Smarte Arduino-Trinkflasche: Echtzeit-Überwachung & Trinkerinnerung

Komponenten und Zubehör

Bauteil	Menge
SparkFun Arduino Pro Mini 328 (5 V / 16 MHz)	1
Wasserdichter Ultraschallsensor (z. B. JSN-SR04T)	1
RTC-Modul (DS1307 oder DS3231)	1
4-stelliges 7-Segment-Display (Common Cathode, z. B. SparkFun)	1
Summer (Piezo-Buzzer)	1
Taster 12 mm	1
NPN-Transistor (z. B. 2N2222)	4
Li-Ion Akku 1000 mAh (3,7 V)	1
USB Li-Ion Lademodul (z. B. TP4056)	1
Widerstände: 221 Ω (×8), 1 kΩ (×4), 4,75 kΩ (×2)	je

Werkzeuge

• Lötkolben, Heißklebepistole.

Projektidee

Ausreichend Trinken ist essenziell: bessere Haut, Gesundheit, Konzentration, Energie, Gewichtsmanagement. Doch 75 % der Menschen trinken zu wenig. Diese Flasche trackt tägliche/wochentliche Menge, erinnert per Summer, zeigt letzte Trinkzeit – und hält > 1 Monat mit einer Ladung.

Hardware-Aufbau

1. RTC-Modul (Eigenbau oder Fertigmodul)

DS1307 per I²C (A4=SDA, A5=SCL). Quarz 32,768 kHz, 2× 4,7 kΩ Pull-ups an SDA/SCL. VBAT an GND (keine Pufferbatterie nötig, da Hauptakku vorhanden). Fertigmodul (DS3231) spart Platz & Bauteile.

2. 7-Segment-Display-Platine

4-stellig, Common Cathode, multiplexiert. Anoden (Segmente a–g, dp) → Arduino D10–D17 mit 220 Ω Vorwiderständen. Kathoden (Digits D0–D3) → 4× 2N2222 (Basis an D6–D9, 1 kΩ Basiswiderstand, Kollektor an Digit, Emitter an GND). Taster an D2 (INT0) zum Aufwecken & Menüwahl.

3. Anschluss an Arduino Pro Mini

• Display: Segmente D10–D17, Digits D6–D9, Taster D2.
• RTC: SDA→A4, SCL→A5.
• Buzzer: D3.
• Ultraschall: VCC/GND an 5 V/GND, Trigger→D4, Echo→D5.

4. Ultraschallsensor in Flaschendeckel

Loch in Deckel bohren, Sensor zentriert von innen einbauen (Kabel nach außen). Misst Wasserstand von oben (Deckel) bis Wasseroberfläche. Flaschenhöhe ca. 17 cm.

5. Stromversorgung & Wasserdichtigkeit

Li-Ion-Akku (1000 mAh) auf Arduino kleben, Lademodul USB-Buchse nach außen geführt. Alles mit Heißkleber großzügig abdichten (außer USB-Port). Nicht untertauchen! Spritzwassergeschützt.

Software-Architektur

Bibliotheken

• Time.h, TimeLib.h, Wire.h, DS1307RTC.h
• LowPower.h (Sleep-Modes)
• OneButton.h (Taster-Events: Click, Double-Click, Long-Press)

Betriebslogik

• Sleep-Zyklus: Alle 60 s aufwachen (Watchdog 8 s × 7,5), 5 Ultraschall-Messungen mitteln, Berechnung, 10 s anzeigen, wieder schlafen.
• Taster (INT0): Weckt sofort auf. Kurzer Druck: Menü weiter (Täglich → Wöchentlich → Aktuell → Uhrzeit). Double-Click / Long-Press: reserviert.
• Berechnung: Mittelwert aus 5 Messungen (Ausreißer < 3 cm oder > 16 cm verwerfen). Wasserhöhe = 17 cm – Mittelwert. Unzen = Höhe × 1,87 (kalibriert: 16 cm = 30 oz).
• Trinkerfassung: Wenn Füllstand um > 1 oz gesunken seit letzter Messung → Trinkereignis speichern (Menge, Uhrzeit). Idle-Counter zurücksetzen.
• Nachfüllung: Füllstand steigt → neuer Basiswert, keine Trinkereignis.
• Tageswechsel (23:59): Tages-Summe in Wochenspeicher (7 Tage), Zähler zurücksetzen.
• Wochenmittel: Durchschnitt der vergangenen Tage (bis 7).
• Erinnerung: 2 h (120 Zyklen) kein Trinken → 2× Piepen alle 15 min, bis wieder getrunken wird.

Code-Struktur (Auszug)

// Hauptvariablen
int water_intake_ounch[15];  // Einzeltrinkmengen heute
int water_intake_days[7];    // Tages-Summen letzte 7 Tage
int intake_day = 1;          // 1..7
int idle_time = 0;           // Zyklen seit letztem Trinken

void loop() {
  read_time(); button.tick(); calculation();
  int daily = total_water_intake_in_day();
  int weekly = average_water_intake_last_week();
  // Menü-Anzeige per button_press_count (1..4)
  if (idle_time >= 120) { alert(); alert(); }
  if (millis() - sleep_time >= 15000) { display_off(); attachInterrupt(...); LowPower.powerDown(SLEEP_8S... ×7); detachInterrupt(...); sleep_time = millis(); }
}

void calculation() {
  float sum = 0; int valid = 0;
  for (int i=0; i<5; i++) {
    int d = distance_in_cm();
    if (d < 3 || d > 16) return;  // instabil
    sum += d; valid++;
    delay(10);
  }
  if (valid == 5) {
    float avg_level = 17 - sum/5;          // Wasserhöhe in cm
    water_amount_in_ounce = int(avg_level * 1.87);
    // Trinklogik ...
  }
}

Ergebnis & Praxistest

Display zeigt auf Tastendruck: „d“ + Tagesmenge (oz), „a“ + Wochenmittel, „r“ + aktueller Füllstand, „t“ + Uhrzeit. Nach 15 s ohne Taste → Display aus, Deep-Sleep. Akku hält ca. 5–6 Wochen (Sleep-Strom ~10 µA + periodisches Aufwachen). Ultraschall misst zuverlässig durch Kunststoffdeckel. Erinnerung funktioniert gut – piept dezent aber hörbar.

Verbesserungspotenzial

• BLE-Übertragung ans Smartphone (App für Langzeit-Statistik).
• Temperaturkompensation für Ultraschall (Luftschallgeschwindigkeit).
• Kapazitiver Füllstandssensor (kein Loch im Deckel nötig).
• Gehäuse-Design für 3D-Druck (bessere Dichtung).

Fazit

Ein praktisches, alltagstaugliches Gadget, das Trinkverhalten sichtbar macht und per Erinnerung unterstützt. Der Bau erfordert Sorgfalt beim Wasserdichtmachen, belohnt aber mit monatelanger Laufzeit und nützlichen Daten.