Festes segures aquest estiu amb una tassa LED reactiva amb alcohol Arduino en sang: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Nivell de dificultat del projecte: mitjà

Habilitats necessàries:

- Lectura i reproducció d'un esquema

- Soldadura si opteu per no comprar peces prèviament soldades

Introducció del projecte

Als Estats Units i a tot el món, l’alcohol ha suposat greus amenaces per a la salut quan es consumeix d’una manera irresponsable. Les defuncions causades per la conducció sota la influència i els danys hepàtics, així com efectes a llarg termini com el possible dany cerebral i renal, poden resultar del consum irresponsable d’alcohol. Només als Estats Units, es van perdre 250.000 milions de dòlars a causa de l’ús indegut d’alcohol (NIAAA, 2010), així com a més de 88.000 persones, cosa que va convertir l’alcohol en la tercera causa de mort prevenible al país. La qüestió d’aquest projecte és com a creadors, com podem solucionar aquest problema i assegurar-nos que les divertides celebracions amb alcohol com les festes puguin romandre segures i divertides?

La meva resposta a aquesta pregunta va ser trobar una manera d'estimar i visualitzar el BAC predit de l'usuari per permetre'ls entendre millor en quin estat es trobaven. Per a aquest projecte, he utilitzat el microcontrolador Arduino amb un sensor de nivell d’aigua, un anell LED i una pantalla LCD per rastrejar quantes begudes ha consumit una persona i després trobar una manera d’estimar el contingut d’alcohol en sang (BAC) de l’usuari segons el sexe i el pes. El BAC estimat, en funció del rang en què es trobi, determina l'animació de l'anell LED que apareix a continuació. Els rangs es troben entre quatre àrees diferents: segura, deteriorada, intoxicada i mortal. La meva esperança és que, creant aquest projecte, no només hagueu creat un projecte Arduino utilitzable, sinó que també tingueu una millor comprensió de com metabolitzem l'alcohol i, possiblement, fins i tot alguna programació bàsica si opteu per revisar el codi comentat.

Com sap la tassa quantes begudes he pres?

Si el valor analògic del sensor de nivell d’aigua supera els 300, es registrarà un valor booleà que representa la tassa com a ALT (ple). Si el valor analògic del sensor és inferior a 300, el valor booleà que representa la copa es registrarà com BAIX (buit). Per enregistrar que s’afegeix una beguda a la tassa, aquest valor booleà ha de canviar de buit a ple.

Com heu determinat el BAC?

Per tal de fer aquest projecte el més precís possible, vaig utilitzar dades de la Universitat de Sant Benet i Sant Joan sobre quant augmentava el BAC d’un individu per beguda consumida. Aquest programa no només té en compte el pes, sinó també el sexe de l'usuari en el càlcul del BAC de l'usuari. Això es deu al fet que el BAC es basa en la rapidesa amb què un cos és capaç de metabolitzar l’alcohol, que és diferent entre homes i dones i persones de diferents pesos. Els gràfics es poden veure aquí.

Per què els rangs BAC són diferents per a diferents persones?

Els rangs BAC es basen directament en les dades obtingudes de la Universitat SBSJ, que considera la quantitat d'alcohol que ha de tenir un usuari al seu sistema perquè pugui estar en un dels quatre rangs següents:

- Segur: l'únic abast segur per fer funcionar un vehicle (representat per animació arc de Sant Martí)

- Deteriorat: es poden produir càrrecs penals si conduïu un vehicle en aquest rang (representat per animació taronja)

- Intoxicats: es produiran càrrecs penals si conduïu un vehicle en aquest rang (representat per llums vermells)

- Mortal: si encara no us heu desaparegut, esteu en perill mèdic immediat (representat per llums vermelles i blanques intermitents)

Però puc prendre bé l’alcohol, per tant, aquesta tassa és inexacta?

El grau de capacitat d’actuar després de consumir alcohol no importarà molt si superes el límit legal mentre condueixes. Les dades utilitzades en aquest projecte tenen en compte quins són els rangs legals i mèdics del BAC d’un usuari, tot considerant el pes i el gènere de l’usuari.

Subministraments

Els subministraments electrònics generals per a aquest projecte inclouen:

- Dos polsadors

- Cavalls de pont

- Potenciòmetre de 10 k

- 2 resistències de 10k

- 1 220 resistències

Peces / mòduls especials:

- Un Arduino (he utilitzat un Uno per a aquest projecte, però existeixen moltes alternatives més econòmiques)

- Un sensor de nivell d'aigua (NOTA: Aquests sensors sovint són inexactes i es corroeixen ràpidament, cosa que va ser una frustració important en desenvolupar aquest projecte. No obstant això, vaig poder trobar una solució perquè les meves dificultats amb aquest projecte no es traduïssin en les vostres dificultats amb aquest projecte.)

Un anell LED (12 LED)

- Una pantalla LCD

Eines:

Soldador (només es necessita si es compra un anell LED sense capçaleres)

- Impressora 3D (opcional)

Pas 1: descarregueu Arduino IDE i copieu el codi obligatori

No cal programar cap ordinador per a aquest projecte, tot el que heu de fer és copiar el codi d’aquí i enganxar-lo a l’IDE Arduino. Per descarregar l'IDE Arduino:

Baixant i configurant Arduino IDE:

- Visiteu el lloc web Arduino i trieu la descàrrega del vostre sistema

- Un cop finalitzada la descàrrega, obteniu el número de port COM de l'Arduino. Connecteu l’Arduino i aneu al Gestor de dispositius. A sota de ports, cerqueu el vostre Arduino i anoteu el número de port. Hauria de ser semblant a això: COMx (on x és un número 1-9)

- Utilitzant el número de port COM, configureu l'IDE per a la vostra placa i port obrint l'IDE Arduino i seleccionant "Eines" a la barra superior. Seleccioneu "Tauler" i trieu el vostre model. A continuació, trieu "Port" i seleccioneu el port que heu vist per al vostre Arduino al Gestor de dispositius.

Obtenció del codi del projecte

- Copieu el codi d’aquest pas i enganxeu-lo a la secció blanca de l’IDE Arduino. Assegureu-vos d’eliminar primer tot l’esbós, com ara les rutines loop () i void (), ja que s’implementen al codi que esteu copiant i enganxant.

Pas 2: descarregueu les biblioteques necessàries des de Arduino IDE

Les biblioteques utilitzades en aquest projecte inclouen "Wire", "LiquidCrystal" i "Adafruit Neopixel". L'esbós necessita aquestes biblioteques per comunicar-se amb els components utilitzats en aquest projecte. Per descarregar aquestes biblioteques:

- Seleccioneu "Esbós" a la barra superior

- Seleccioneu "Inclou biblioteca" al menú desplegable

- Seleccioneu "Gestiona les biblioteques"

- Cerqueu les tres biblioteques (filferro, cristalls líquids i Adafruit Neopixel) que s’utilitzen en aquest projecte i descarregueu-ne cadascuna.

Tingueu en compte que si no descarregueu aquestes biblioteques, es produirà un error mentre es compila l'esbós. Després d’aquest pas, connecteu el cable de l’Arduino al portàtil i premeu el botó de fletxa que hi ha a l’angle superior esquerre de l’IDE. Això compilarà i carregarà l'esbós a l'Arduino. Ara que hem acabat amb tots els passos relacionats amb la programació, passem al cablejat.

Pas 3: (Opcional) Soldar capçaleres a les peces

Si heu optat per comprar peces per a aquest projecte que encara no tenien soldats pins d'encapçalament, haureu de fer-ho vosaltres mateixos. No us preocupeu massa per aquesta part, la soldadura d’aquest projecte és molt senzilla.

- Creeu un ambient ventilat per soldar, preferiblement amb un ventilador que contingui un filtre. Si no teniu aquest ventilador, podeu fer el que faig, obrir les finestres i encendre el ventilador o anar al garatge mentre estigui obert.

- Escalfeu el soldador i assegureu-vos que també teniu una esponja mullada per netejar l'excés de soldadura.

- Configureu les capçaleres i la part que vulgueu fixar a les capçaleres mitjançant una mà auxiliar o una altra eina que us permeti disposar les peces alhora que us permetrà subjectar el soldador.

- Toqueu la soldadura al soldador mentre esteu a la connexió entre el passador de capçalera i la part a la qual esteu soldant els passadors. Traieu la planxa quan s’hagi format prou soldadura per assegurar el contacte elèctric entre els passadors de la capçalera i la peça. Netejar l'excés de soldadura a l'esponja i repetir aquest procés per a tots els passadors.

- Després de soldar tots els passadors, col·loqueu el soldador al suport, gireu el comandament a "apagat" i desconnecteu el ferro. Espereu fins que la planxa s’hagi refredat completament per guardar-la.

Pas 4: seguiu Picture and Wire Arduino als components

En aquest pas, haureu d'utilitzar cables de pont per connectar les peces necessàries per al projecte a l'Arduino. He proporcionat un fitxer Fritzing per fer-ho, que es pot veure en aquest pas. Vegeu a continuació una llista de les preguntes més freqüents que em faig si em trobo amb un problema amb el cablejat:

- Els meus rails de terra i elèctrics estan connectats correctament entre si i els pins de 5v i GND de l’Arduino?

- Em vaig embolicar amb el meu potenciòmetre si la pantalla LCD no es mostra? (Proveu de girar el potenciòmetre per canviar la resistència si els caràcters blancs no apareixen correctament)

- El GND i el VCC estan connectats correctament a cada part al pin correcte? S'està utilitzant el paràmetre de 5 volts? (Tots els sensors i components d’aquest projecte utilitzaran 5 volts, no 3,3 volts.

- Es va col·locar accidentalment un cable una connexió lluny del lloc on se suposava?

NOTA: Quan treballeu amb aparells electrònics, assegureu-vos sempre que el circuit no s’alimenta mentre es canvia. En cas contrari, es poden danyar les peces i, si es treballa amb tensions superiors, es poden produir danys corporals

Pas 5: Muntatge del projecte "Coaster"

És possible que observeu que les capçaleres de l'anell LED sobresurten i no us permeten col·locar la tassa plana contra una superfície. Per solucionar aquest problema, fixarem l'anell LED a una part impresa en 3D que permetrà col·locar l'anell de forma plana sobre una taula. El fitxer 3D es pot trobar en aquest pas. Si no teniu una impressora 3D, no us preocupeu, aquesta impressió costarà 1,40 a la meva biblioteca local. Si la vostra biblioteca local no té una impressora 3D, altres opcions inclouen Staples i venedors en línia. També cal tenir en compte que la part que he adjuntat no és l’única compatible, és només la manera de fer un model per a mi. Així que si sou bons amb la fusta o altres manualitats, serien més que acceptables.

Si decidiu imprimir la peça per a aquest projecte:

- Descarregueu el fitxer STL per importar-lo a un tallador com Cura

- Mesureu el diàmetre del fons d’una tassa que trieu

- Ajusteu l’escala del model (en mil·límetres si utilitzeu Cura) a la vostra mida

Pas 6: connecteu el substrat i el sensor a la tassa que trieu

A continuació, agafeu la posavasa i utilitzeu adhesiu per fixar-la al fons de la tassa que heu mesurat. Ara, els cables del pont podran accedir al sensor de nivell d’aigua i a l’anell LED, i també estar a la taula. Ara cal connectar el sensor. És molt acurat tenir en compte la ubicació del sensor, ja que aquests sensors, tot i que es comercialitzen com a analògics, realment només emeten dos senyals: aigua o no aigua. Això em va causar molts problemes, però vaig poder trobar una manera de solucionar-ho perquè altres no experimentessin les mateixes frustracions amb aquest projecte. La clau és col·locar el sensor a prop de la part superior del lloc on hi haurà el líquid quan la tassa estigui plena. Això assegurarà que el sensor sigui capaç de registrar un estat "buit" i, per tant, pugui comptar la propera beguda abocada.

Pas 7: embelleix el projecte i protegeix els cables

Arribats a aquest punt, probablement us quedarà un grup de cables i parts que sembla la foto adjunta. El que feu per fer que el projecte sembli millor depèn completament de vosaltres, sempre que tingueu en compte aquests criteris:

- Heu de poder connectar un carregador a l'Arduino

- Heu de tallar forats o espais de disseny perquè l’usuari pugui accedir a la pantalla LCD, als botons, al sensor de nivell d’aigua i a l’anell LED.

- Heu de protegir els components electrònics perquè no es mullin, ja que és una possibilitat ja que el projecte se centra en les begudes.

Algunes opcions per incloure el projecte són:

- Una caixa de sabates o cartró

- Un recinte de projecte d'electrònica impermeable com el que es troba aquí

- Un disseny imprès en 3D (Aquesta és l'opció que volia seguir, però, era massa car imprimir un disseny com aquest a la meva biblioteca)

Pas 8: beveu de manera responsable

Després d’adjuntar la tassa a la posavasa i al sensor d’aigua, ja està bo. Sabreu que tot funciona correctament quan la pantalla LCD us demani el vostre gènere i pes. Un botó correspon al pes, mentre que l’altre correspon al sexe. Podeu fer clic a cadascun per veure quin és abans d’etiquetar-lo. Després de seleccionar el pes correcte (els valors es troben en passos de 20) i el sexe, feu clic als dos botons simultàniament. Això iniciarà la resta del programa i veureu que l'anell LED parpelleja amb un patró arc de Sant Martí. La tassa ja està a punt perquè pugueu beure una copa. A mesura que consumiu i aboqueu més begudes, el programa utilitzarà la taula BAC que es parla a la introducció per determinar un BAC. Tingueu en compte que aquest programa suposa una beguda estàndard per a cada tassa, consulteu la imatge (University of South Alabama) o visiteu aquí per veure com es tradueix la vostra beguda preferida. Tingueu en compte també que l'objectiu d'aquest projecte no és fomentar cap activitat il·legal, sinó promoure una beguda segura per a aquells que tinguin l'edat suficient per consumir alcohol. A més, tot i que estic molt content de la precisió de l’estimació del BAC en assumir una beguda estàndard, aquest projecte és una eina per ajudar-vos a beure amb seguretat, però no es fa responsable si decidiu conduir després del consum d’alcohol.

Pas 9: resolució de problemes (opcional)

- Error "Problema de càrrega a la placa": quan intenteu compilar i penjar l'esbós a l'Arduino, es produirà aquest error si el vostre port COM no està configurat correctament (vegeu el primer pas sobre com trobar i configurar el port COM correcte) o la placa no està endollada.

- La pantalla LCD no mostra caràcters blancs: si la llum blava de la vostra pantalla LCD està activada però no veieu cap caràcter blanc després de penjar l'esbós, és probable que sigui per problemes de contrast. Per solucionar-ho, només cal que gireu el potenciòmetre cap a la dreta (gireu cap a l’esquerra si veieu blocs blancs amb els vostres personatges).

- El projecte no compta correctament les begudes: aquest error és un problema del sensor de nivell d’aigua. Els mòduls de sensor de nivell d’aigua corroeixen ràpidament i són coneguts per ser molt poc exactes. Tot i això, això no us hauria de preocupar per aquest projecte, ja que vaig tractar el sensor com un sensor digital en lloc d’un analògic. Vegeu el pas sis sobre com connectar correctament el sensor de nivell d’aigua.

- Un mòdul està extremadament calent i no envia els valors correctes: això és el resultat de trencar una connexió GND o VCC, probablement mentre es treballa amb altres cables. Assegureu-vos que les connexions GND i VCC al sensor estiguin completes i seguiu-les fins als pins GND i 5v des del component, fins a la placa de control, fins a l’Arduino per buscar errors.

- He accidentalment sobrepassat el meu pes: no us preocupeu, la configuració del pes torna a 100 després de 240, de manera que podeu continuar girant a través de les opcions per tornar al vostre pes.

Si els problemes persisteixen, connecteu el cable de l'Arduino al portàtil, obriu l'IDE i executeu l'esbós. Mentre l’esbós s’executa, es mostraran diversos valors al monitor sèrie, cosa que us permetrà veure allò que no funciona com se suposa. Per accedir al monitor de sèrie, executeu el programa i "Eines" i, a continuació, "Monitor de sèrie" al menú desplegable.

Pas 10: Reflexió

Pel que fa a la programació, estic molt content de la manera com va resultar aquest projecte. Vaig trigar una estona a escriure, ja que encara sóc principiant, però vaig poder aprendre moltes biblioteques noves i assolir l’objectiu de predir el BAC, i crec que no vaig tenir cap drecera a l’hora d’estimar el BAC ja que feia servir tant el sexe com el sexe. pes (això va constituir la majoria de l'esbós). Tot i això, he d’aprovar el disseny. Tot i que no tinc cap impressora 3D ni conec la fusta, volia que el meu projecte es presentés de manera millor. Tinc la intenció d'aconseguir un Ender 3 aviat, i el primer que faré és tornar a aquest mateix instructiu per millorar el disseny. Com el meu primer instructiu de la història, sento que el procés ha anat bé i estic molt content de fins a quin punt aquest projecte va respondre a la sol·licitud que vaig crear per al Desafiament del Partit, però dissenyo alguna cosa on voldria tornar més tard quan tingués els recursos.