مهمانی ایمن در تابستان امسال با یک فنجان LED آردوینو با واکنش الکل خون: 10 قدم

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

دشواری سطح پروژه: متوسط

مهارت های مورد نیاز:

- خواندن و تکرار نمودار

- در صورت عدم خرید قطعات از پیش لحیم شده لحیم کاری کنید

معرفی پروژه

در ایالات متحده و در سراسر جهان ، الکل در صورت مصرف غیرمسئولانه تهدیدی جدی برای سلامتی به همراه دارد. مرگ ناشی از رانندگی تحت تأثیر و آسیب کبدی و همچنین اثرات طولانی مدت مانند آسیب احتمالی به مغز و کلیه ، ممکن است ناشی از مصرف غیرمسئولانه الکل باشد. تنها در ایالات متحده ، 250 میلیارد دلار به دلیل سوء مصرف الکل (NIAAA ، 2010) و همچنین بیش از 88000 نفر از بین رفت ، که باعث شد الکل سومین علت اصلی پیشگیری از مرگ در کشور باشد. س forال این پروژه به عنوان سازندگان این است که چگونه می توانیم به این مشکل رسیدگی کنیم و اطمینان حاصل کنیم که جشن های سرگرم کننده با مهمانی هایی مانند الکل می توانند ایمن و سرگرم کننده باشند؟

پاسخ من به این س toال یافتن راهی برای برآورد و سپس تجسم BAC پیش بینی شده کاربر بود تا به آنها اجازه دهد بهتر درک کنند که در چه وضعیتی هستند. برای این پروژه ، از میکروکنترلر آردوینو با سنسور سطح آب ، حلقه LED و صفحه LCD استفاده کردم تا میزان نوشیدنی هایی را که فرد مصرف کرده است ردیابی کنم و سپس راهی برای برآورد محتوای الکل خون (BAC) پیدا کنم. کاربر بر اساس جنسیت و وزن برآورد BAC ، بسته به محدوده ای که در آن قرار داشت ، تصویر متحرک حلقه LED زیر را تعیین می کند. دامنه ها بین چهار منطقه متمایز قرار می گیرند: ایمن ، مختل ، مست و کشنده. امیدوارم با ایجاد این پروژه ، شما نه تنها یک پروژه آردوینو قابل استفاده ایجاد کرده باشید ، بلکه اگر بخواهید به کد نظر داده شده توجه کنید ، درک بهتری از چگونگی متابولیزه کردن الکل و احتمالاً حتی برخی برنامه های اساسی کسب کرده اید.

فنجان چگونه می داند که چند نوشیدنی خورده ام؟

اگر مقدار آنالوگ سنسور سطح آب از 300 فراتر رود ، مقدار بولی نشان دهنده جام به عنوان HIGH (کامل) ثبت می شود. اگر مقدار آنالوگ سنسور زیر 300 باشد ، مقدار بولی نشان دهنده جام به صورت LOW (خالی) ثبت می شود. برای ضبط نوشیدنی که به فنجان اضافه می شود ، این مقدار بولی باید از خالی به کامل تغییر کند.

چگونه BAC را تعیین کردید؟

برای اینکه این پروژه تا حد ممکن دقیق باشد ، از داده های دانشگاه سنت بندیکت و سنت جان استفاده کردم که میزان BAC یک فرد در هر نوشیدنی مصرف شده چقدر افزایش یافته است. این برنامه نه تنها وزن ، بلکه جنسیت کاربر را در محاسبه BAC کاربر در نظر می گیرد. این به این دلیل است که BAC بر اساس سرعت بدن در متابولیسم الکل است ، که بین مردان و زنان و افراد با وزن های مختلف متفاوت است. نمودارها را می توانید در اینجا مشاهده کنید.

چرا محدوده BAC برای افراد مختلف متفاوت است؟

محدوده های BAC مستقیماً بر اساس داده های بدست آمده از دانشگاه SBSJ است ، که میزان الکل مصرف کننده در سیستم خود را برای یکی از چهار محدوده در نظر می گیرد:

- ایمن: تنها محدوده ایمن برای کارکردن وسیله نقلیه (نشان داده شده توسط انیمیشن رنگین کمان)

- مختل: در صورت استفاده از وسیله نقلیه در این محدوده (نشان داده شده توسط انیمیشن نارنجی) ممکن است اتهامات کیفری به دنبال داشته باشد

- مست: در صورت استفاده از وسیله نقلیه در این محدوده (نشان داده شده با چراغ قرمز) ، اتهامات کیفری به دنبال خواهد داشت

- کشنده: اگر قبلاً از حال نرفته اید ، در این محدوده در معرض خطر فوری پزشکی هستید (نشان دهنده چشمک زدن چراغ های قرمز و سفید)

اما من می توانم الکل را خوب بخورم ، آیا این فنجان نادرست است؟

اینکه در حین رانندگی از مرز قانونی فراتر بروید ، چقدر می توانید خوب عمل کنید بعد از مصرف الکل اهمیت چندانی نخواهد داشت. داده های مورد استفاده در این پروژه محدوده حقوقی و پزشکی BAC کاربر را در نظر می گیرد ، در حالی که وزن و جنسیت کاربر را نیز در نظر می گیرد.

تدارکات

لوازم الکترونیکی عمومی برای این پروژه عبارتند از:

- دو دکمه فشاری

- سیم های بلوز

- پتانسیومتر 10k

- 2 مقاومت 10k

- 1 مقاومت 220

قطعات/ماژول های ویژه:

- آردوینو (من از Uno برای این پروژه استفاده کردم ، اما گزینه های ارزان تر زیادی وجود دارد)

- یک سنسور سطح آب (توجه: این سنسورها اغلب نادرست هستند و به سرعت دچار خوردگی می شوند ، که این باعث ناامیدی اصلی توسعه این پروژه شد. با این حال ، من توانستم راه حلی پیدا کنم تا مشکلات من با این پروژه به مشکلات شما تبدیل نشود. با این پروژه)

- یک حلقه LED (12 LED)

- دارای صفحه LCD

ابزارها:

- لحیم کاری (فقط در صورت خرید حلقه LED بدون هدر مورد نیاز است)

- چاپگر سه بعدی (اختیاری)

مرحله 1: Arduino IDE را بارگیری کرده و کد مورد نیاز را کپی کنید

هیچ برنامه نویسی کامپیوتری برای این پروژه مورد نیاز نیست ، تنها کاری که باید انجام دهید این است که کد را از اینجا کپی کرده و در IDE Arduino بچسبانید. برای بارگیری Arduino IDE:

بارگیری و پیکربندی Arduino IDE:

- از وب سایت آردوینو دیدن کرده و بارگیری را برای سیستم خود انتخاب کنید

- پس از اتمام بارگیری ، شماره پورت COM را برای آردوینو دریافت کنید. آردوینو را به برق متصل کرده و به مدیر دستگاه خود بروید. در زیر پورت ها ، به دنبال آردوینو خود باشید و شماره پورت را یادداشت کنید. باید چیزی شبیه به این باشد: COMx (جایی که x عدد 1-9 است)

- با استفاده از شماره پورت COM ، IDE را برای برد و پورت خود با بازکردن Arduino IDE و انتخاب "Tools" در نوار بالا پیکربندی کنید. "Board" را انتخاب کرده و مدل خود را انتخاب کنید. در مرحله بعد ، "Port" را انتخاب کرده و پورتی را که برای Arduino خود در Device Manager مشاهده کردید ، انتخاب کنید.

اخذ کد پروژه

- کد را از این مرحله کپی کرده و در قسمت سفید Arduino IDE بچسبانید. اطمینان حاصل کنید که ابتدا همه چیز روی طرح ، مانند روال حلقه () و void () را حذف کنید ، زیرا اینها در کدی که کپی و جایگذاری می کنید پیاده سازی شده است.

مرحله 2: کتابخانه های مورد نیاز را از Arduino IDE بارگیری کنید

کتابخانه های مورد استفاده در این پروژه شامل "Wire" ، "LiquidCrystal" و "Adafruit Neopixel" است. این طرح برای ارتباط با اجزای مورد استفاده در این پروژه به این کتابخانه ها نیاز دارد. برای بارگیری این کتابخانه ها:

- "Sketch" را در نوار بالا انتخاب کنید

- از منوی کشویی "Include library" را انتخاب کنید

- "مدیریت کتابخانه ها" را انتخاب کنید

- سه کتابخانه (سیم ، کریستال مایع و Adafruit Neopixel) مورد استفاده در این پروژه را جستجو کرده و هر یک را بارگیری کنید.

لطفاً توجه داشته باشید که عدم بارگیری این کتابخانه ها هنگام تدوین طرح منجر به خطا می شود. پس از این مرحله ، کابل Arduino خود را به لپ تاپ خود وصل کرده و دکمه فلش را در گوشه سمت چپ بالای IDE فشار دهید. با این کار ، طرح را کامپایل کرده و در آردوینو بارگذاری می کنید. اکنون که تمام مراحل مربوط به برنامه نویسی را به پایان رسانده ایم ، بیایید به سراغ سیم کشی برویم!

مرحله 3: (اختیاری) سرصفحه های لحیم کاری روی قطعات

اگر شما قطعاتی را برای این پروژه خریداری کردید که قبلاً پین هدر روی آنها لحیم نشده بود ، باید خودتان این کار را انجام دهید. نگران این قسمت نباشید ، لحیم کاری این پروژه بسیار ساده است.

- یک محیط تهویه برای لحیم کاری ترجیحاً با یک فن حاوی فیلتر ایجاد کنید. اگر چنین پنکه ای ندارید ، می توانید کاری را که من انجام می دهم انجام دهید و پنجره ها را باز کنید و فن را روشن کنید یا در حالی که گاراژ باز است به گاراژ بروید.

- آهن لحیم کاری خود را گرم کنید و مطمئن شوید که یک اسفنج مرطوب نیز دارید تا لحیم اضافی را پاک کنید.

- سرصفحه ها و قسمتی را که می خواهید سرصفحه ها را به هم متصل کنید با استفاده از دست کمک یا ابزار دیگری تنظیم کنید که به شما اجازه می دهد قطعات را در حالی که به شما اجازه می دهد لحیم کاری را نگه دارید تنظیم کنید.

- لحیم کاری را به آهن لحیم کاری در حین اتصال بین پین هدر و قسمتی که پین ها را به آن لحیم می کنید ، لمس کنید. هنگامی که لحیم به اندازه کافی تشکیل شده است آهن را بردارید تا از تماس الکتریکی بین پین هدر و قسمت اطمینان حاصل شود. هرگونه لحیم اضافی را روی اسفنج پاک کنید و این عمل را برای همه سنجاق ها تکرار کنید.

- پس از لحیم کاری همه پین ها ، آهن لحیم کاری را در پایه قرار دهید ، دکمه را روی "خاموش" قرار دهید و اتو را از برق بکشید. صبر کنید تا آهن کاملاً سرد شود تا آن را کنار بگذارید.

مرحله 4: Picture and Wire Arduino to Components را دنبال کنید

در این مرحله ، برای اتصال قطعات مورد نیاز پروژه به آردوینو ، باید از سیم های جامپر استفاده کنید. من یک فایل Fritzing برای این کار ارائه کرده ام که در این مرحله قابل مشاهده است. لطفاً در زیر لیستی از سوالات متداول را که در صورت بروز مشکل در سیم کشی از خودم می پرسم ، مشاهده کنید:

- آیا ریل های زمین و برق من به درستی به یکدیگر و پین های 5v و GND آردوینو وصل شده اند؟

- اگر صفحه LCD نمایش داده نمی شود آیا با پتانسیومتر خود درگیر شده ام؟ (سعی کنید پتانسیومتر را بچرخانید تا در صورت عدم نمایش صحیح کاراکترهای سفید مقاومت را تغییر دهید)

- آیا GND و VCC به هر قسمت به درستی به پین صحیح وصل شده اند؟ آیا از تنظیمات 5 ولت استفاده می شود؟ (همه سنسورها و اجزای این پروژه از 5 ولت استفاده می کنند ، نه 3.3 ولت.

- آیا یک سیم به طور تصادفی یک اتصال را دورتر از محل مورد نظر قرار داده است؟

توجه: هنگام کار با وسایل الکترونیکی ، همیشه مطمئن شوید که مدار در حین تعویض تغذیه نمی شود. در غیر این صورت ، قطعات ممکن است آسیب ببینند و هنگام کار با ولتاژهای بیشتر ، آسیب جسمی ایجاد شود

مرحله 5: جمع آوری پروژه "Coaster"

ممکن است توجه داشته باشید که سربرگ های حلقه LED بیرون آمده است و به شما اجازه نمی دهد که فنجان را واقعاً روی یک سطح قرار دهید. برای حل این مشکل ، حلقه LED را به یک قسمت چاپ سه بعدی وصل می کنیم که باعث می شود حلقه به صورت صاف روی میز قرار گیرد. فایل سه بعدی را می توانید در این مرحله پیدا کنید. اگر چاپگر سه بعدی ندارید ، نگران نباشید ، هزینه چاپ این کتابخانه 1.40 در کتابخانه محلی من است. اگر کتابخانه محلی شما چاپگر سه بعدی ندارد ، سایر گزینه ها شامل Staples و فروشندگان آنلاین است. همچنین باید توجه داشت که قسمت خاصی که ضمیمه کرده ام تنها قسمت سازگار نیست ، فقط راهی است که برای من یک مدل بسازد. بنابراین اگر با نجاری یا سایر صنایع دستی مهارت دارید ، این موارد بیش از حد قابل قبول خواهند بود!

اگر تصمیم دارید قسمت این پروژه را چاپ کنید:

- فایل STL را برای وارد کردن به برش دهنده مانند Cura بارگیری کنید

- قطر کف یک فنجان به دلخواه خود را اندازه بگیرید

- مقیاس مدل (در صورت استفاده از Cura) بر حسب میلی متر را بر اساس اندازه گیری خود تنظیم کنید

مرحله 6: زیر لیوانی و سنسور را به فنجان دلخواه خود وصل کنید

بعد ، زیر لیوانی خود را بردارید و با استفاده از چسب آن را به انتهای لیوانی که اندازه گیری کرده اید وصل کنید. در حال حاضر ، سیم های بلوز قادر خواهند بود به سنسور سطح آب و حلقه LED دسترسی داشته باشند و همچنین روی میز قرار بگیرند. حالا باید سنسور را وصل کنید. بسیار مراقب باشید که در مورد قرار دادن سنسور دقت کنید ، زیرا این سنسورها ، در حالی که به صورت آنالوگ به بازار عرضه می شوند ، در واقع فقط دو سیگنال را خاموش می کنند- آب یا بدون آب. این مسئله مشکلات زیادی را برای من ایجاد کرد ، اما من توانستم راهی برای حل آن بیابم تا دیگران از این پروژه ناامیدی مشابهی را تجربه نکنند. نکته اصلی این است که سنسور را در بالای محل مایع هنگام پر شدن فنجان قرار دهید. این امر باعث می شود که سنسور بتواند حالت "خالی" را ثبت کند و بنابراین بتواند نوشیدنی ریخته شده بعدی را شمارش کند.

مرحله 7: زیباسازی پروژه و محافظت از سیم ها

در این مرحله ، احتمالاً یک تکه سیم و قطعاتی به نظر می رسد که شبیه عکس پیوست است. تا زمانی که این معیارها را در نظر داشته باشید ، آنچه شما برای بهتر جلوه دادن پروژه انجام می دهید کاملاً به خود شما بستگی دارد:

- باید بتوانید شارژر را به آردوینو وصل کنید

- برای دسترسی کاربر به صفحه LCD ، دکمه ها ، سنسور سطح آب و حلقه LED ، باید سوراخ ها یا فضاهایی را طراحی کنید.

- باید قطعات الکترونیکی را از خیس شدن محافظت کنید ، زیرا این امکان وجود دارد زیرا پروژه بر روی نوشیدنی ها متمرکز است.

برخی از گزینه ها برای محصور کردن پروژه عبارتند از:

- جعبه یا کارتن

- یک محوطه پروژه الکترونیکی ضد آب مانند آنچه در اینجا یافت می شود

- یک طرح چاپ سه بعدی (این گزینه ای است که می خواستم دنبال کنم ، با این حال ، چاپ چنین طرحی در کتابخانه من بسیار گران بود)

مرحله هشتم: با مسئولیت بنوشید

پس از اتصال فنجان خود به زیر لیوانی و سنسور آب ، خوب است بروید! هنگامی که صفحه LCD از جنسیت و وزن شما درخواست می کند ، می دانید که همه چیز به درستی کار می کند. یک دکمه مربوط به وزن است ، در حالی که دکمه دیگر مربوط به جنس است. می توانید قبل از برچسب گذاری روی هر کدام کلیک کنید تا ببینید کدام یک است. پس از انتخاب وزن مناسب (مقادیر در مراحل 20) و جنسیت ، روی هر دو دکمه به طور همزمان کلیک کنید. با این کار بقیه برنامه شروع می شود و خواهید دید که حلقه LED با الگوی رنگین کمان چشمک می زند. این فنجان اکنون آماده است تا شما یک نوشیدنی بریزید. همانطور که نوشیدنی های بیشتری مصرف می کنید و می ریزید ، برنامه از جدول BAC که در مقدمه بحث شده است برای تعیین BAC استفاده می کند. لطفاً توجه داشته باشید که در این برنامه یک نوشیدنی استاندارد برای هر فنجان در نظر گرفته شده است ، لطفاً تصویر را ببینید (دانشگاه آلابامای جنوبی) ، یا از اینجا دیدن کنید تا ببینید چگونه نوشیدنی مورد علاقه شما ترجمه می شود. همچنین توجه داشته باشید که هدف از این پروژه تشویق هرگونه فعالیت غیرقانونی نیست ، بلکه ترویج نوشیدن ایمن برای افراد مسنی است که به اندازه کافی مشروب مصرف می کنند. همچنین ، در حالی که من از میزان دقیق تخمین BAC در فرض یک نوشیدنی استاندارد بسیار خوشحالم ، این پروژه ابزاری است که به شما کمک می کند تا سالم بنوشید ، اما اگر بعد از مصرف الکل رانندگی را انتخاب کنید هیچ مسئولیتی ندارد.

مرحله 9: (اختیاری) عیب یابی

- خطای "مشکل در بارگذاری روی صفحه": هنگام تلاش برای کامپایل و بارگذاری طرح در Arduino ، این خطا در صورتی پیکربندی نمی شود که درگاه COM شما به درستی پیکربندی نشده باشد (در مورد نحوه پیدا کردن و تنظیم پورت COM صحیح به مرحله اول مراجعه کنید) یا برد وصل نیست

- عدم نمایش کاراکترهای سفید روی صفحه LCD: اگر چراغ آبی LCD شما روشن است اما پس از بارگذاری طرح هیچ نویسه سفید نمی بینید ، این به احتمال زیاد به دلیل مشکلات کنتراست است. برای رفع این مشکل ، فقط پتانسیومتر خود را به راست بچرخانید (در صورت مشاهده بلوک های سفید با کاراکترهای خود به چپ بپیچید).

- پروژه شمارش صحیح نوشیدنی ها نیست: این خطا یک مشکل سنسور سطح آب است. ماژول های سنسور سطح آب به سرعت دچار خوردگی می شوند و به دلیل نادرستی آنها مشهور هستند. با این حال ، این نباید شما را در مورد این پروژه نگران کند ، زیرا من سنسور را به عنوان یک سنسور دیجیتال و نه آنالوگ در نظر گرفتم. به مرحله ششم نحوه اتصال صحیح سنسور سطح آب مراجعه کنید.

- یک ماژول بسیار داغ است و مقادیر صحیح را ارسال نمی کند: این نتیجه قطع اتصال GND یا VCC است ، احتمالاً هنگام کار با سیم های دیگر. مطمئن شوید که اتصالات GND و VCC به سنسور کامل است و آنها را به دنبال پین های GND و 5v از جزء ، به نان برد ، به آردوینو بروید تا به دنبال خطا باشید.

- من به طور تصادفی وزن خود را افزایش دادم: نگران نباشید ، تنظیم وزن پس از 240 به 100 برمی گردد ، بنابراین می توانید با چرخش در بین گزینه ها به وزن خود بازگردید.

در صورت برطرف نشدن مشکل ، کابل آردوینو را به لپ تاپ متصل کنید ، IDE را باز کرده و طرح را اجرا کنید. در حالی که طرح در حال اجرا است ، چندین مقدار در مانیتور سریال نمایش داده می شود و به شما این امکان را می دهد که آنچه را که باید کار می کند را ببینید. برای دسترسی به مانیتور سریال ، برنامه و "Tools" و سپس "Serial Monitor" را از منوی کشویی اجرا کنید.

مرحله 10: بازتاب

از نظر برنامه نویسی ، من از نحوه پیشرفت این پروژه بسیار خوشحالم. مدتی طول کشید تا من بنویسم ، زیرا من هنوز مبتدی هستم ، اما توانستم کتابخانه های جدید فرا بگیرم و به هدف پیش بینی BAC برسم ، و احساس می کنم برای برآورد BAC هیچ راه میانبری در نظر نگرفتم زیرا هم از جنس و هم از جنس استفاده می کردم. وزن (این بخش عمده طرح را تشکیل می داد). با این حال ، من باید طرح را تأیید کنم. در حالی که من چاپگر سه بعدی ندارم یا کار با چوب را بلد هستم ، واقعاً می خواستم پروژه ام به شیوه ای بهتر ارائه شود. من قصد دارم به زودی یک Ender 3 بگیرم ، و اولین کاری که من انجام می دهم این است که برای بهبود طراحی دوباره به همان دستورالعمل برگردم. به عنوان اولین موردی که می توانم آموزش دهم ، احساس می کنم روند به خوبی پیش رفت و از این که پروژه تا چه اندازه به سرعت برای چالش مهمانی ایجاد کرد بسیار خوشحالم ، اما چیزی را طراحی کنم که دوست داشته باشم بعداً وقتی منابع داشته باشم به آن بازگردم.