HackerBox 0035: Elektrokimia: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Bulan ini, HackerBox Hacker mengeksplorasi berbagai sensor elektrokimia dan teknik pengujian untuk mengukur sifat fisik bahan. Instruksi ini berisi informasi untuk memulai dengan HackerBox #0035, yang dapat dibeli di sini selama persediaan masih ada. Juga, jika Anda ingin menerima HackerBox seperti ini langsung di kotak surat Anda setiap bulan, silakan berlangganan di HackerBoxes.com dan bergabunglah dengan revolusi!

Topik dan Tujuan Pembelajaran HackerBox 0035:

• Konfigurasikan Arduino Nano untuk digunakan dengan Arduino IDE
• Hubungkan dan beri kode modul OLED untuk menampilkan pengukuran
• Buat demo breathalyzer menggunakan sensor alkohol
• Bandingkan sensor gas untuk melakukan pengukuran kualitas udara
• Menentukan kualitas air dari total padatan terlarut (TDS)
• Uji penginderaan termal tanpa kontak dan air-submersible

HackerBoxes adalah layanan kotak berlangganan bulanan untuk elektronik DIY dan teknologi komputer. Kami adalah penghobi, pembuat, dan eksperimen. Kami adalah pemimpi mimpi. HACK PLANET!

Langkah 1: HackerBox 0035: Isi Kotak

• Arduino Nano 5V 16MHz MicroUSB
• OLED 0.96 128x64 piksel I2C Display
• Pengukur Kualitas Air TDS-3
• Modul Suhu Tanpa Kontak GY-906
• Sensor Polusi Kualitas Udara MP503
• DS18B20 Probe Suhu Tahan Air
• Modul Sensor Alkohol MQ-3
• Modul Sensor Gas Bahaya Udara MQ-135
• Modul Kelembaban dan Suhu DHT11
• Modul Laser KY-008
• Set LED, Resistor 1K, dan Tombol Taktil
• Papan tempat memotong roti "Crystal Clear" 400 Poin
• Set Kawat Jumper - 65 Buah
• Kabel MircoUSB
• Stiker HackerBox Eksklusif

Beberapa hal lain yang akan membantu:

• Besi solder, solder, dan alat solder dasar
• Komputer untuk menjalankan perangkat lunak

Yang terpenting, Anda akan membutuhkan rasa petualangan, semangat DIY, dan rasa ingin tahu peretas. Elektronik Hardcore DIY bukanlah pengejaran yang sepele, dan HackerBox tidak dipermudah. Tujuannya adalah kemajuan, bukan kesempurnaan. Ketika Anda bertahan dan menikmati petualangan, banyak kepuasan dapat diperoleh dari mempelajari teknologi baru dan semoga beberapa proyek berhasil. Kami menyarankan untuk mengambil setiap langkah secara perlahan, memperhatikan detailnya, dan jangan takut untuk meminta bantuan.

Ada banyak informasi untuk anggota saat ini, dan calon, di FAQ HackerBoxes.

Langkah 2: Elektrokimia

Elektrokimia (Wikipedia) adalah cabang kimia fisika yang mempelajari hubungan antara listrik, sebagai fenomena terukur dan kuantitatif, dan perubahan kimia tertentu atau sebaliknya. Reaksi kimia melibatkan muatan listrik yang bergerak antara elektroda dan elektrolit (atau ion dalam larutan). Jadi elektrokimia berkaitan dengan interaksi antara energi listrik dan perubahan kimia.

Perangkat elektrokimia yang paling umum adalah baterai sehari-hari. Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, smartphone, dan mobil listrik.

Sensor gas elektrokimia adalah detektor gas yang mengukur konsentrasi gas target dengan mengoksidasi atau mengurangi gas target pada elektroda dan mengukur arus yang dihasilkan.

Elektrolisis adalah teknik yang menggunakan arus listrik searah (DC) untuk menggerakkan reaksi kimia yang tidak spontan. Elektrolisis secara komersial penting sebagai tahap dalam pemisahan unsur-unsur dari sumber alami seperti bijih menggunakan sel elektrolitik.

Langkah 3: Platform Mikrokontroler Arduino Nano

Arduino Nano, atau papan mikrokontroler serupa, adalah pilihan tepat untuk berinteraksi dengan sensor elektrokimia dan menampilkan output ke komputer atau tampilan video. Modul Arduino Nano yang disertakan dilengkapi dengan pin header, tetapi tidak disolder ke modul. Tinggalkan pin untuk saat ini. Lakukan tes awal modul Arduino Nano ini SEBELUM menyolder pin header Arduino Nano. Yang diperlukan untuk beberapa langkah berikutnya hanyalah kabel microUSB dan modul Nano begitu dikeluarkan dari tas.

Arduino Nano adalah papan Arduino mini yang dipasang di permukaan, ramah papan tempat memotong roti, dengan USB terintegrasi. Ini luar biasa berfitur lengkap dan mudah diretas.

Fitur:

• Mikrokontroler: Atmel ATmega328P
• Tegangan: 5V
• Pin I/O Digital: 14 (6 PWM)
• Pin Input Analog: 8
• Arus DC per Pin I/O: 40 mA
• Memori Flash: 32 KB (2KB untuk bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Kecepatan Jam: 16 MHz
• Dimensi: 17mm x 43mm

Varian khusus dari Arduino Nano ini adalah desain Robotdyn hitam. Antarmuka menggunakan port MicroUSB on-board yang kompatibel dengan kabel MicroUSB yang sama yang digunakan dengan banyak ponsel dan tablet.

Arduino Nanos memiliki chip jembatan USB/Serial bawaan. Pada varian khusus ini, chip bridge adalah CH340G. Perhatikan bahwa ada berbagai jenis chip jembatan USB/Serial lain yang digunakan pada berbagai jenis papan Arduino. Chip ini memungkinkan port USB komputer Anda untuk berkomunikasi dengan antarmuka serial pada chip prosesor Arduino.

Sistem operasi komputer memerlukan Device Driver untuk berkomunikasi dengan chip USB/Serial. Pengemudi memungkinkan IDE untuk berkomunikasi dengan papan Arduino. Driver perangkat khusus yang diperlukan tergantung pada versi OS dan juga jenis chip USB/Serial. Untuk chip USB/Serial CH340, ada driver yang tersedia untuk banyak sistem operasi (UNIX, Mac OS X, atau Windows). Pembuat CH340 memasok driver tersebut di sini.

Saat Anda pertama kali mencolokkan Arduino Nano ke port USB komputer Anda, lampu daya hijau akan menyala dan segera setelah itu LED biru akan mulai berkedip perlahan. Ini terjadi karena Nano sudah dimuat sebelumnya dengan program BLINK, yang berjalan di Arduino Nano yang baru.

Langkah 4: Lingkungan Pengembangan Terpadu Arduino (IDE)

Jika Anda belum menginstal Arduino IDE, Anda dapat mengunduhnya dari Arduino.cc

Jika Anda menginginkan informasi pengantar tambahan untuk bekerja di ekosistem Arduino, kami sarankan untuk membaca instruksi untuk Lokakarya Pemula HackerBoxes.

Colokkan Nano ke kabel MicroUSB dan ujung kabel lainnya ke port USB di komputer, luncurkan perangkat lunak Arduino IDE, pilih port USB yang sesuai di IDE di bawah alat> port (kemungkinan nama dengan "wchusb" di dalamnya). Pilih juga "Arduino Nano" di IDE di bawah tools>board.

Terakhir, muat sepotong kode contoh:

File->Contoh->Dasar->Berkedip

Ini sebenarnya adalah kode yang dimuat sebelumnya ke Nano dan harus dijalankan sekarang untuk mengedipkan LED biru secara perlahan. Dengan demikian, jika kita memuat kode contoh ini, tidak ada yang akan berubah. Sebagai gantinya, mari kita ubah kodenya sedikit.

Melihat lebih dekat, Anda dapat melihat bahwa program menyalakan LED, menunggu 1000 milidetik (satu detik), mematikan LED, menunggu satu detik lagi, dan kemudian melakukan semuanya lagi - selamanya.

Ubah kode dengan mengubah kedua pernyataan "delay(1000)" menjadi "delay(100)". Modifikasi ini akan menyebabkan LED berkedip sepuluh kali lebih cepat, bukan?

Mari muat kode yang dimodifikasi ke dalam Nano dengan mengklik tombol UPLOAD (ikon panah) tepat di atas kode yang Anda modifikasi. Perhatikan di bawah kode untuk info status: "mengkompilasi" dan kemudian "mengunggah". Akhirnya, IDE akan menunjukkan "Uploading Complete" dan LED Anda akan berkedip lebih cepat.

Jika demikian, selamat! Anda baru saja meretas bagian pertama dari kode yang disematkan.

Setelah versi fast-blink Anda dimuat dan dijalankan, mengapa tidak melihat apakah Anda dapat mengubah kode lagi untuk menyebabkan LED berkedip cepat dua kali dan kemudian menunggu beberapa detik sebelum mengulanginya? Cobalah! Bagaimana dengan beberapa pola lainnya? Setelah Anda berhasil memvisualisasikan hasil yang diinginkan, mengkodekannya, dan mengamatinya agar berfungsi sesuai rencana, Anda telah mengambil langkah besar untuk menjadi peretas perangkat keras yang kompeten.

Langkah 5: Pin Header dan OLED pada Papan Tempat Memotong Solderless

Sekarang komputer pengembangan Anda telah dikonfigurasi untuk memuat kode ke Arduino Nano dan Nano telah diuji, lepaskan kabel USB dari Nano dan bersiaplah untuk menyolder pin header. Jika ini malam pertama Anda di klub pertarungan, Anda harus menyolder! Ada banyak panduan hebat dan video online tentang penyolderan (misalnya). Jika Anda merasa membutuhkan bantuan tambahan, coba cari grup pembuat lokal atau ruang peretas di wilayah Anda. Juga, klub radio amatir selalu merupakan sumber pengalaman elektronik yang sangat baik.

Solder dua header baris tunggal (masing-masing lima belas pin) ke modul Arduino Nano. Konektor ICSP (in-circuit serial programming) enam pin tidak akan digunakan dalam proyek ini, jadi biarkan saja pin tersebut. Setelah penyolderan selesai, periksa dengan cermat jembatan solder dan/atau sambungan solder dingin. Terakhir, sambungkan kembali Arduino Nano ke kabel USB dan pastikan semuanya masih berfungsi dengan baik.

Untuk menyambungkan OLED ke Nano, masukkan keduanya ke papan tempat memotong roti tanpa solder seperti yang ditunjukkan dan sambungkan di antara keduanya sesuai tabel ini:

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

Untuk menggerakkan layar OLED, instal driver layar OLED SSD1306 yang ada di sini ke Arduino IDE.

Uji tampilan OLED dengan memuat contoh ssd1306/snowflakes dan memprogramnya ke dalam Nano.

Contoh lain dari perpustakaan SDD1306 berguna untuk dijelajahi menggunakan layar OLED.

Langkah 6: Sensor Alkohol MQ-3 dan Demo Breathalyzer

Sensor Gas Alkohol MQ-3 (lembar data) adalah sensor semikonduktor berbiaya rendah yang dapat mendeteksi keberadaan gas alkohol pada konsentrasi dari 0,05 mg/L hingga 10 mg/L. Bahan penginderaan yang digunakan dalam MQ-3 adalah SnO2, yang menunjukkan peningkatan konduktivitas saat terkena peningkatan konsentrasi gas alkohol. MQ-3 sangat sensitif terhadap alkohol dengan sedikit sensitivitas silang terhadap asap, uap, atau bensin.

Modul MQ-3 ini memberikan output analog mentah relatif terhadap konsentrasi alkohol. Modul ini juga dilengkapi dengan komparator LM393 (lembar data) untuk membatasi keluaran digital.

Modul MQ-3 dapat disambungkan ke Nano menurut tabel ini:

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

Kode demo dari video.

PERINGATAN: Proyek ini hanyalah demonstrasi pendidikan. Ini bukan instrumen medis. Itu tidak dikalibrasi. Hal ini tidak dimaksudkan, dengan cara apapun, untuk menentukan kadar alkohol dalam darah untuk evaluasi batas hukum atau keamanan. Jangan bodoh. Jangan minum dan mengemudi. Tiba hidup-hidup!

Langkah 7: Mendeteksi Keton

Keton adalah senyawa sederhana yang mengandung gugus karbonil (ikatan rangkap karbon-oksigen). Banyak keton penting dalam industri dan biologi. Pelarut aseton yang umum adalah keton terkecil.

Saat ini, banyak yang akrab dengan diet ketogenik. Ini adalah diet berdasarkan konsumsi tinggi lemak, protein yang cukup, dan sedikit karbohidrat. Ini memaksa tubuh untuk 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. Namun, jika ada sedikit karbohidrat dalam makanan, hati mengubah lemak menjadi asam lemak dan badan keton. Badan keton masuk ke otak dan menggantikan glukosa sebagai sumber energi. Peningkatan kadar badan keton dalam darah menghasilkan keadaan yang dikenal sebagai ketosis.

Contoh proyek penginderaan keton

Contoh lain proyek penginderaan keton

Membandingkan sensor gas MQ-3 vs. TGS822

Langkah 8: Penginderaan Kualitas Udara

Polusi udara terjadi ketika zat berbahaya atau berlebihan termasuk gas, partikulat, dan molekul biologis dimasukkan ke atmosfer. Polusi dapat menyebabkan penyakit, alergi, bahkan kematian pada manusia. Ini juga dapat menyebabkan kerusakan pada organisme hidup lain seperti hewan, tanaman pangan, dan lingkungan pada umumnya. Baik aktivitas manusia maupun proses alam dapat menghasilkan polusi udara. Polusi udara dalam ruangan dan kualitas udara perkotaan yang buruk terdaftar sebagai dua dari masalah polusi beracun terburuk di dunia.

Kita dapat membandingkan pengoperasian dua sensor kualitas udara (atau bahaya udara) yang berbeda. Ini adalah MQ-135 (lembar data) dan MP503 (lembar data).

MQ-135 sensitif terhadap metana, nitrogen oksida, alkohol, benzena, asap, CO2, dan molekul lainnya. Antarmukanya identik dengan antarmuka MQ-3.

MP503 sensitif terhadap gas formaldehida, benzena, karbon monoksida, hidrogen, alkohol, amonia, asap rokok, banyak bau, dan molekul lainnya. Antarmukanya cukup sederhana, menyediakan dua keluaran digital untuk menunjukkan empat tingkat konsentrasi polutan. Konektor default pada MP503 memiliki header laki-laki terselubung plastik, yang dapat dilepas dan diganti dengan header 4-pin standar (disediakan dalam tas) untuk digunakan dengan papan tempat memotong roti tanpa solder, jumper DuPont, atau konektor umum serupa.

Langkah 9: Penginderaan Kualitas Air

Penguji Kualitas Air TDS-3

Total Dissolved Solids (TDS) adalah jumlah total ion bermuatan yang bergerak, termasuk mineral, garam, atau logam yang terlarut dalam volume air tertentu. TDS, yang didasarkan pada konduktivitas, dinyatakan dalam bagian per juta (ppm) atau miligram per liter (mg/L). Padatan terlarut mencakup setiap elemen anorganik konduktif yang ada selain molekul air murni (H2O) dan padatan tersuspensi. Tingkat Kontaminan Maksimum EPA dari TDS untuk konsumsi manusia adalah 500 ppm.

Mengambil Pengukuran TDS

1. Lepaskan tutup pelindung.
2. Nyalakan pengukur TDS. Tombol ON/OFF terletak di panel.
3. Benamkan meteran ke dalam air/larutan hingga maksimal. tingkat perendaman (2").
4. Aduk perlahan meteran untuk menghilangkan gelembung udara.
5. Tunggu hingga tampilan stabil. Setelah pembacaan stabil (sekitar 10 detik), tekan tombol TAHAN untuk melihat pembacaan di luar air.
6. Jika meteran menampilkan simbol 'x10' yang berkedip, kalikan pembacaan dengan 10.
7. Setelah digunakan, singkirkan kelebihan air dari meteran Anda. Ganti tutupnya.

Sumber: Lembar Instruksi Lengkap

Eksperimen: Buat pengukur TDS sederhana Anda sendiri (proyek dengan video di sini) yang dapat dikalibrasi dengan, dan diuji dengan TDS-3.

Langkah 10: Penginderaan Termal

Modul Sensor Suhu Tanpa Kontak GY-906

Modul sensor termal GY-906 dilengkapi dengan MLX90614 (detail). Ini adalah termometer inframerah zona tunggal yang mudah digunakan, tetapi sangat kuat, yang mampu mendeteksi suhu objek antara -70 dan 380 °C. Ini menggunakan antarmuka I2C untuk berkomunikasi, yang berarti Anda hanya perlu mencurahkan dua kabel dari mikrokontroler Anda untuk berinteraksi dengannya.

Demo proyek penginderaan panas.

Proyek penginderaan panas lainnya.

Sensor Suhu Bukti Air DS18B20

Sensor suhu satu kawat DS18B20 (detail) dapat mengukur suhu dari -55℃ Sampai 125℃ dengan akurasi ±5.

Langkah 11: HACK PLANET

Jika Anda menikmati Instruksi ini dan ingin memiliki kotak keren berisi proyek elektronik dan teknologi komputer yang dapat diretas di kotak surat Anda setiap bulan, silakan bergabung dengan revolusi dengan menjelajahi HackerBoxes.com dan berlangganan untuk menerima kotak kejutan bulanan kami.

Jangkau dan bagikan kesuksesan Anda di komentar di bawah atau di Halaman Facebook HackerBoxes. Tentu saja beri tahu kami jika Anda memiliki pertanyaan atau butuh bantuan dengan apa pun. Terima kasih telah menjadi bagian dari HackerBox!