Večierok v bezpečí tohto leta s pohárikom LED reagujúcim na krv a alkohol Arduino: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Náročnosť na úrovni projektu: stredne pokročilý

Potrebné zručnosti:

- Čítanie a replikácia diagramu

- Spájkovanie, ak sa rozhodnete nekúpiť vopred spájkované diely

Úvod projektu

V USA a na celom svete predstavuje alkohol pri nezodpovednom spôsobe vážneho ohrozenia zdravia. Smrť v dôsledku jazdy pod vplyvom alkoholu a poškodenia pečene, ako aj dlhodobé následky, ako je možné poškodenie mozgu a obličiek, môžu byť dôsledkom nezodpovednej konzumácie alkoholu. Len v USA prišlo o 250 miliárd dolárov v dôsledku zneužívania alkoholu (NIAAA, 2010), ako aj o viac ako 88 000 ľudí, čím sa alkohol stal treťou vedúcou príčinou úmrtí, ktorým sa dá v krajine predchádzať. Otázkou pre tento projekt je ako tvorcov, ako môžeme tento problém vyriešiť a zaistiť, aby zábavné oslavy s alkoholom ako večierky zostali bezpečné a zábavné?

Mojou odpoveďou na túto otázku bolo nájsť spôsob, ako odhadnúť a potom vizualizovať predpovedaný BAC používateľa, aby mu umožnil lepšie porozumieť tomu, v akom stave sa nachádza. Pri tomto projekte som použil mikrokontrolér Arduino so snímačom hladiny vody, LED krúžkom a LCD obrazovkou na sledovanie toho, koľko nápojov osoba spotrebovala, a potom na nájdenie spôsobu, ako odhadnúť obsah alkoholu v krvi (BAC) v používateľ na základe pohlavia a hmotnosti. Odhadovaný BAC v závislosti od toho, v akom rozsahu sa nachádzal, určuje animáciu nižšie uvedeného prstenca LED. Rozsahy sa pohybujú medzi štyrmi odlišnými oblasťami: Bezpečnými, oslabenými, intoxikovanými a smrteľnými. Dúfam, že vytvorením tohto projektu nielenže vytvoríte použiteľný projekt Arduino, ale tiež lepšie porozumiete tomu, ako metabolizujeme alkohol, a možno dokonca aj základného programovania, ak sa rozhodnete pozrieť sa na komentovaný kód.

Ako pohár zistí, koľko nápojov som vypil?

Ak analógová hodnota snímača hladiny vody prekročí 300, boolovská hodnota predstavujúca pohár sa zaznamená ako VYSOKÁ (plná). Ak je analógová hodnota snímača nižšia ako 300, booleovská hodnota predstavujúca pohár sa zaznamená ako NÍZKA (prázdna). Ak chcete zaznamenať pridanie nápoja do šálky, táto booleovská hodnota sa musí zmeniť z prázdneho na plný.

Ako ste určili BAC?

Aby bol tento projekt čo najpresnejší, použil som údaje zo Saint Benedict & Saint John's University o tom, ako sa BAC jednotlivca zvýšil na jeden skonzumovaný nápoj. Tento program pri výpočte BAC používateľa prihliada nielen na hmotnosť, ale aj na pohlavie používateľa. Dôvodom je, že BAC je založený na tom, ako rýchlo je telo schopné metabolizovať alkohol, čo je rozdiel medzi mužmi a ženami a ľuďmi s rôznymi hmotnosťami. Tabuľky si môžete pozrieť tu.

Prečo sa rozsahy BAC líšia u rôznych ľudí?

Rozsahy BAC sú založené priamo na údajoch získaných z Univerzity SBSJ, ktorá zvažuje, koľko alkoholu musí používateľ vo svojom systéme mať, aby bol v jednom zo štyroch rozsahov:

- Bezpečný: Jediný bezpečný rozsah na ovládanie vozidla (reprezentovaný dúhovou animáciou)

- Znehodnotené: Ak budete prevádzkovať vozidlo v tomto rozsahu (predstavované oranžovou animáciou), môže dôjsť k obvineniu z trestného činu

- Intoxikovaní: Ak budete prevádzkovať vozidlo v tomto rozsahu (predstavované červenými svetlami), budú obvinené z trestného činu

- Smrteľné: Ak ste ešte nezomreli, ste v bezprostrednom ohrození zdravia v tomto rozsahu (reprezentované blikajúcimi červenými a bielymi svetlami)

Ale môžem dobre piť alkohol, je teda tento pohár nepresný?

To, ako dobre sa dokážete správať po požití alkoholu, nebude mať veľký význam, ak počas jazdy prekročíte zákonný limit. Údaje použité v tomto projekte zvažujú, aké sú právne a medicínske rozsahy BAC užívateľa, pričom sa prihliada aj na váhu a pohlavie užívateľa.

Zásoby

Všeobecné dodávky elektroniky pre tento projekt zahŕňajú:

- Dve tlačidlá

- prepojovacie vodiče

- 10k potenciometer

- 2 10k odpory

- 1 220 odpor

Špeciálne diely/moduly:

- Arduino (Na tento projekt som použil Uno, ale existuje veľa lacnejších alternatív)

- Senzor hladiny vody (UPOZORNENIE: Tieto senzory sú často nepresné a rýchlo korodujú, čo bolo hlavnou frustráciou pri vývoji tohto projektu. Dokázal som však nájsť riešenie, aby sa moje problémy s týmto projektom nepremietli do vašich ťažkostí. s týmto projektom.)

- LED dióda (12 LED)

- LCD obrazovka

Náradie:

- Spájkovačka (Potrebné iba pri kúpe LED krúžku bez hlavičiek)

- 3D tlačiareň (voliteľné)

Krok 1: Stiahnite si Arduino IDE a skopírujte požadovaný kód

Pre tento projekt nie je potrebné žiadne počítačové programovanie, stačí, ak odtiaľto skopírujete kód a vložíte ho do Arduino IDE. Ak chcete stiahnuť IDE Arduino:

Sťahovanie a konfigurácia Arduino IDE:

- Navštívte webovú stránku Arduino a zvoľte sťahovanie pre svoj systém

- Po dokončení sťahovania získajte číslo portu COM pre Arduino. Pripojte Arduino a prejdite do správcu zariadení. V časti porty vyhľadajte svoje Arduino a poznačte si číslo portu. Malo by to vyzerať takto: COMx (kde x je číslo 1-9)

- Pomocou čísla portu COM nakonfigurujte IDE pre svoju dosku a port tak, že otvoríte IDE Arduino a v hornej lište vyberiete „Nástroje“. Vyberte „Doska“a vyberte si svoj model. Potom zvoľte „Port“a v Správcovi zariadení vyberte port, ktorý ste videli pre svoje Arduino.

Získanie kódu projektu

- Skopírujte kód z tohto kroku a prilepte ho do bielej časti IDE Arduino. Nezabudnite najskôr odstrániť všetko zo skice, napríklad rutiny loop () a void (), pretože sú implementované v kóde, ktorý kopírujete a vkladáte.

Krok 2: Stiahnite si požadované knižnice z Arduino IDE

Knižnice použité v tomto projekte zahŕňajú „Wire“, „LiquidCrystal“a „Adafruit Neopixel“. Náčrt potrebuje tieto knižnice na komunikáciu s komponentmi použitými v tomto projekte. Ak chcete stiahnuť tieto knižnice:

- V hornej lište vyberte „Skica“

- V rozbaľovacej ponuke vyberte položku „Zahrnúť knižnicu“

- Vyberte „Spravovať knižnice“

- Vyhľadajte tri knižnice (drôt, tekuté kryštály a Adafruit Neopixel) použité v tomto projekte a každú stiahnite.

Upozorňujeme, že ak si tieto knižnice nestiahnete, dôjde k chybe pri zostavovaní náčrtu. Po tomto kroku pripojte kábel z Arduina k prenosnému počítaču a stlačte tlačidlo šípky v ľavom hornom rohu IDE. Tým sa skica skompiluje a nahrá do Arduina. Teraz, keď sme urobili všetky kroky súvisiace s programovaním, prejdeme k zapojeniu!

Krok 3: (Voliteľné) Spájkovacie hlavičky na diely

Ak ste sa rozhodli pre kúpu dielov pre tento projekt, ktoré ešte nemali spájkované kolíky záhlavia, budete to musieť urobiť sami. O túto časť sa príliš nestarajte, spájkovanie pre tento projekt je veľmi jednoduché.

- Vytvorte vetrané prostredie na spájkovanie, najlepšie s ventilátorom obsahujúcim filter. Ak taký ventilátor nemáte, môžete urobiť to, čo ja, otvoriť okná a zapnúť ventilátor alebo ísť do garáže, pokiaľ je otvorená.

- Zahrejte spájkovačku a uistite sa, že máte aj mokrú špongiu, ktorou prebytočnú spájku zotriete.

- Nastavte hlavičky a časť, do ktorej chcete hlavičky pripevniť, pomocou pomocnej ruky alebo iného nástroja, ktorý vám umožní usporiadať diely a súčasne vám umožní držať spájkovačku.

- Dotknite sa spájky spájkovačky, zatiaľ čo ste na spojení medzi kolíkom záhlavia a časťou, ku ktorej spájkujete kolíky. Žehličku vyberte, keď sa vytvorí dostatok spájky, aby bol zaistený elektrický kontakt medzi kolíkmi zberača a súčiastkou. Utrite nadbytočnú spájku na špongii a tento postup zopakujte pre všetky kolíky.

- Po spájkovaní všetkých kolíkov umiestnite spájkovačku do stojana, otočte gombík do polohy „vypnuté“a odpojte žehličku. Počkajte, kým žehlička úplne nevychladne, aby ste ju mohli odložiť.

Krok 4: Postupujte podľa obrázka a vodiča Arduino ku komponentom

V tomto kroku budete potrebovať prepojovacie vodiče na pripojenie dielov potrebných pre projekt k Arduinu. Na tento účel som poskytol súbor Fritzing, ktorý je vidieť na tomto kroku. Nasleduje zoznam bežných otázok, ktoré si kladiem, ak narazím na problém s zapojením:

- Sú moje uzemňovacie a napájacie koľajnice správne navzájom prepojené a 5V a GND piny Arduina?

- Pokazil som sa s potenciometrom, ak sa nezobrazuje LCD displej? (Skúste zmeniť potenciometer, aby ste zmenili odpor, ak sa biele znaky nezobrazujú správne)

- Sú GND a VCC správne prepojené s každou časťou na správnom pine? Používa sa nastavenie 5 voltov? (Všetky senzory a komponenty v tomto projekte budú používať 5 voltov, nie 3,3 voltov.

- Bol drôt omylom umiestnený jedno spojenie mimo miesta, kde mal byť?

POZNÁMKA: Pri práci s elektronikou sa vždy uistite, že obvod nie je napájaný, kým sa mení. V opačnom prípade sa môžu diely poškodiť a pri práci s vyšším napätím môže dôjsť k ublíženiu na zdraví

Krok 5: Zostavte projekt „Coaster“

Môžete si všimnúť, že hlavičky prstenca LED vyčnievajú a neumožňujú vám skutočne položiť pohár rovno na povrch. Aby sme tento problém vyriešili, pripevníme prstenec LED k 3D tlačenej časti, ktorá umožní prsteň položiť naplocho na stôl. V tomto kroku nájdete súbor 3d. Ak nemáte 3D tlačiareň, nebojte sa, táto tlač v mojej miestnej knižnici stála 1,40. Ak vaša miestna knižnica nemá 3D tlačiareň, medzi ďalšie možnosti patria sponky a online predajcovia. Treba tiež poznamenať, že určitá časť, ktorú som pripojil, nie je jedinou kompatibilnou, je to len spôsob, ako mi urobiť model. Ak ste teda dobrí v práci s drevom alebo v iných remeslách, bolo by to viac než prijateľné!

Ak sa rozhodnete vytlačiť diel pre tento projekt:

- Stiahnite si súbor STL a importujte ho do krájača, ako je Cura

- Zmerajte priemer dna šálky podľa vlastného výberu

- Upravte mierku modelu (v milimetroch, ak používate Cura) podľa svojho merania

Krok 6: Pripojte horskú dráhu a senzor k šálke podľa vášho výberu

Potom vezmite podložku a pomocou lepidla ju pripevnite k spodnej časti šálky, ktorú ste zmerali. Teraz budú prepojovacie vodiče mať prístup k senzoru hladiny vody a prstencu LED a budú tiež ležať na stole. Teraz musíte pripojiť snímač. Je veľmi opatrné byť ohľaduplní k umiestneniu senzora, pretože tieto senzory, aj keď sa predávajú ako analógové, skutočne vysielajú iba dva signály- voda alebo žiadna voda. To mi spôsobilo veľmi veľa problémov, ale dokázal som nájsť spôsob, ako to vyriešiť tak, aby ostatní nezažili rovnaké frustrácie z tohto projektu. Kľúčom je umiestniť senzor blízko hornej časti miesta, kde bude kvapalina, keď je pohár plný. Zaistíte tak, že senzor je schopný zaregistrovať „prázdny“stav, a teda aj počítať ďalší naliaty nápoj.

Krok 7: Skrášlite projekt a chráňte drôty

V tomto mieste vám pravdepodobne zostane zhluk drôtov a častí, ktorý vyzerá ako priložená fotografia. Čo urobíte, aby projekt vyzeral lepšie, je úplne na vás, pokiaľ budete mať na pamäti tieto kritériá:

- Na napájanie Arduina musíte byť schopní pripojiť nabíjačku

- Musíte vyrezať otvory alebo dizajnové priestory, aby mal používateľ prístup k obrazovke LCD, tlačidlám, senzoru hladiny vody a krúžku LED.

- Elektronické súčiastky musíte chrániť pred zvlhnutím, pretože je to možné, pretože projekt sa zameriava na nápoje.

Niektoré možnosti na uzavretie projektu sú:

- Krabica na topánky alebo škatuľka

- Vodotesný kryt elektroniky, aký nájdete tu

- 3D tlačený dizajn (Toto je možnosť, ktorou som sa chcel zaoberať, ale vytlačiť takýto dizajn v mojej knižnici bolo príliš drahé)

Krok 8: Pite zodpovedne

Po pripojení šálky k tácke a senzoru vody môžete vyraziť! Budete vedieť, že všetko funguje správne, keď vás obrazovka LCD vyzve na zadanie pohlavia a hmotnosti. Jeden gombík zodpovedá hmotnosti, zatiaľ čo druhý zodpovedá sexu. Pred každým označením môžete na každé kliknúť, aby ste zistili, ktorý to je. Po výbere správnej hmotnosti (hodnoty sú v krokoch po 20) a pohlavia kliknite súčasne na obe tlačidlá. Tým sa spustí zvyšok programu a uvidíte, ako LED krúžok bliká dúhovým vzorom. Pohár je teraz pripravený na nalievanie nápoja. Keď budete konzumovať a nalievať ďalšie nápoje, program použije na určenie BAC tabuľku BAC, o ktorej sa hovorí v úvode. Tento program predpokladá jeden štandardný nápoj pre každú šálku. Pozrite si obrázok (University of South Alabama) alebo navštívte sem a zistite, ako sa prekladá váš obľúbený nápoj. Uvedomte si tiež, že cieľom tohto projektu nie je podporovať akékoľvek nezákonné činnosti, ale podporovať bezpečné pitie pre tých, ktorí sú dostatočne starí na konzumáciu alkoholu. Aj keď som veľmi spokojný s tým, ako presné odhady BAC predpokladajú štandardný nápoj, tento projekt je nástrojom, ktorý vám pomôže piť bezpečne, ale nenesie žiadnu zodpovednosť, ak sa po konzumácii akéhokoľvek alkoholu rozhodnete riadiť.

Krok 9: (Voliteľné) Riešenie problémov

- Chyba „Problém s nahrávaním na dosku“: Keď sa pokúšate skompilovať a nahrať skicu do Arduina, k tejto chybe dôjde, ak váš port COM nie je správne nakonfigurovaný (pozri prvý krok o tom, ako nájsť a nastaviť správny port COM) alebo doska nie je zapojená.

- LCD obrazovka nezobrazuje biele znaky: Ak je modré svetlo na vašom LCD displeji zapnuté, ale po nahraní náčrtu nevidíte žiadne biele znaky, je to pravdepodobne kvôli problémom s kontrastom. Ak to chcete napraviť, stačí otočiť potenciometer doprava (Otočte doľava, ak vidíte biele bloky so svojimi postavami).

- Projekt nepočíta nápoje správne: Táto chyba je problémom so snímačom hladiny vody. Moduly snímačov hladiny vody rýchlo korodujú a sú známe ako veľmi nepresné. To by vás však pre tento projekt nemalo zaujímať, pretože so senzorom som zaobchádzal ako s digitálnym senzorom, a nie s analógovým. Pozrite si šiesty krok, ako správne pripevniť snímač hladiny vody.

- Modul je extrémne horúci a neposiela správne hodnoty: Je to dôsledok prerušenia spojenia GND alebo VCC, pravdepodobne pri práci s inými vodičmi. Uistite sa, že pripojenia GND a VCC k senzoru sú úplné, a postupujte podľa nich k pinom GND a 5v od komponentu, k breadboardu, k Arduinu a vyhľadajte chyby.

- Náhodou som prekročil svoju váhu: Nebojte sa, nastavenie hmotnosti sa po 240 vráti na 100, takže sa budete môcť otáčať v možnostiach a vrátiť sa k svojej hmotnosti.

Ak problémy pretrvávajú, pripojte kábel z Arduina k prenosnému počítaču, otvorte IDE a spustite náčrt. Kým je skica spustená, na sériovom monitore sa zobrazí niekoľko hodnôt, čo vám umožní vidieť, čo nefunguje tak, ako by malo. Na prístup k sériovému monitoru spustíte program a z rozbaľovacej ponuky „Nástroje“a potom „Sériový monitor“.

Krok 10: Odraz

Po programovej stránke som veľmi spokojný s tým, ako tento projekt dopadol. Trvalo mi chvíľu, kým som písal, pretože som stále začiatočník, ale dokázal som sa naučiť veľa nových knižníc a dosiahnuť cieľ predpovedania BAC. Mám pocit, že pri odhade BAC som nebral žiadne skratky, pretože som používal sex aj hmotnosť (Toto tvorilo väčšinu náčrtu). Potrebujem však schváliť návrh. Aj keď nevlastním 3D tlačiareň ani nepoznám prácu s drevom, skutočne som chcel, aby bol môj projekt predstavený lepšie. Mám v úmysle čoskoro dostať Ender 3 a prvá vec, ktorú urobím, je vrátiť sa späť k rovnakému návodu na vylepšenie dizajnu. Ako vôbec môj prvý pokyn mám pocit, že proces prebehol dobre a som veľmi spokojný s tým, do akej miery tento projekt reagoval na výzvu, ktorú som vytvoril pre Party Challenge, ale navrhnem niečo, k čomu by som sa chcel neskôr vrátiť, keď budem mať zdroje.