Pesta Aman Musim Panas Ini Dengan Piala LED Reaktif Darah-Alkohol Arduino: 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Tingkat Kesulitan Proyek: Menengah

Keterampilan yang Dibutuhkan:

- Membaca dan mereplikasi diagram

- Menyolder jika Anda memilih untuk tidak membeli suku cadang yang telah disolder sebelumnya

Pengenalan Proyek

Di Amerika Serikat dan di seluruh dunia, alkohol telah menimbulkan ancaman kesehatan yang parah jika dikonsumsi dengan cara yang tidak bertanggung jawab. Kematian karena mengemudi di bawah pengaruh dan kerusakan hati, serta efek jangka panjang seperti kemungkinan kerusakan otak dan ginjal, dapat terjadi akibat konsumsi alkohol yang tidak bertanggung jawab. Di Amerika Serikat saja, 250 miliar dolar hilang karena penyalahgunaan alkohol (NIAAA, 2010), serta lebih dari 88.000 orang, menjadikan alkohol sebagai penyebab kematian ketiga yang dapat dicegah di negara tersebut. Pertanyaan untuk proyek ini adalah sebagai pembuat, bagaimana kita bisa mengatasi masalah ini dan memastikan perayaan yang menyenangkan dengan alkohol seperti pesta dapat tetap aman dan menyenangkan?

Jawaban saya untuk pertanyaan ini adalah menemukan cara untuk memperkirakan dan kemudian memvisualisasikan prediksi BAC pengguna untuk memungkinkan mereka lebih memahami keadaan mereka. Untuk proyek ini, saya menggunakan mikrokontroler Arduino dengan sensor ketinggian air, cincin LED, dan layar LCD untuk melacak berapa banyak minuman yang telah dikonsumsi seseorang, dan kemudian menemukan cara untuk memperkirakan kadar alkohol dalam darah (BAC) dari pengguna berdasarkan jenis kelamin dan berat badan. Perkiraan BAC, tergantung pada kisarannya, menentukan animasi cincin LED di bawah ini. Rentangnya berada di antara empat area berbeda: Aman, terganggu, mabuk, dan mematikan. Harapan saya adalah bahwa dengan membuat proyek ini, Anda tidak hanya akan membuat proyek Arduino yang dapat digunakan tetapi juga memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana kami memetabolisme alkohol dan bahkan mungkin beberapa pemrograman dasar jika Anda memilih untuk melihat kode yang dikomentari.

Bagaimana cangkir tahu berapa banyak minuman yang saya minum?

Jika nilai analog sensor ketinggian air melebihi 300, nilai boolean yang mewakili cangkir akan dicatat sebagai TINGGI (penuh). Jika nilai analog sensor di bawah 300, nilai boolean yang mewakili cangkir akan dicatat sebagai RENDAH (kosong). Untuk merekam minuman yang ditambahkan ke cangkir, nilai boolean ini harus berubah dari kosong menjadi penuh.

Bagaimana Anda menentukan BAC?

Untuk membuat proyek ini seakurat mungkin, saya menggunakan data dari Saint Benedict & Saint John's University tentang seberapa banyak BAC seseorang meningkat per minuman yang dikonsumsi. Program ini tidak hanya mempertimbangkan berat badan tetapi juga jenis kelamin pengguna dalam perhitungan BAC pengguna. Ini karena BAC didasarkan pada seberapa cepat tubuh mampu memetabolisme alkohol, yang berbeda antara pria dan wanita dan orang dengan berat badan berbeda. Grafik dapat dilihat di sini.

Mengapa rentang BAC berbeda untuk orang yang berbeda?

Rentang BAC didasarkan langsung pada data yang diperoleh dari Universitas SBSJ, yang mempertimbangkan berapa banyak alkohol yang harus dimiliki pengguna dalam sistem mereka agar mereka berada di salah satu dari empat rentang:

- Aman: Satu-satunya rentang aman untuk mengoperasikan kendaraan (diwakili oleh animasi pelangi)

- Gangguan: Tuntutan pidana dapat terjadi jika Anda mengoperasikan kendaraan dalam kisaran ini (diwakili oleh animasi oranye)

- Mabuk: Tuntutan pidana akan terjadi jika Anda mengoperasikan kendaraan dalam kisaran ini (diwakili oleh lampu merah)

- Mematikan: Jika Anda belum pingsan, Anda berada dalam bahaya medis langsung dalam kisaran ini (ditunjukkan dengan berkedip lampu merah dan putih)

Tapi saya bisa minum alkohol dengan baik, jadi apakah cangkir ini tidak akurat?

Seberapa baik Anda dapat bertindak setelah mengonsumsi alkohol tidak akan menjadi masalah jika Anda melewati batas hukum saat mengemudi. Data yang digunakan dalam proyek ini mempertimbangkan rentang hukum dan medis dari BAC pengguna, sementara juga mempertimbangkan berat dan jenis kelamin pengguna.

Perlengkapan

Perlengkapan elektronik umum untuk proyek ini meliputi:

- Dua tombol tekan

- Kabel jumper

- Potensiometer 10k

- 2 resistor 10k

- resistor 1220

Bagian/modul khusus:

- Arduino (Saya menggunakan Uno untuk proyek ini, tetapi ada banyak alternatif yang lebih murah)

- Sensor ketinggian air (CATATAN: Sensor ini sering tidak akurat dan cepat terkorosi, yang merupakan frustrasi utama dalam mengembangkan proyek ini. Namun, saya dapat menemukan solusi sehingga kesulitan saya dengan proyek ini tidak diterjemahkan ke dalam kesulitan Anda dengan proyek ini.)

- Cincin LED (12 LED)

- Layar LCD

Peralatan:

- Besi solder (Hanya diperlukan jika membeli cincin LED tanpa header)

- pencetak 3d (Opsional)

Langkah 1: Unduh Arduino IDE dan Salin Kode yang Diperlukan

Tidak ada pemrograman komputer yang diperlukan untuk proyek ini, yang harus Anda lakukan adalah menyalin kode dari sini dan menempelkannya ke Arduino IDE. Untuk mengunduh Arduino IDE:

Mengunduh dan mengonfigurasi Arduino IDE:

- Kunjungi situs web Arduino dan pilih unduhan untuk sistem Anda

- Setelah unduhan selesai, dapatkan nomor port COM untuk Arduino. Colokkan Arduino dan navigasikan ke Pengelola Perangkat Anda. Di bawah port, cari Arduino Anda dan catat nomor portnya. Seharusnya terlihat seperti ini: COMx (Di mana x adalah angka 1-9)

- Menggunakan nomor port COM, konfigurasikan IDE untuk papan dan port Anda dengan membuka Arduino IDE dan pilih "Alat" di bilah atas. Pilih "Papan" dan pilih model Anda. Selanjutnya, pilih "Port" dan pilih port yang Anda lihat untuk Arduino Anda di Device Manager.

Mendapatkan Kode Proyek

- Salin kode dari langkah ini dan rekatkan ke bagian putih Arduino IDE. Pastikan untuk menghapus semua yang ada di sketsa terlebih dahulu, seperti rutinitas loop() dan void(), karena ini diterapkan dalam kode yang Anda salin dan tempel.

Langkah 2: Unduh Perpustakaan yang Diperlukan Dari Arduino IDE

Pustaka yang digunakan dalam proyek ini termasuk "Wire", "LiquidCrystal", dan "Adafruit Neopixel". Sketsa membutuhkan perpustakaan ini untuk berkomunikasi dengan komponen yang digunakan dalam proyek ini. Untuk mengunduh perpustakaan ini:

- Pilih "Sketsa" di bilah atas

- Pilih "Sertakan perpustakaan" dari menu tarik-turun

- Pilih "Kelola perpustakaan"

- Cari tiga perpustakaan (Kawat, kristal cair, dan Adafruit Neopixel) yang digunakan dalam proyek ini dan unduh masing-masing.

Harap dicatat bahwa kegagalan mengunduh pustaka ini akan mengakibatkan kesalahan saat sketsa sedang dikompilasi. Setelah langkah ini, pasang kabel dari Arduino Anda ke laptop Anda dan tekan tombol panah di sudut kiri atas IDE. Ini akan mengkompilasi dan mengunggah sketsa ke Arduino. Sekarang setelah kita selesai dengan semua langkah yang berhubungan dengan pemrograman, mari beralih ke wiring!

Langkah 3: (Opsional) Solder Header Ke Bagian

Jika Anda memilih untuk membeli suku cadang untuk proyek ini yang belum memiliki pin header yang disolder, Anda harus melakukannya sendiri. Jangan terlalu khawatir tentang bagian ini, penyolderan untuk proyek ini sangat mudah.

- Ciptakan lingkungan berventilasi untuk menyolder, sebaiknya dengan kipas yang berisi filter. Jika Anda tidak memiliki kipas seperti itu, Anda dapat melakukan apa yang saya lakukan dan membuka jendela dan menyalakan kipas angin atau pergi ke garasi saat terbuka.

- Panaskan besi solder Anda dan pastikan Anda juga memiliki spons basah untuk menyeka sisa solder.

- Atur header dan bagian yang ingin Anda pasang header dengan menggunakan uluran tangan atau alat lain yang memungkinkan Anda untuk mengatur bagian-bagian sambil memungkinkan Anda untuk memegang besi solder.

- Sentuh solder ke besi solder saat berada di sambungan antara pin header dan bagian tempat Anda menyolder pin. Lepaskan setrika ketika cukup solder telah terbentuk untuk memastikan kontak listrik antara pin header dan bagian. Bersihkan sisa solder pada spons dan ulangi proses ini untuk semua pin.

- Setelah semua pin disolder, letakkan besi solder di dudukannya, putar kenop ke "mati", dan cabut setrika. Tunggu sampai setrika benar-benar dingin untuk disingkirkan.

Langkah 4: Ikuti Gambar dan Hubungkan Arduino ke Komponen

Pada langkah ini, Anda perlu menggunakan kabel jumper pengguna untuk menghubungkan bagian-bagian yang diperlukan untuk proyek ke Arduino. Saya telah menyediakan file Fritzing untuk melakukan ini, yang dapat dilihat pada langkah ini. Silakan lihat di bawah untuk daftar pertanyaan umum yang saya tanyakan pada diri sendiri jika saya mengalami masalah dengan kabel:

- Apakah ground dan power rail saya terhubung dengan benar satu sama lain dan pin 5v dan GND Arduino?

- Apakah saya mengacaukan potensiometer saya jika layar LCD tidak muncul? (Coba putar potensiometer untuk mengubah resistansi jika karakter putih tidak muncul dengan benar)

- Apakah GND dan VCC terhubung ke setiap bagian dengan benar ke pin yang benar? Apakah pengaturan 5 volt digunakan? (Semua sensor dan komponen dalam proyek ini akan menggunakan 5 volt, bukan 3,3 volt.

- Apakah kabel secara tidak sengaja menempatkan satu sambungan dari tempat yang seharusnya?

CATATAN: Saat bekerja dengan elektronik, selalu pastikan bahwa sirkuit tidak diberi daya saat sedang diubah. Jika tidak, komponen dapat rusak dan saat bekerja dengan voltase yang lebih besar, dapat mengakibatkan cedera tubuh

Langkah 5: Merakit Proyek "Coaster"

Anda mungkin memperhatikan bahwa kepala cincin LED menonjol dan tidak memungkinkan Anda untuk benar-benar meletakkan cangkir di permukaan. Untuk mengatasi masalah ini, kami akan memasang cincin LED ke bagian cetakan 3d yang memungkinkan cincin diletakkan rata di atas meja. File 3d dapat ditemukan pada langkah ini. Jika Anda tidak memiliki printer 3d, jangan khawatir, pencetakan ini membutuhkan biaya 1,40 untuk dibuat di perpustakaan lokal saya. Jika perpustakaan lokal Anda tidak memiliki printer 3d, opsi lain termasuk Staples dan penjual online. Perlu juga dicatat bahwa bagian tertentu yang saya lampirkan bukan satu-satunya yang kompatibel, itu hanya cara membuat model untuk saya. Jadi jika Anda ahli dalam pengerjaan kayu atau kerajinan lainnya, itu akan lebih dari dapat diterima!

Jika Anda memilih untuk mencetak bagian untuk proyek ini:

- Unduh file STL untuk diimpor ke alat pengiris seperti Cura

- Ukur diameter bagian bawah cangkir pilihan Anda

- Sesuaikan skala model (dalam milimeter jika menggunakan Cura) dengan pengukuran Anda

Langkah 6: Pasang Coaster dan Sensor ke Cangkir Pilihan Anda

Selanjutnya, ambil tatakan gelas Anda dan gunakan perekat untuk menempelkannya ke bagian bawah cangkir yang Anda ukur. Sekarang, kabel jumper akan dapat mengakses sensor ketinggian air dan cincin LED, dan juga diletakkan rata di atas meja. Sekarang Anda harus memasang sensor. Sangat berhati-hati untuk mempertimbangkan penempatan sensor, karena sensor ini, meskipun dipasarkan sebagai analog, benar-benar hanya mengeluarkan dua sinyal - air atau tanpa air. Ini menyebabkan banyak masalah bagi saya, tetapi saya dapat menemukan cara untuk menyelesaikannya sehingga orang lain tidak mengalami frustrasi yang sama dengan proyek ini. Kuncinya adalah menempatkan sensor di dekat bagian atas tempat cairan akan berada saat cangkir penuh. Ini akan memastikan bahwa sensor dapat mendaftarkan status "kosong" dan karenanya dapat menghitung minuman yang dituangkan berikutnya.

Langkah 7: Mempercantik Proyek dan Melindungi Kabel

Pada titik ini, Anda mungkin ditinggalkan dengan rumpun kabel dan bagian yang terlihat seperti foto terlampir. Apa yang Anda lakukan untuk membuat proyek terlihat lebih baik sepenuhnya terserah Anda, selama Anda mengingat kriteria ini:

- Anda harus dapat mencolokkan pengisi daya ke Arduino

- Anda harus memotong lubang atau ruang desain agar pengguna dapat mengakses layar LCD, tombol, sensor ketinggian air, dan cincin LED.

- Anda harus melindungi komponen elektronik agar tidak basah, karena hal ini mungkin terjadi karena proyek ini berfokus pada minuman.

Beberapa pilihan untuk melampirkan proyek adalah:

- Kotak sepatu atau karton

- Sebuah kandang proyek elektronik tahan air seperti yang ditemukan di sini

- Desain cetak 3d (Ini adalah opsi yang ingin saya kejar, namun terlalu mahal untuk mencetak desain seperti ini di perpustakaan saya)

Langkah 8: Minum dengan Bertanggung Jawab

Setelah menempelkan cangkir Anda ke tatakan gelas dan sensor air, Anda siap melakukannya! Anda akan tahu bahwa semuanya bekerja dengan baik ketika layar LCD meminta Anda untuk jenis kelamin dan berat badan Anda. Satu tombol sesuai dengan berat, sementara yang lain sesuai dengan jenis kelamin. Anda dapat mengklik masing-masing untuk melihat yang mana sebelum memberi label. Setelah memilih berat badan Anda yang benar (nilai ada di langkah 20) dan jenis kelamin, klik kedua tombol secara bersamaan. Ini akan memulai sisa program, dan Anda akan melihat cincin LED berkedip pola pelangi. Cangkir sekarang siap untuk Anda tuangkan minuman. Saat Anda mengonsumsi dan menuangkan lebih banyak minuman, program akan menggunakan tabel BAC yang dibahas dalam pendahuluan untuk menentukan BAC. Harap dicatat bahwa program ini mengasumsikan satu minuman standar untuk setiap cangkir, silakan lihat gambar (University of South Alabama), atau kunjungi di sini untuk melihat bagaimana minuman favorit Anda diterjemahkan. Perhatikan juga bahwa tujuan proyek ini bukan untuk mendorong aktivitas ilegal apa pun, tetapi untuk mempromosikan minum yang aman bagi mereka yang cukup umur untuk mengonsumsi alkohol. Juga, sementara saya sangat senang dengan seberapa akurat estimasi BAC dengan asumsi minuman standar, proyek ini adalah alat untuk membantu Anda minum dengan aman, tetapi tidak bertanggung jawab jika Anda memilih untuk mengemudi setelah konsumsi alkohol apa pun.

Langkah 9: (Opsional) Pemecahan Masalah

- Kesalahan "Masalah mengunggah ke papan": Saat mencoba mengkompilasi dan mengunggah sketsa ke Arduino, kesalahan ini akan terjadi jika port COM Anda tidak dikonfigurasi dengan benar (Lihat langkah pertama tentang cara menemukan dan mengatur port COM yang benar) atau papan tidak terpasang.

- Layar LCD tidak menampilkan karakter putih: Jika lampu biru LCD Anda menyala tetapi Anda tidak melihat karakter putih setelah mengunggah sketsa, ini kemungkinan besar karena masalah kontras. Untuk memperbaikinya, cukup putar potensiometer Anda ke kanan (Belok ke kiri jika Anda melihat blok putih dengan karakter Anda).

- Proyek tidak menghitung minuman dengan benar: Kesalahan ini adalah masalah sensor ketinggian air. Modul sensor ketinggian air menimbulkan korosi dengan cepat dan dikenal sangat tidak akurat. Namun, hal itu seharusnya tidak menjadi perhatian Anda untuk proyek ini, karena saya memperlakukan sensor sebagai sensor digital daripada analog. Lihat langkah enam tentang cara memasang sensor ketinggian air dengan benar.

- Modul sangat panas dan tidak mengirimkan nilai yang benar: Ini adalah akibat dari koneksi GND atau VCC yang terputus, mungkin saat bekerja dengan kabel lain. Pastikan koneksi GND dan VCC ke sensor sudah lengkap dan ikuti ke pin GND dan 5v dari komponen, ke breadboard, ke Arduino untuk mencari kesalahan.

- Saya tidak sengaja melebihi berat badan saya: Jangan khawatir, pengaturan berat kembali ke 100 setelah 240, jadi Anda bisa terus memutar opsi untuk kembali ke berat badan Anda.

Jika masalah tetap ada, sambungkan kabel dari Arduino ke laptop, buka IDE, dan jalankan sketsa. Saat sketsa sedang berjalan, beberapa nilai akan ditampilkan di monitor serial, memungkinkan Anda untuk melihat apa yang tidak berfungsi sebagaimana mestinya. Untuk mengakses monitor serial, jalankan program dan "Tools" dan kemudian "Serial Monitor" dari menu drop-down.

Langkah 10: Refleksi

Di sisi pemrograman, saya sangat senang dengan hasil proyek ini. Butuh beberapa saat bagi saya untuk menulis karena saya masih pemula, tetapi saya dapat mempelajari banyak perpustakaan baru dan mencapai tujuan memprediksi BAC, dan saya merasa bahwa saya tidak mengambil jalan pintas dalam memperkirakan BAC karena saya menggunakan kedua jenis kelamin dan berat (Ini membuat sebagian besar sketsa). Namun, saya harus menyetujui desainnya. Meskipun saya tidak memiliki printer 3d atau tahu pengerjaan kayu, saya benar-benar ingin proyek saya disajikan dengan cara yang lebih baik. Saya berniat untuk segera mendapatkan Ender 3, dan hal pertama yang akan saya lakukan adalah segera kembali ke instruksi yang sama untuk meningkatkan desain. Sebagai instruksi pertama saya, saya merasa prosesnya berjalan dengan baik dan saya sangat senang dengan sejauh mana proyek ini menjawab permintaan yang saya buat untuk Tantangan Pesta, tetapi merancang sesuatu yang ingin saya kembalikan nanti ketika saya memiliki sumber daya.