HackerBox 0035: ElektroKimya: 11 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bu ay HackerBox Hacker'ları, malzemelerin fiziksel özelliklerini ölçmek için çeşitli elektrokimyasal sensörleri ve test tekniklerini keşfediyor. Bu Eğitilebilir Tablo, sarf malzemeleri tükenirken buradan satın alınabilecek HackerBox #0035 ile başlamak için bilgiler içerir. Ayrıca, her ay posta kutunuza böyle bir HackerBox almak istiyorsanız, lütfen HackerBoxes.com'a abone olun ve devrime katılın!

HackerBox 0035 için Konular ve Öğrenme Hedefleri:

• Arduino IDE ile kullanım için Arduino Nano'yu yapılandırın
• Ölçümleri görüntülemek için bir OLED modülünü bağlayın ve kodlayın
• Alkol sensörlerini kullanarak bir alkol ölçer demosu oluşturun
• Hava kalitesi ölçümleri yapmak için gaz sensörlerini karşılaştırın
• Toplam çözünmüş katılardan (TDS) su kalitesini belirleyin
• Temassız ve suya daldırılabilir termal algılamayı test edin

HackerBoxes, DIY elektroniği ve bilgisayar teknolojisi için aylık abonelik kutusu hizmetidir. Biz hobiciler, yapımcılar ve deneycileriz. Biz hayallerin hayalperestleriyiz. GEZEGENİ HACK!

Adım 1: HackerBox 0035: Kutu İçeriği

• Arduino Nano 5V 16MHz MikroUSB
• OLED 0.96 128x64 piksel I2C Ekran
• TDS-3 Su Kalitesi Ölçer
• GY-906 Temassız Sıcaklık Modülü
• MP503 Hava Kalitesi Kirlilik Sensörü
• DS18B20 Su Geçirmez Sıcaklık Probu
• MQ-3 Alkol Sensör Modülü
• MQ-135 Hava Tehlikesi Gaz Sensörü Modülü
• DHT11 Nem ve Sıcaklık Modülü
• KY-008 Lazer Modülü
• LED'ler, 1K Dirençler ve Dokunsal Düğmeler Seti
• 400 Nokta "Crystal Clear" Breadboard
• Jumper Tel Seti - 65 Parça
• MircoUSB Kablosu
• Özel HackerBox Çıkartmaları

Yardımcı olacak diğer bazı şeyler:

• Havya, lehim ve temel havya aletleri
• Yazılım araçlarını çalıştırmak için bilgisayar

En önemlisi, bir macera duygusuna, DIY ruhuna ve hacker merakına ihtiyacınız olacak. Hardcore DIY elektroniği önemsiz bir arayış değildir ve HackerBox'lar sulandırılmaz. Amaç ilerlemedir, mükemmellik değil. Devam ettiğinizde ve maceranın tadını çıkardığınızda, yeni teknoloji öğrenmekten ve umarım bazı projelerin çalışmasını sağlamaktan büyük bir memnuniyet elde edilebilir. Her adımı yavaş, ayrıntılara dikkat ederek atmanızı ve yardım istemekten korkmamanızı öneririz.

HackerBoxes SSS'de mevcut ve potansiyel üyeler için çok sayıda bilgi bulunmaktadır.

Adım 2: Elektrokimya

Elektrokimya (Wikipedia), ölçülebilir ve nicel bir fenomen olarak elektrik ile belirli bir kimyasal değişim veya bunun tersi arasındaki ilişkiyi inceleyen fiziksel kimyanın dalıdır. Kimyasal reaksiyonlar, elektrotlar ve bir elektrolit (veya bir çözeltideki iyonlar) arasında hareket eden elektrik yüklerini içerir. Böylece elektrokimya, elektrik enerjisi ve kimyasal değişim arasındaki etkileşimle ilgilenir.

En yaygın elektrokimyasal cihazlar günlük pillerdir. Piller, el fenerleri, akıllı telefonlar ve elektrikli arabalar gibi elektrikli cihazlara güç sağlamak için sağlanan harici bağlantıları olan bir veya daha fazla elektrokimyasal hücreden oluşan cihazlardır.

Elektrokimyasal gaz sensörleri, hedef gazı bir elektrotta oksitleyerek veya indirgeyerek ve elde edilen akımı ölçerek hedef gazın konsantrasyonunu ölçen gaz dedektörleridir.

Elektroliz, aksi takdirde kendiliğinden olmayan bir kimyasal reaksiyonu yürütmek için doğrudan elektrik akımı (DC) kullanan bir tekniktir. Elektroliz, bir elektrolitik hücre kullanılarak cevherler gibi doğal olarak oluşan kaynaklardan elementlerin ayrılmasında bir aşama olarak ticari olarak önemlidir.

Adım 3: Arduino Nano Mikrodenetleyici Platformu

Bir Arduino Nano veya benzeri bir mikro denetleyici kartı, bir bilgisayar veya video ekranına elektrokimyasal sensörler ve ekran çıkışları ile arayüz oluşturmak için mükemmel bir seçimdir. Dahil edilen Arduino Nano modülü, başlık pinleriyle birlikte gelir, ancak modüle lehimlenmezler. Pimleri şimdilik kapalı bırakın. Arduino Nano modülünün bu ilk testlerini, Arduino Nano'nun başlık pinlerini lehimlemeden ÖNCE gerçekleştirin. Sonraki birkaç adım için gereken tek şey bir microUSB kablosu ve çantadan çıktığı gibi Nano modülüdür.

Arduino Nano, entegre USB'ye sahip, yüzeye monte, devre tahtası dostu, minyatür bir Arduino kartıdır. İnanılmaz derecede tam özellikli ve hacklenmesi kolaydır.

Özellikleri:

• Mikrodenetleyici: Atmel ATmega328P
• Voltaj: 5V
• Dijital I/O Pinleri: 14 (6 PWM)
• Analog Giriş Pinleri: 8
• I/O Pin Başına DC Akımı: 40 mA
• Flash Bellek: 32 KB (önyükleyici için 2KB)
• SRAM: 2KB
• EEPROM: 1 KB
• Saat Hızı: 16 MHz
• Boyutlar: 17mm x 43mm

Arduino Nano'nun bu özel çeşidi, siyah Robotdyn tasarımıdır. Arayüz, birçok cep telefonu ve tablette kullanılan aynı MicroUSB kablolarıyla uyumlu yerleşik bir MicroUSB bağlantı noktası ile sağlanır.

Arduino Nanos, yerleşik bir USB/Seri köprü çipine sahiptir. Bu özel modelde köprü çipi CH340G'dir. Çeşitli Arduino kartlarında kullanılan çeşitli USB/Seri köprü yongaları olduğunu unutmayın. Bu yongalar, bilgisayarınızın USB bağlantı noktasının Arduino'nun işlemci yongasındaki seri arabirim ile iletişim kurmasını sağlar.

Bir bilgisayarın işletim sistemi, USB/Seri çip ile iletişim kurmak için bir Aygıt Sürücüsü gerektirir. Sürücü, IDE'nin Arduino kartı ile iletişim kurmasını sağlar. Gereken belirli aygıt sürücüsü, hem işletim sistemi sürümüne hem de USB/Seri çipin türüne bağlıdır. CH340 USB/Seri yongaları için birçok işletim sistemi (UNIX, Mac OS X veya Windows) için sürücüler mevcuttur. CH340'ın üreticisi bu sürücüleri burada sağlıyor.

Arduino Nano'yu bilgisayarınızın USB portuna ilk taktığınızda yeşil güç ışığı yanmalı ve kısa bir süre sonra mavi LED yavaşça yanıp sönmeye başlamalıdır. Bunun nedeni, Nano'nun yepyeni Arduino Nano üzerinde çalışan BLINK programı ile önceden yüklenmiş olmasıdır.

Adım 4: Arduino Entegre Geliştirme Ortamı (IDE)

Henüz Arduino IDE kurmadıysanız, Arduino.cc'den indirebilirsiniz.

Arduino ekosisteminde çalışmak için ek tanıtım bilgileri istiyorsanız, HackerBoxes Başlangıç Atölyesi talimatlarına göz atmanızı öneririz.

Nano'yu MicroUSB kablosuna ve kablonun diğer ucunu bilgisayardaki bir USB bağlantı noktasına takın, Arduino IDE yazılımını başlatın, araçlar> bağlantı noktası altında IDE'de uygun USB bağlantı noktasını seçin (muhtemelen içinde "wchusb" olan bir ad)). Ayrıca araçlar>pano altında IDE'de "Arduino Nano" seçeneğini seçin.

Son olarak, bir parça örnek kod yükleyin:

Dosya->Örnekler->Temel Bilgiler->Yanıp Sönme

Bu aslında Nano'ya önceden yüklenmiş olan ve mavi LED'i yavaşça yanıp sönmek için şu anda çalışıyor olması gereken koddur. Buna göre bu örnek kodu yüklersek hiçbir şey değişmez. Bunun yerine, kodu biraz değiştirelim.

Yakından bakıldığında, programın LED'i açtığını, 1000 milisaniye (bir saniye) beklediğini, LED'i kapattığını, bir saniye daha beklediğini ve ardından hepsini tekrar yaptığını görebilirsiniz - sonsuza kadar.

"delay(1000)" ifadesinin her ikisini de "delay(100)" olarak değiştirerek kodu değiştirin. Bu değişiklik LED'in on kat daha hızlı yanıp sönmesine neden olur, değil mi?

Değiştirilen kodun hemen üstündeki YÜKLE düğmesine (ok simgesi) tıklayarak değiştirilen kodu Nano'ya yükleyelim. Durum bilgisi için aşağıdaki kodu izleyin: "derleme" ve ardından "yükleme". Sonunda, IDE "Yükleme Tamamlandı" ifadesini göstermeli ve LED'iniz daha hızlı yanıp sönmelidir.

Eğer öyleyse, tebrikler! İlk gömülü kod parçanızı az önce hacklediniz.

Hızlı yanıp sönen sürümünüz yüklenip çalıştığında, LED'in iki kez hızlı yanıp sönmesini sağlamak için kodu tekrar değiştirip tekrarlamadan önce birkaç saniye bekleyip değiştiremeyeceğinize neden bakmıyorsunuz? Bir şans ver! Başka desenlere ne dersiniz? İstenen bir sonucu görselleştirmeyi, kodlamayı ve planlandığı gibi çalıştığını gözlemlemeyi başardığınızda, yetkin bir donanım korsanı olma yolunda büyük bir adım atmış olursunuz.

Adım 5: Lehimsiz Breadboard'da Başlık Pimleri ve OLED

Geliştirme bilgisayarınız Arduino Nano'ya kod yüklemek için yapılandırıldığına ve Nano test edildiğine göre, USB kablosunu Nano'dan ayırın ve başlık pinlerini lehimlemeye hazır olun. Dövüş kulübündeki ilk gecense, lehimlemelisin! Lehimleme hakkında çevrimiçi olarak çok sayıda harika kılavuz ve video var (örneğin). Ek yardıma ihtiyacınız olduğunu düşünüyorsanız, bölgenizde yerel bir yapımcı grubu veya bilgisayar korsanı alanı bulmaya çalışın. Ayrıca amatör radyo kulüpleri her zaman elektronik deneyimi için mükemmel kaynaklardır.

İki tek sıra başlığı (her biri on beş pin) Arduino Nano modülüne lehimleyin. Altı pinli ICSP (devre içi seri programlama) konektörü bu projede kullanılmayacaktır, bu yüzden bu pinleri kapalı bırakın. Lehimleme tamamlandıktan sonra, lehim köprüleri ve/veya soğuk lehim bağlantıları olup olmadığını dikkatlice kontrol edin. Son olarak, Arduino Nano'yu tekrar USB kablosuna bağlayın ve her şeyin hala düzgün çalıştığını doğrulayın.

OLED'i Nano'ya bağlamak için, her ikisini de gösterildiği gibi lehimsiz bir devre tahtasına yerleştirin ve bu tabloya göre aralarında kablo çekin:

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

OLED ekranı sürmek için burada bulunan SSD1306 OLED ekran sürücüsünü Arduino IDE'ye yükleyin.

OLED ekranını ssd1306/kar taneleri örneğini yükleyerek ve Nano'ya programlayarak test edin.

SDD1306 kitaplığından diğer örnekler, OLED ekranının kullanımını keşfetmek için yararlıdır.

Adım 6: MQ-3 Alkol Sensörü ve Alkol Ölçüm Cihazı Demosu

MQ-3 Alkol Gazı Sensörü (veri sayfası), 0,05 mg/L ila 10 mg/L arasındaki konsantrasyonlarda alkol gazlarının varlığını tespit edebilen düşük maliyetli bir yarı iletken sensördür. MQ-3'te kullanılan algılama malzemesi, artan alkol gazı konsantrasyonlarına maruz kaldığında artan iletkenlik sergileyen SnO2'dir. MQ-3, dumana, buhara veya benzine karşı çok az çapraz hassasiyetle alkole karşı oldukça hassastır.

Bu MQ-3 modülü, alkol konsantrasyonuna göre ham analog çıkış sağlar. Modül ayrıca bir dijital çıkışı eşiklemek için bir LM393 (veri sayfası) karşılaştırıcısına sahiptir.

MQ-3 modülü, bu tabloya göre Nano'ya bağlanabilir:

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

Videodan demo kodu.

UYARI: Bu proje yalnızca bir eğitim gösterimidir. Tıbbi bir alet değildir. Kalibre edilmemiş. Herhangi bir şekilde, yasal veya güvenlik sınırlarının değerlendirilmesi için kandaki alkol seviyelerinin belirlenmesi amaçlanmamıştır. aptal olma. İçmeyin ve sürmeyin. Canlı gel!

Adım 7: Ketonları Tespit Etme

Ketonlar, bir karbonil grubu (bir karbon-oksijen çift bağı) içeren basit bileşiklerdir. Birçok keton hem endüstride hem de biyolojide önemlidir. Ortak çözücü aseton en küçük ketondur.

Bugün birçok kişi ketojenik diyete aşinadır. Yüksek yağ, yeterli protein ve az karbonhidrat tüketmeye dayalı bir diyettir. Bu, vücudu karbonhidrat yerine yağ yakmaya zorlar. Normalde, yiyeceklerde bulunan karbonhidratlar, daha sonra vücutta taşınan ve beyin işlevini beslemede özellikle önemli olan glikoza dönüştürülür. Ancak diyette az miktarda karbonhidrat varsa, karaciğer yağları yağ asitlerine ve keton cisimlerine dönüştürür. Keton cisimleri beyne geçer ve bir enerji kaynağı olarak glikozun yerini alır. Kandaki yüksek seviyedeki keton cisimleri, ketoz olarak bilinen bir duruma neden olur.

Örnek keton algılama projesi

Başka bir örnek keton algılama projesi

MQ-3 ile TGS822 gaz sensörlerinin karşılaştırılması

Adım 8: Hava Kalitesi Algılama

Hava kirliliği, gazlar, partiküller ve biyolojik moleküller dahil olmak üzere zararlı veya aşırı miktarda madde atmosfere verildiğinde meydana gelir. Kirlilik hastalıklara, alerjilere ve hatta insanlarda ölüme neden olabilir. Ayrıca hayvanlar, gıda ürünleri ve genel olarak çevre gibi diğer canlı organizmalara da zarar verebilir. Hem insan faaliyetleri hem de doğal süreçler hava kirliliğine neden olabilir. İç mekan hava kirliliği ve düşük kentsel hava kalitesi, dünyanın en kötü toksik kirlilik sorunlarından ikisi olarak listeleniyor.

İki farklı hava kalitesi (veya hava tehlikesi) sensörünün çalışmasını karşılaştırabiliriz. Bunlar MQ-135 (veri sayfası) ve MP503'tür (veri sayfası).

MQ-135 metan, nitrojen oksitler, alkoller, benzen, duman, CO2 ve diğer moleküllere karşı hassastır. Arayüzü MQ-3 arayüzü ile aynıdır.

MP503 formaldehit gazı, benzen, karbon monoksit, hidrojen, alkol, amonyak, sigara dumanı, birçok koku ve diğer moleküllere karşı hassastır. Arayüzü oldukça basittir, dört seviye kirletici konsantrasyonu belirlemek için iki dijital çıkış sağlar. MP503'teki varsayılan konektör, lehimsiz devre tahtaları, DuPont atlama kabloları veya benzer ortak konektörlerle kullanım için çıkarılabilen ve standart bir 4 pimli başlık (torbada sağlanır) ile değiştirilebilen plastik örtülü bir erkek başlığa sahiptir.

Adım 9: Su Kalitesi Algılama

TDS-3 Su Kalitesi Test Cihazı

Toplam Çözünmüş Katılar (TDS), belirli bir su hacminde çözünmüş mineraller, tuzlar veya metaller dahil olmak üzere mobil yüklü iyonların toplam miktarıdır. İletkenliğe dayanan TDS, milyonda parça (ppm) veya litre başına miligram (mg/L) olarak ifade edilir. Çözünmüş katılar, saf su molekülleri (H2O) ve askıda katı maddeler dışında mevcut olan herhangi bir iletken inorganik elementi içerir. İnsan tüketimi için TDS'nin EPA Maksimum Kirletici Seviyesi 500 ppm'dir.

TDS Ölçümlerinin Alınması

1. Koruyucu kapağı çıkarın.
2. TDS sayacını açın. AÇMA/KAPAMA anahtarı panelde bulunur.
3. Metreyi maksimum seviyeye kadar suya/çözeltiye daldırın. daldırma seviyesi (2”).
4. Hava kabarcıklarını çıkarmak için sayacı hafifçe karıştırın.
5. Ekran stabilize olana kadar bekleyin. Okuma sabitlendiğinde (yaklaşık 10 saniye), sudan okumayı görmek için HOLD düğmesine basın.
6. Sayaç yanıp sönen bir 'x10' sembolü gösteriyorsa, okumayı 10 ile çarpın.
7. Kullanımdan sonra, sayacınızdaki fazla suyu silkeleyin. Kapağı değiştirin.

Kaynak: Tam Talimat Sayfası

Deney: TDS-3 ile kalibre edilebilen ve TDS-3'e karşı test edilebilen kendi basit TDS sayacınızı (burada videolu proje) oluşturun.

Adım 10: Termal Algılama

GY-906 Temassız Sıcaklık Sensör Modülü

GY-906 termal algılama modülü, bir MLX90614 (detaylar) ile donatılmıştır. Bu, kullanımı kolay, ancak çok güçlü tek bölgeli kızılötesi termometredir ve -70 ile 380°C arasındaki nesne sıcaklıklarını algılayabilir. İletişim kurmak için bir I2C arayüzü kullanır, bu da mikrodenetleyicinizden onunla arayüz oluşturmak için yalnızca iki kablo ayırmanız gerektiği anlamına gelir.

Demo termo-algılama projesi.

Başka bir termo-algılama projesi.

DS18B20 Su Geçirmez Sıcaklık Sensörü

DS18B20 tek telli sıcaklık sensörü (detaylar) -55℃ ile 125℃ arasındaki sıcaklığı ±5 hassasiyetle ölçebilir.

Adım 11: GEZEGENİ HACKLE

Bu Eğitilebilir Yazıyı beğendiyseniz ve her ay posta kutunuza bir dizi hacklenebilir elektronik ve bilgisayar teknolojisi projesinin düşmesini istiyorsanız, lütfen HackerBoxes.com'da gezinerek ve aylık sürpriz kutumuzu almak için abone olarak devrime katılın.

Aşağıdaki yorumlarda veya HackerBoxes Facebook Sayfasında başarınızı paylaşın ve paylaşın. Herhangi bir sorunuz varsa veya herhangi bir konuda yardıma ihtiyacınız olursa kesinlikle bize bildirin. HackerBoxes'ın bir parçası olduğunuz için teşekkür ederiz!