Šventė saugi šią vasarą su „Arduino“kraujyje reaguojančiu šviesos diodų puodeliu: 10 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Projekto lygio sunkumas: tarpinis

Reikalingi įgūdžiai:

- Diagramos skaitymas ir atkartojimas

- Litavimas, jei nuspręsite nepirkti iš anksto lituotų dalių

Projekto įvadas

Jungtinėse Amerikos Valstijose ir visame pasaulyje neatsakingai vartojamas alkoholis kelia rimtą grėsmę sveikatai. Mirtys dėl vairavimo apsvaigus ir kepenų pažeidimo, taip pat ilgalaikis poveikis, pvz., Galimas smegenų ir inkstų pažeidimas, gali atsirasti dėl neatsakingo alkoholio vartojimo. Vien Jungtinėse Valstijose dėl piktnaudžiavimo alkoholiu buvo prarasta 250 milijardų dolerių (NIAAA, 2010), taip pat daugiau nei 88 000 žmonių, todėl alkoholis tapo trečia pagrindine mirties priežastimi, kurios galima išvengti šalyje. Šio projekto klausimas yra kaip kūrėjams, kaip mes galime išspręsti šią problemą ir užtikrinti, kad linksmos šventės su alkoholiu, pavyzdžiui, vakarėliai, išliktų saugios ir linksmos?

Mano atsakymas į šį klausimą buvo rasti būdą įvertinti ir tada vizualizuoti numatytą vartotojo BAC, kad jie galėtų geriau suprasti, kokios būsenos jie buvo. Šiam projektui aš naudoju „Arduino“mikrovaldiklį su vandens lygio jutikliu, LED žiedu ir LCD ekranu, kad galėčiau sekti, kiek gėrimų žmogus išgėrė, ir tada rasti būdą įvertinti alkoholio kiekį kraujyje (BAC). vartotojas pagal lytį ir svorį. Apskaičiuotas BAC, priklausomai nuo to, kokiame diapazone jis buvo, nustato žemiau esančio LED žiedo animaciją. Diapazonas yra tarp keturių skirtingų sričių: saugus, sutrikęs, apsvaigęs ir mirtinas. Tikiuosi, kad kurdami šį projektą jūs ne tik sukūrėte tinkamo naudoti „Arduino“projektą, bet ir geriau supratote, kaip mes metabolizuojame alkoholį, ir galbūt net pagrindinį programavimą, jei nuspręsite peržiūrėti komentarų kodą.

Kaip taurė žino, kiek išgėriau?

Jei vandens lygio jutiklio analoginė vertė viršija 300, puodelio loginė vertė bus įrašyta kaip HIGH (pilna). Jei analoginė jutiklio vertė yra mažesnė nei 300, taurę atspindinti loginė vertė bus įrašyta kaip LOW (tuščia). Jei norite įrašyti, kad gėrimas pridedamas prie puodelio, ši loginė vertė turi pasikeisti iš tuščios į pilną.

Kaip nustatėte BAC?

Kad šis projektas būtų kuo tikslesnis, panaudojau Saint Benedict & Saint John's universiteto duomenis apie tai, kiek padidėjo asmens BAC vienam išgertam gėrimui. Ši programa, apskaičiuodama vartotojo BAC, atsižvelgia ne tik į svorį, bet ir į vartotojo lytį. Taip yra todėl, kad BAC yra pagrįstas tuo, kaip greitai organizmas sugeba metabolizuoti alkoholį, kuris skiriasi vyrams ir moterims bei skirtingo svorio žmonėms. Grafikus galite pamatyti čia.

Kodėl skirtingų žmonių BAC diapazonas skiriasi?

BAC diapazonai yra tiesiogiai pagrįsti duomenimis, gautais iš SBSJ universiteto, kuriame atsižvelgiama į tai, kiek alkoholio vartotojas turi turėti savo sistemoje, kad jis būtų viename iš keturių diapazonų:

- Seifas: vienintelis saugus diapazonas, kuriame galima valdyti transporto priemonę (vaizduojama vaivorykštės animacija)

- Sutrikusi veikla: gali kilti baudžiamoji atsakomybė, jei valdote šio diapazono transporto priemonę (vaizduojama oranžine animacija)

- neblaivus: baudžiamas baudžiamojon atsakomybėn, jei vairuojate šio diapazono transporto priemonę (vaizduojama raudona šviesa)

- Mirtinas: jei dar nesate išnykęs, šioje srityje jums gresia tiesioginis medicininis pavojus (mirksi raudonos ir baltos šviesos)

Bet aš galiu gerti alkoholį gerai, ar šis puodelis yra netikslus?

Jei sugebėsite elgtis pavartoję alkoholio, nebus labai svarbu, jei vairuodami perpūsite leistiną normą. Šiame projekte naudojami duomenys atsižvelgia į tai, kokie yra teisiniai ir medicininiai vartotojo BAC diapazonai, taip pat atsižvelgiant į vartotojo svorį ir lytį.

Prekės

Bendrieji šio projekto elektronikos reikmenys yra šie:

- Du mygtukai

- jungiamieji laidai

- 10k potenciometras

- 2 10 000 rezistorių

- 1 220 rezistorius

Specialios dalys/moduliai:

- „Arduino“(šiam projektui naudojau „Uno“, tačiau yra daug pigesnių alternatyvų)

- Vandens lygio jutiklis (PASTABA: šie jutikliai dažnai būna netikslūs ir greitai suyra, o tai buvo didelis nusivylimas rengiant šį projektą. Tačiau man pavyko rasti sprendimą, kad mano sunkumai, susiję su šiuo projektu, nevirstų jūsų sunkumais su šiuo projektu.)

- LED žiedas (12 šviesos diodų)

- LCD ekranas

Įrankiai:

- Lituoklis (reikalingas tik perkant LED žiedą be antraščių)

- 3D spausdintuvas (neprivaloma)

1 veiksmas: atsisiųskite „Arduino IDE“ir nukopijuokite reikiamą kodą

Šiam projektui nereikia programuoti kompiuteriu, tereikia nukopijuoti kodą iš čia ir įklijuoti jį į „Arduino IDE“. Norėdami atsisiųsti „Arduino IDE“:

Atsisiųskite ir sukonfigūruokite „Arduino IDE“:

- Apsilankykite „Arduino“svetainėje ir pasirinkite atsisiuntimą savo sistemai

- Kai atsisiuntimas bus baigtas, gaukite „Arduino“COM prievado numerį. Prijunkite „Arduino“ir eikite į savo įrenginių tvarkytuvę. Po uostais ieškokite savo „Arduino“ir atkreipkite dėmesį į prievado numerį. Tai turėtų atrodyti maždaug taip: COMx (kur x yra skaičius 1–9)

- Naudodami COM prievado numerį, sukonfigūruokite savo plokštės ir prievado IDE, atidarę „Arduino IDE“ir viršutinėje juostoje pasirinkę „Įrankiai“. Pasirinkite „Board“ir pasirinkite savo modelį. Tada pasirinkite „Uostas“ir pasirinkite prievadą, kurį matėte savo „Arduino“įrenginių tvarkytuvėje.

Projekto kodo gavimas

- Nukopijuokite kodą iš šio veiksmo ir įklijuokite jį į baltą „Arduino IDE“skyrių. Pirmiausia būtinai ištrinkite viską, kas yra eskize, pvz., Ciklo () ir void () tvarką, nes jos yra įdiegtos jūsų kopijuojamame ir įklijuojamame kode.

2 veiksmas: atsisiųskite reikalingas bibliotekas iš „Arduino IDE“

Šiame projekte naudojamos bibliotekos yra „Wire“, „LiquidCrystal“ir „Adafruit Neopixel“. Eskizui reikalingos šios bibliotekos, kad galėtų bendrauti su šiame projekte naudojamais komponentais. Norėdami atsisiųsti šias bibliotekas:

- Viršutinėje juostoje pasirinkite „Eskizas“

- Išskleidžiamajame meniu pasirinkite „Įtraukti biblioteką“

- Pasirinkite „Tvarkyti bibliotekas“

- Ieškokite trijų bibliotekų (vielos, skystųjų kristalų ir „Adafruit Neopixel“), naudojamų šiame projekte, ir atsisiųskite kiekvieną.

Atminkite, kad nepavykus atsisiųsti šių bibliotekų, eskizo rengimo metu atsiras klaida. Po šio veiksmo prijunkite „Arduino“kabelį prie nešiojamojo kompiuterio ir paspauskite rodyklės mygtuką viršutiniame kairiajame IDE kampe. Tai sudarys ir įkels eskizą į „Arduino“. Dabar, kai baigsime visus su programavimu susijusius veiksmus, pereikime prie laidų!

3 žingsnis: (pasirinktinai) litavimo antraštės ant dalių

Jei pasirinkote šio projekto dalis, kuriose dar nebuvo pritvirtintos antgalių kaiščių, tai turėsite padaryti patys. Nesijaudinkite dėl šios dalies, šio projekto litavimas yra labai paprastas.

- Sukurkite vėdinamą aplinką litavimui, geriausia su ventiliatoriumi, kuriame yra filtras. Jei neturite tokio ventiliatoriaus, galite padaryti tai, ką aš darau, ir atidaryti langus, įjungti ventiliatorių arba eiti į garažą, kol jis atidarytas.

- Įkaitinkite lituoklį ir įsitikinkite, kad turite šlapią kempinę, kad nuvalytumėte lituoklio perteklių.

- Nustatykite antraštes ir dalį, prie kurios norite prijungti antraštes, naudodami pagalbos ranką ar kitą įrankį, leidžiantį išdėstyti dalis ir kartu laikyti lituoklį.

- Prijunkite lituoklį prie lituoklio, kai yra jungtis tarp antgalio kaiščio ir dalies, prie kurios lituojate kaiščius. Nuimkite lygintuvą, kai susidaro pakankamai lydmetalio, kad būtų užtikrintas elektrinis kontaktas tarp antgalių kaiščių ir detalės. Nuvalykite lituoklio perteklių ant kempinės ir pakartokite šį procesą visiems kaiščiams.

- Kai visi kaiščiai yra lituoti, įdėkite lituoklį į stovą, pasukite rankenėlę į „išjungimą“ir atjunkite lygintuvą. Palaukite, kol lygintuvas visiškai atvės, kad jį pašalintumėte.

4 žingsnis: Sekite „Picture and Wire Arduino“prie komponentų

Atlikdami šį veiksmą, turėsite prijungti laidus, kad prijungtumėte projektui reikalingas dalis prie „Arduino“. Norėdami tai padaryti, pateikiau „Fritzing“failą, kurį galima pamatyti šiame žingsnyje. Žemiau rasite bendrų klausimų, kuriuos užduodu sau, jei susiduriu su laidų problema, sąrašą:

- Ar mano žemės ir maitinimo bėgiai tinkamai sujungti vienas su kitu ir „Arduino“5v ir GND kaiščiai?

- Ar suklydau su potenciometru, jei LCD ekranas nerodomas? (Pabandykite pasukti potenciometrą, kad pakeistumėte pasipriešinimą, jei baltos raidės rodomos netinkamai)

- Ar GND ir VCC tinkamai prijungti prie kiekvienos dalies prie tinkamo kaiščio? Ar naudojamas 5 voltų nustatymas? (Visi šio projekto jutikliai ir komponentai naudos 5, o ne 3,3 voltų įtampą.

- Ar laidas buvo netyčia įdėtas vienu ryšiu toliau nuo to, kur jis turėjo būti?

PASTABA: dirbdami su elektronika, visada įsitikinkite, kad grandinė nėra maitinama, kol ji keičiama. Priešingu atveju dalys gali būti pažeistos, o dirbant su didesne įtampa gali būti sužaloti žmonės

5 žingsnis: Surinkite projektą „Padėkliukas“

Galite pastebėti, kad šviesos diodų žiedo antgaliai išsikiša ir neleidžia ištiesti puodelio lygiai prie paviršiaus. Norėdami išspręsti šią problemą, LED žiedą pritvirtinsime prie 3D spausdintos dalies, kuri leis žiedą pastatyti plokščią ant stalo. 3D failą galite rasti atlikdami šį veiksmą. Jei neturite 3D spausdintuvo, nesijaudinkite, šio spaudinio pagaminimas mano vietinėje bibliotekoje kainavo 1,40. Jei jūsų vietinėje bibliotekoje nėra 3D spausdintuvo, kitos galimybės yra „Staples“ir internetiniai pardavėjai. Taip pat reikėtų pažymėti, kad tam tikra dalis, kurią pridėjau, nėra vienintelė suderinama, tai tik būdas man sukurti modelį. Taigi, jei jums gerai sekasi medžio apdirbimas ar kiti amatai, tai būtų daugiau nei priimtina!

Jei pasirinksite spausdinti šio projekto dalį:

- Atsisiųskite STL failą, kurį norite importuoti į pjaustyklę, pvz., „Cura“

- Išmatuokite pasirinkto puodelio dugno skersmenį

- Sureguliuokite modelio skalę (milimetrais, jei naudojate „Cura“)

6 veiksmas: pritvirtinkite padėkliuką ir jutiklį prie pasirinkto puodelio

Tada paimkite padėkliuką ir klijais pritvirtinkite jį prie išmatuoto puodelio apačios. Dabar jungiamieji laidai galės pasiekti vandens lygio jutiklį ir LED žiedą, taip pat gulėti ant stalo. Dabar turite prijungti jutiklį. Labai atsargiai reikia atsižvelgti į jutiklio vietą, nes šie jutikliai, nors ir parduodami kaip analogai, iš tikrųjų skleidžia tik du signalus- vandenį arba jo nėra. Tai man sukėlė labai daug problemų, tačiau aš sugebėjau rasti būdą, kaip tai išspręsti, kad kiti nepatirtų tokio paties nusivylimo dėl šio projekto. Svarbiausia, kad jutiklis būtų šalia viršaus, kur skystis bus, kai puodelis bus pilnas. Taip įsitikinsite, kad jutiklis gali užregistruoti „tuščią“būseną ir todėl gali suskaičiuoti kitą išpiltą gėrimą.

7 žingsnis: pagražinkite projektą ir apsaugokite laidus

Šiuo metu jums tikriausiai lieka laidų ir dalių gumulėlis, kuris atrodo kaip pridėta nuotrauka. Tai, ką darote, kad projektas atrodytų geriau, priklauso tik nuo jūsų, jei laikysitės šių kriterijų:

- Turite sugebėti prijungti įkroviklį prie „Arduino“

- Turite iškirpti skyles ar suplanuoti erdves, kad vartotojas galėtų pasiekti LCD ekraną, mygtukus, vandens lygio jutiklį ir LED žiedą.

- Privalote apsaugoti elektroninius komponentus, kad jie nesušlaptų, nes tai yra galimybė, nes projektas skirtas gėrimams.

Kai kurie projekto uždarymo pasirinkimai yra šie:

- Batų dėžutė arba dėžutė

- Vandeniui nepralaidus elektronikos projekto korpusas, toks kaip čia

- 3D spausdintas dizainas (tai yra galimybė, kurios norėjau siekti, tačiau spausdinti tokį dizainą mano bibliotekoje buvo per brangu)

8 žingsnis: gerkite atsakingai

Pritvirtinę puodelį prie padėkliuko ir vandens jutiklio, galite eiti! Jūs žinosite, kad viskas veikia tinkamai, kai LCD ekranas prašo jūsų lyties ir svorio. Vienas mygtukas atitinka svorį, o kitas - seksą. Prieš pažymėdami etiketę, galite spustelėti kiekvieną iš jų. Pasirinkę tinkamą svorį (vertės yra 20 žingsnių) ir lytį, vienu metu spustelėkite abu mygtukus. Tai pradės likusią programos dalį ir pamatysite, kaip LED žiedas mirksi vaivorykštės raštu. Puodelis dabar paruoštas gerti. Vartojant ir pilant daugiau gėrimų, programa naudos BAC lentelę, aptartą įvade, kad nustatytų BAC. Atminkite, kad ši programa numato vieną standartinį gėrimą kiekvienam puodeliui, žiūrėkite paveikslėlį (Pietų Alabamos universitetas) arba apsilankykite čia, kad pamatytumėte, kaip verčiamas jūsų mėgstamiausias gėrimas. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad šio projekto tikslas nėra skatinti bet kokią neteisėtą veiklą, bet skatinti saugų gėrimą tiems, kurie yra pakankamai seni, kad galėtų vartoti alkoholį. Be to, nors esu labai patenkintas tuo, kaip tiksliai BAC įvertinimas daro prielaidą apie standartinį gėrimą, šis projektas yra priemonė, padedanti saugiai gerti, tačiau nėra atsakinga, jei pasirinksite vairuoti po alkoholio vartojimo.

9 veiksmas: (neprivaloma) Trikčių šalinimas

- Klaida „Įkeliant į lentą“: bandant surinkti ir įkelti eskizą į „Arduino“, ši klaida atsiras, jei jūsų COM prievadas nebus tinkamai sukonfigūruotas (žr. Pirmą veiksmą, kaip rasti ir nustatyti tinkamą COM prievadą) arba plokštė nėra prijungta.

- Skystųjų kristalų ekranas nerodo baltų simbolių: jei dega mėlyna LCD lemputė, bet įkėlus eskizą nematote baltų simbolių, greičiausiai taip yra dėl kontrasto problemų. Norėdami tai išspręsti, tiesiog pasukite potenciometrą į dešinę (jei matote baltus blokus su simboliais, pasukite į kairę).

- Projektas neskaičiuoja gėrimų teisingai: ši klaida yra vandens lygio jutiklio problema. Vandens lygio jutiklių moduliai greitai korozuoja ir yra žinomi kaip labai netikslūs. Tačiau tai neturėtų jums rūpėti šiam projektui, nes aš jutiklį laikiau skaitmeniniu, o ne analoginiu jutikliu. Žr. Šeštą žingsnį, kaip teisingai pritvirtinti vandens lygio jutiklį.

- Modulis yra labai karštas ir nesiunčia teisingų verčių: tai įvyko dėl to, kad nutrūko GND arba VCC ryšys, tikriausiai dirbant su kitais laidais. Įsitikinkite, kad GND ir VCC jungtys prie jutiklio yra baigtos, ir sekite jas prie GND ir 5 V kaiščių iš komponento, prie duonos lentos ir „Arduino“, kad ieškotumėte klaidų.

- Aš netyčia viršijau savo svorį: nesijaudinkite, svorio nustatymas grįžta prie 100 po 240, todėl galite tiesiog toliau suktis, kad grįžtumėte prie savo svorio.

Jei problemos išlieka, prijunkite kabelį iš „Arduino“prie nešiojamojo kompiuterio, atidarykite IDE ir paleiskite eskizą. Kol eskizas veikia, serijiniame monitoriuje bus rodomos kelios vertės, leidžiančios pamatyti, kas neveikia taip, kaip turėtų. Norėdami pasiekti serijinį monitorių, paleiskite programą ir „Įrankiai“, tada išskleidžiamajame meniu „Serijinis monitorius“.

10 žingsnis: atspindys

Kalbant apie programavimą, labai džiaugiuosi šio projekto įgyvendinimu. Rašyti prireikė šiek tiek laiko, nes esu dar tik pradedantysis, tačiau galėjau išmokti daug naujų bibliotekų ir pasiekti tikslą numatyti BAC, ir manau, kad nesinaudojau nuorodomis, kad įvertinčiau BAC, nes naudojau ir seksą, ir svorio (tai sudarė didžiąją eskizo dalį). Tačiau turiu patvirtinti projektą. Nors neturiu 3D spausdintuvo ar nežinau medžio apdirbimo, aš tikrai norėjau, kad mano projektas būtų pateiktas geriau. Ketinu netrukus įsigyti „Ender 3“, ir pirmas dalykas, kurį padarysiu, - grįšiu prie tos pačios instrukcijos, kaip patobulinti dizainą. Jaučiu, kad tai buvo pirmasis mano pamokomas dalykas, ir manau, kad šis procesas pavyko gerai, ir aš labai džiaugiuosi, kad šis projektas buvo skirtas „Party Challenge“sukurtam raginimui, tačiau suplanuokite tai, prie ko norėčiau vėliau grįžti, kai turėsiu išteklių.