Domanda:
Quali sono gli approcci praticabili a un circuito per rilevare il panno bagnato / umido (bagnare il letto)?
bdutta74
2012-03-21 23:26:34 UTC
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Cercando di progettare un circuito in grado di rilevare in modo affidabile una situazione in cui un bambino bagna il letto. I 3 requisiti chiave sono:

  1. Affidabilità dell'approccio
  2. Facilità di utilizzo, ovvero un approccio semplice
  3. La sicurezza dei bambini (da danni ) a causa dell'elettronica

È possibile utilizzare la tecnica di rilevamento dell'umidità del suolo? Come posso rendere questo dato facile da usare mentre si cambia la linea del letto? Ciò non dovrebbe richiedere la manipolazione del dispositivo, il ricablaggio ecc.

Ti rendi conto che da tempo esistono prodotti commerciali che fanno proprio questo? L'azienda per cui lavoro li utilizza in residenze per anziani per degenti con demenza e incontinenza. Google "Sensore di incontinenza" e riceverai un numero o più fonti.
Grazie @mickeyf. Non era a conoscenza del "sensore di incontinenza" disponibile in commercio. Ciò significa chiaramente che costruire qualcosa di simile non è solo possibile, ma anche provato.
Cinque risposte:
Olin Lathrop
2012-03-21 23:48:33 UTC
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La conduttività è probabilmente il metodo più semplice. Tuttavia, questo è un caso in cui devi stare molto attento alla sicurezza. Sarebbe una buona cosa spegnere due batterie AA. L'output potrebbe essere un opto, che può quindi andare in qualsiasi altra modalità alimentata. Le linee che vanno al letto si collegheranno SOLO al circuito alimentato a batteria, con uno spazio di almeno 5 mm o più da qualsiasi altra cosa.

Il rilevamento dell'acqua non è così difficile e l'urina sarà più conduttiva di acqua pulita. Due righe vanno a letto. Ciascuno può essere guidato fortemente alto o basso, o con un debole pullup o pulldown (debolmente guidato alto o basso). Ognuno va anche in un convertitore A / D.

La maggior parte delle volte non succede niente ed entrambe le linee possono essere debolmente tirate a terra. Il micro si sveglia periodicamente per eseguire un test. Ci sono 4 test separati, ma il micro deve eseguirne solo uno ogni volta che si sveglia. Dovrebbe scorrere tutti in sequenza per evitare qualsiasi flusso CC netto. Spinge una linea saldamente alta o bassa, mette il pullup / pulldown debole sull'altra linea nella direzione opposta, aspetta un po ', quindi esegue una lettura A / D della seconda linea. I quattro casi sono quale linea è guidata e se è guidata alta o bassa.

Dopo una serie completa di letture A / D dovresti sapere se c'è abbastanza conduzione tra le due linee per dichiarare il letto bagnato. Probabilmente vorrai vederlo affermato più volte di seguito per essere sicuro. Un ritardo di pochi secondi non avrà importanza, e questo è un tempo molto lungo per un microcontrollore.

Aggiunto:

Ecco più dettagli sul circuito di cui stavo parlando:

Per eseguire una delle quattro letture, ad esempio, il micro imposterà l'uscita digitale 1 alta, l'uscita 4 bassa, attendere un po '(alcuni ms), quindi leggere l'ingresso A / D 2. Senza connessione tra gli elettrodi, l'A / D leggerà 0. Con una connessione diretta, leggerebbe quasi il fondo scala perché il resistore di pilotaggio da 1K R1 è 100 volte inferiore al pulldown R4.

In pratica puoi raddoppiare l'ingresso A / D e la prima uscita digitale di ogni linea per utilizzare solo due pin del microcontrollore per elettrodo. Ho mostrato i tre distinti per rendere più chiare le funzioni.

Le quattro diverse combinazioni derivano dalle due scelte di quale elettrodo è guidato e quale è il filo di rilevamento (A è stato guidato e B il senso sopra esempio) e se l'elettrodo guidato è alto o basso (alto nell'esempio sopra). Il motivo di queste misurazioni è annullare la polarizzazione causata da eventuali effetti della batteria, effetti dei diodi e evitare che la corrente continua netta mantenga l'elettrodo simmetrico a causa dell'elettrolisi.

È necessario utilizzare elettrodi che non siano corrosi da urina, quindi in teoria non dovrebbero esserci effetti diodi o batteria, ma succedono cose, e fare la logica è comunque banale.

Stavo immaginando fili paralleli cuciti in modo lasco alla parte superiore del materasso sotto uno qualsiasi le lenzuola, tenute forse un pollice o giù di lì. Una coppia che attraversi l'area bagnata prevista da un lato all'altro dovrebbe essere sufficiente, ma potresti usare due o tre fili per ogni elettrodo alternati per coprire più area.

Non so quale buona scelta di filo è, ma certamente non rame. Nichrome potrebbe essere buono, ma devi controllare tu stesso. Non so quali metalli non verranno corrosi dall'urina di cui puoi trovare fili che non costano una fortuna. Ad esempio, l'oro funzionerebbe benissimo chimicamente ed elettricamente, ma si romperebbe facilmente e ovviamente costerebbe molto anche se lo trovassi. Il filo di platino esiste e potrebbe essere adatto anche se molto costoso. Controlla prima nichrome.

Aggiunto 2:

Apparentemente c'è ancora confusione sulla sequenza di test di cui sto parlando. Ecco i 4 test:

 Num Drive A Drive B Read --- ----------- ----------- ---- 1 forte alto debole basso B 2 debole basso forte alto A 3 forte basso debole alto B 4 debole alto forte basso A 

Il risultato finale è quindi (# 1 + # 2) - (# 3 + # 4). # 1 e # 2 dovrebbero essere letture alte e # 3 e # 4 letture basse. Facendo tutte e quattro le operazioni e sommando il risultato come ho mostrato, annulli sia il rumore di modo comune che qualsiasi segnale differenziale fisso, come potrebbe essere causato dall'effetto della batteria a causa della corrosione asimmetrica.

Se non lo fai credici, lavora con uno o due esempi.

Grazie Olin. Mentre ho visto alcuni articoli che parlano di quello che potrebbe essere un risparmio di tensione quando è coinvolto il tocco umano, presumo che la maggior parte di essi sia per adulti. C'è qualche studio che dimostri che 3V va bene per i bambini, anche se momentaneamente?
Per quanto riguarda il circuito, a causa delle mie limitate conoscenze elettroniche, faccio fatica a capire l'approccio. Ecco uno [schema] (http://img339.imageshack.us/img339/1770/bedwetckt1olin.png). Quello che stai suggerendo è qualcosa di simile?
@icarus74 Penso che i 3V non siano nemmeno sentiti da nessuno (avrai sicuramente toccato una batteria AA con entrambe le dita alle estremità, e due volte non è poi così diverso). Inoltre, è applicato su un foglio e con fili molto distanti. Dovrebbe essere ragionevolmente sicuro.
@icarus: Non posso indicare nessuno studio definitivo, ma in realtà, 3V applicato per pochi millisecondi ogni secondo con almeno 1 kOhm in serie non si farà sentire, figuriamoci causare problemi.
Puoi entrare un po 'più in dettaglio sui quattro test? Il test n. 1 è 1 fortemente alto, 4 molto basso e 2 e 3 debolmente abbassato, quindi leggi B? Il test n. 2 sarebbe lo stesso tranne leggere A? Il test n. 3 sarebbe 1/4 debolmente in basso, 2 basso, 3 alto, leggi B? # 4 sarebbe lo stesso ma leggi A?
Olin, ho costruito il circuito e funziona, e ora mi chiedo se la sensibilità potrebbe essere migliorata usando un semplice amplificatore? Forse una coppia Darlington? Questo dovrebbe rientrare in una domanda completamente nuova?
@Mark: Non credo che tu abbia bisogno di un amplificatore. Ciò aumenterebbe anche l'assorbimento di corrente quiesciente. Ora sto lavorando a un progetto che rileva l'acqua potabile e questo approccio funziona bene. L'urina dovrebbe essere significativamente più conduttiva. Modificare le resistenze da 100 kOhm a 1 MOhm per ottenere letture più elevate quando sono bagnate. Assicurati anche di lasciare un tempo abbastanza lungo, probabilmente qualche ms, perché le cose si sistemino con una resistenza così elevata. La soglia del rilevatore di acqua potabile è di circa 20 conteggi A / D dopo la somma che ho descritto sopra. Questa è una piccola parte della gamma, ma abbastanza per lo scopo.
user3624
2012-03-22 00:01:00 UTC
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Ne aggiungerò uno importante al tuo elenco di requisiti: nessun contatto elettrico diretto con, ehm, liquido. Quel liquido è corrosivo, sporco e una miriade di altre cose. Per sicurezza preferiresti non avere un contatto diretto, ma per "durata del sensore" non lo vuoi nemmeno. Inoltre, vuoi che la pulizia sia semplicissima.

Ecco cosa farei ...

Userei un sensore tattile capacitivo. Qualcosa basato sulla roba "CapTouch" di Cypress PSoC, o simile. Ciò consentirebbe di percepire il liquido senza contatto. I sensori captouch sono incisi su un PCB standard e coperti con soldermask e altro. Infila questo sotto un batuffolo di cotone spesso da 1/4 a 1/2 pollice e sotto le lenzuola. Quando si bagna, il sensore captouch registra qualcosa.

Ho fatto un rapido test qui nel mio ufficio. No, non ho bagnato il letto. Abbiamo un pannello tattile basato su questa tecnologia. Ho preso un tovagliolo di carta bagnato e ho premuto alcuni pulsanti e ha funzionato bene. Ho quindi preso una "sostanza liquida all'interno di un sacchetto di plastica sigillato" e ho ripetuto il test con successo.

Il dischetto di cotone serve a separare la persona dal sensore per evitare falsi trigger. Aiuta anche a contenere il disordine, se dovesse accadere. Getta il tampone in lavatrice secondo necessità.

Penso che soddisfi tutte le tue esigenze:

  1. Affidabilità: basato su 2 minuti di test, sembra essere affidabile ! :)
  2. Facile da usare: basta appoggiarlo e provarci.
  3. Sicurezza: nessun contatto elettrico diretto. Dovrebbe essere al sicuro. Può essere alimentato a batteria per un ulteriore livello di protezione.
  4. Pulizia: una lavatrice e alcuni panni sono tutto ciò di cui hai bisogno.
Vorrei anche un rivestimento conforme al PCB, solo per una maggiore protezione.
Grazie David. Questo approccio sembra molto promettente. Le mie 2 preoccupazioni con questo approccio sono: # 1) Spesso, quando i bambini bagnano il letto, solo una piccola area si bagna, diciamo circa il 25% casuale del letto, ma con questo approccio potrei aver bisogno di una serie di pannelli touch, per coprire la maggior parte delle parti del letto, giusto? Quindi renderebbe questa una soluzione piuttosto costosa. O riesci a pensare a un'alternativa a basso costo a quello?
preoccupazione # 2) È che in un rapido test con il mio tablet e telefono, entrambi con touch-screen capacitivo, l'asciugamano bagnato non ha rilevato nulla. Ho provato a premerlo con uno spesso tampone di plastica (per evitare che la mia pelle entrasse in gioco), ma ancora niente.
@icarus74 Ho ripetuto il test con un Samsung Galaxy S2 e un iPhone 4 ed entrambi hanno funzionato. Ho preso un tovagliolo di carta e l'ho arrotolato a forma di dito, l'ho bagnato e ho toccato il display con la punta. Se il tuo asciugamano fosse troppo "largo" potrebbe causare problemi con il software del telefono (non è un problema per te). L'area totale del sensore potrebbe essere un problema con il tocco del cappuccio. Il più grande che potresti realizzare con un sensore è di circa 2x2 pollici e quindi ne metteresti forse 10 o 20 per PCB. Un PCB a 2 strati è buono, 1 strato potrebbe funzionare.
akohlsmith
2012-03-22 06:39:30 UTC
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Mi piace la soluzione di @ DavidKessner, ma un PCB sul materasso mi sembra ... scomodo. Cucirei filo conduttivo (google per altri fornitori) in diversi indumenti intimi per andare a dormire, creando diverse linee attraverso l'area che si bagna. Collega insieme ogni altra linea in modo da avere ora un paio di linee del sensore. Visualizzalo in questo modo:

  + ---------------------------------- - A + ----------------------- ++ ----------------------- ++ ----------------------- ++ ----------------------- + ----------------------- + --------- B  

Quando arriva la biancheria intima bagnato, la resistenza tra A e B diminuirà drasticamente. È possibile collegare A e B a qualsiasi tipo di piccolo connettore a scatto (sto pensando a un connettore per batteria da 9 V) che quindi conduce al circuito effettivo che potrebbe essere piccolo e con cerniera / abbottonato in una posizione comoda sulla gamba / davanti / retro del pigiama. Potresti spegnere un paio di celle a bottone e ci sono NUMEROSI circuiti di "rilevamento dell'acqua" online che potrebbero essere MOLTO piccoli e leggeri.

Lavare è semplice come staccare la biancheria intima dal circuito e lanciarla. nel lavaggio.

Grazie per aver risposto alla mia domanda. In realtà questo è stato uno dei primi approcci (grosso modo) che mi è venuto in mente, ma ero davvero preoccupato che qualcosa di più di 3 V venisse applicato per rilevare la conduttività. Il 9V applicato ad aree sensibili della pelle umana provoca disagio, e questa era la mia preoccupazione numero 1 quando usato su qualcosa che aveva a che fare con un bambino.
A proposito, mi piace molto l'approccio del filo conduttivo. Quello sposato con l'approccio di Olin sembra un'opzione. Sulla base della mia comprensione dell'approccio di DavidKessner, il PCB non dovrebbe essere abbastanza facile da sentire attraverso il letto, poiché si trova sotto almeno 1 strato di imbottitura di cotone.
una versione a bassa potenza di un 555 o di qualsiasi piccolo MCU dovrebbe essere in grado di funzionare molto bene con una tensione di 3 V (o meno, se si desidera mettere un regolatore step-up di fronte). Non stavo suggerendo 9V per una vera batteria da 9V, ma piuttosto lo stile di connettore "a scatto"; è piatto, aderente (quindi non si allenta) e si lava relativamente bene.
Ah, grazie per aver chiarito. Mi è mancato il bit "connettore", scusa! Molte persone nel mondo di Arduino sembrano usare i bottoni automatici in metallo come [questi] (http://i01.i.aliimg.com/img/pb/609/932/205/1212067190679jpg.jpg).
Curd
2012-03-22 15:03:58 UTC
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È possibile misurare la conducibilità completamente senza contatto (ovvero utilizzando fili della sonda completamente isolati) con test a correnti parassite (vedere la mia risposta a questa questa domanda).

Avere una sonda completamente isolata ( = bobina) lo rendono sicuro contro la corrosione e le scosse elettriche.

Penso che non funzionerà con un foglio.
Toby Jaffey
2012-03-22 15:14:57 UTC
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Potresti usare un sensore di umidità relativa, questo genere di cose.

Uhmm dove lo metteresti? Voglio dire, pensi che uno di questi da qualche parte nel materasso sarebbe sufficiente?
Avrebbe bisogno di alcuni test. Ma credo che il pannolino elettronico / ZigBee utilizzi qualcosa di simile.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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