədvəli) dir.

MQ-135 metan, azot oksidləri, spirtlər, benzol, tüstü, CO2 və digər molekullara həssasdır. Onun interfeysi MQ-3 interfeysi ilə eynidir.

MP503 formaldehid qazı, benzol, karbonmonoksit, hidrogen, spirt, ammiak, siqaret tüstüsü, bir çox qoxu və digər molekullara həssasdır. Arayüzü olduqca sadədir, dörd ədəd çirkləndirici konsentrasiyasını təyin etmək üçün iki rəqəmsal çıxış təmin edir. MP503-dəki standart bağlayıcı, lehimsiz çörək lövhələri, DuPont atlayıcıları və ya oxşar ümumi bağlayıcılarla istifadə etmək üçün çıxarıla bilən və standart 4 pinli başlıq (çantada verilir) ilə əvəz edilə bilən plastik örtüklü kişi başlığına malikdir.

Addım 9: Su keyfiyyətinin ölçülməsi

TDS-3 Su Keyfiyyət Test Cihazı

Ümumi Çözünmüş Qatılar (TDS), müəyyən miqdarda suda həll olan minerallar, duzlar və ya metallar da daxil olmaqla, mobil yüklü ionların ümumi miqdarıdır. Keçiriciliyə əsaslanan TDS milyonda (ppm) və ya litrə milliqramda (mg/L) ifadə edilir. Çözünmüş bərk maddələrə təmiz su molekullarından (H2O) və asılı maddələrdən başqa mövcud olan hər hansı bir keçirici qeyri -üzvi element daxildir. İnsan istehlakı üçün EPA Maksimum Çirkləndirici Səviyyə 500 ppm -dir.

TDS Ölçmələrinin Alınması

1. Qoruyucu qapağı çıxarın.
2. TDS sayğacını yandırın. ON/OFF açarı paneldə yerləşir.
3. Sayğacı maksimum dərəcədə suya/məhlula batırın. daldırma səviyyəsi (2 ").
4. Hava kabarcıklarını çıxarmaq üçün sayğacı yüngülcə qarışdırın.
5. Ekranın sabitləşməsini gözləyin. Oxumaq sabitləşdikdən sonra (təxminən 10 saniyə), okumanı sudan çıxarmaq üçün HOLD düyməsini basın.
6. Sayğacda yanıb -sönən 'x10' işarəsi varsa, oxunuşu 10 -a vurun.
7. İstifadədən sonra sayğacınızdakı artıq suyu çıxarın. Qapağı dəyişdirin.

Mənbə: Tam Təlimat vərəqi

Təcrübə: TDS-3 ilə kalibrlənə və sınaqdan keçirilə bilən öz sadə TDS sayğacınızı (burada video ilə layihə) qurun.

Addım 10: Termal Algılama

GY-906 Kontaktsiz Temperatur Sensor Modulu

GY-906 istilik algılama modulu MLX90614 ilə təchiz olunmuşdur (detallar). İstifadəsi sadə, lakin çox güclü bir zonalı infraqırmızı termometrdir, -70 ilə 380 ° C arasında olan obyektlərin temperaturunu hiss edə bilir. Ünsiyyət qurmaq üçün bir I2C interfeysindən istifadə edir, yəni onunla əlaqə qurmaq üçün mikrokontrolörünüzdən yalnız iki tel ayırmanız lazımdır.

Demo termo algılama layihəsi.

Başqa bir termo algılayıcı layihə.

DS18B20 Suya Dayanıklı Temperatur Sensoru

DS18B20 bir telli temperatur sensoru (detallar) temperaturu -55 ℃ ilə 125 ℃ arasında ± 5 dəqiqliklə ölçə bilər.

Addım 11: PLANETİ HACK edin

Bu Təlimatlandırıcıdan zövq almış olsanız və hər ay poçt qutunuza girə bilən elektronika və kompüter texnologiyası layihələrindən ibarət sərin bir qutu əldə etmək istəyirsinizsə, zəhmət olmasa HackerBoxes.com saytına girib aylıq sürpriz qutumuza abunə olaraq inqilaba qoşulun.

Uğurunuzu aşağıdakı şərhlərdə və ya HackerBoxes Facebook Səhifəsində paylaşın. Əlbəttə ki, hər hansı bir sualınız varsa və ya bir şeyə ehtiyacınız varsa bizə bildirin. HackerBoxes -un bir hissəsi olduğunuz üçün təşəkkür edirik!