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毕业论文(设计)
英文文献翻译
英文题目 Design and Implementation of a Bluetooth-Based MCU and GSM for Wetness Detection
中文题目 基于单片机蓝牙技术和GNS的温度检测设计
基于单片机蓝牙技术和GSM的温度检测设计
MOHAMED Y. E. SIMIK , FENG CHI, AND CHEN LI WEI
Information and Communication Engineering College, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
Corresponding author: Mohamed Y. E. Simik (mocimic@hotmail.com)
本论文由哈尔滨工程大学创新型人才国际交流项目资助耕作。
摘要：尿布疹对婴儿和老人有害，所以许多研究者已经改进了湿度检测技术来研究帮助解决方案。此外，遗尿症是日常护理中的一个主要保健问题，特别是对于疗养院中体弱的老年人和老年痴呆症患者。出血被定义为血液从循环系统中泄漏，并可能导致死亡。因此，手术和急救的一个重要部分是控制出血。我们基于蓝牙的湿度和出血检测器由湿度传感器、微控制器、蓝牙收发器微控制器和GSM调制解调器或计算机组成。医用绷带或尿布之间的两个或四个细导线层包括湿度传感器。电线连接到一对从尿布或纱布一端伸出的压钉上。当电线潮湿时，螺柱之间的电导下降，超过预先设定的阈值，启动警报。蓝牙收发器通过微控制器将警告警报传递给GSM调制解调器。因此，智能手机或其他警报器开始鸣响，通知医护人员正在发生潮湿或出血。
关键字：可穿戴湿式探测器;尿液;微控制器;蓝牙收发器;智能手机
1、引言
现代医疗环境要求人们对尿布湿度检测系统或技术，用于提醒护理人员何时更换尿布。虽然一些湿度传感器正在生产中，但是成本、体积、简单和普遍适用性限制了它们在许多领域的用途。由于人口老龄化的加剧，遗尿症患者越来越多。人们对患有精神疾病和严重疾病患者的医疗保健、生活质量和提高福利越来越感兴趣。护理人员必须定期检查住在疗养院、公立医院或疗养院的病人；脑死亡患者；残疾人不能排尿的人；或者老年痴呆症患者的尿布是否坚韧。在本研究中，我们提出了一种简单方便的方案使用智能手机或通过蓝牙收发器和微型计算机设计出血和潮湿检测系统。所提出自动检测湿度并通过蓝牙和可选的音频报警器的方法[1]–[4]。
研究者提供了一些识别和测量尿布水分的方法的例子[5]–[10]。
- 湿度检测方法
为了检测尿布中的湿度，人的活动通常是通过颜色变化或压力信号进行监控。
在所有湿度检测方法中，主要目标是在日常活动中发现潮湿事件
四个可能的结果:
（1）真阳性(TP)：出现潮湿，检测器报道了一起潮湿事件。
（2）假阳性(FP)：没有出现潮湿，但是探测器报告了一起潮湿事件。
（3）假阴性(FN)：发生了潮湿，但是检测器没有报告潮湿事件。
（4）真阴性(TN)：潮湿没有发生，并且探测器没有报告潮湿事件。
湿度检测系统的成功评估如下：其灵敏度，测定总蛋白/(总蛋白 纤维蛋白)，特异性，
确定为总氮/(总氮 总磷)。
高灵敏度通常出现在实验环境中，但在现实生活中，性能不太有效。穿戴式湿度检测器是检测湿度的基本方法，事件和扩展通信，通过无线电传播频率[11]，[12]。
如表1所示，期望的规格适用于提议的系统[13]。
表1 .建议系统的预期规格
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参数 |
理由 |
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适用于各种尿布 |
该设备优先兼容所有品牌尿布和其子品牌 |
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设备的重量（可穿戴） |
尿布内的所有成分和所有物体的总重量最好低于70克。 |
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一次性传感器（可穿戴和遥控）的成本 |
一次性传感器为0.2美元 可穿戴式湿探测器为15美元 远程节点为25美元 |
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排便传感器灵敏度 |
传感器将能够检测到2毫升排尿和0.2磅排便 |
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尺寸（可穿戴） |
40毫米x 20毫米x 5毫米 |
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材料 |
传感器最好是可生物降解的。 |
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电路 |
尿布内的电线应安全，不得造成有害影响。 |
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可靠性 |
该装置将100%准确检测规定的首选尿量和排便量。 |
- 系统设计、材料和方法的建议
安装在目标环境中的分发点包括定期扫描警报的无线网络。如果发生潮湿事件，无线网络将从弄脏的尿布接收信号。在无线网络的帮助下，湿尿布可以位于网络覆盖区域。我们描述提义的方法分为五个部分。首先，湿式传感器单元检测状态湿气。如果医用纱布或尿布是湿的，传感器立即向微控制器发送信号。第二，微控制器向蓝牙发射器发送消息。然后，蓝牙发射器向发送信号蓝牙接收器。第四是微控制器，它接收来自蓝牙的信号。最后，GSM调制解调器结束给护理人员的警告信息。图1演示提议的系统。
图1系统框图
我们使用蓝牙有两个原因。首先，蓝牙消耗低能量。低功耗的缺点是数据吞吐量小，尽管在这种应用中，需要通过网络的数据量很小。第二，蓝牙被用于越来越多的嵌入式设备中系统，尤其是智能手机和笔记本电脑。通过利用蓝牙技术，所提出的系统可以轻松地与其他设备通信，增加了将提议的系统集成到更大的网络。
- 湿式传感器的两种设计
在我们测试的两种湿度探测器中，第一种设计适用于并兼容所有品牌和子品牌因为所提出的系统不需要调整并且不会损害任何部分的完整性尿布的。因此，一次性湿式传感器及相关组件将容易地放置在尿布中而不需要切割或者修改尿布。传感器由放置在一次性纱布层之间的四根细线组成。如图2和图3所示，四根细线连接到从一次性纱布一端伸出的一对按压螺柱上。一次性纱布可以检测尿布上的任何湿度或尿液量。该方法提高了提议的湿度检测器[1]，[14]的响应性。
图2一次性湿式传感器及相关部件
图3放置在尿布中的一次性湿式传感器
第二个想法包括一对细长的细线位于尿布或医用敷料层之间在一个容易潮湿的地区。两根线的端部从尿布的前上部伸出并终止在按扣处，如图4所示，[1]，[14]。
图4尿布层之间的两根细线连接到一对按扣上
图5湿度和出血检测器电路图
图5展示了一个简单的电子电路。细线L1和L2通过连接到传感器电路简单的按扣。4.5或6伏DC电源(B1)提供电流。当纱布或尿布潮湿时，电导在L1和L2之间超过了预设的阈值，允许流经电阻R1和R2的电流。压降通过电阻器R2偏置晶体管Q1。当晶体管QI导电时，电能到达微控制器来转动它[1]，[14]，[15]。
- 微控制器电路图和蓝牙传输
提议的湿度检测器单元设计用于一种基于ATMEGA328P-PU 8位AVR RISC的微控制器。ATMEGA328功耗低，并且配有32KB可编程只读存储器闪存、1024B可编程只读存储器、2KB静态随机存取存储器和其他外设。建议的电路包括湿式传感器、ATMEGA328P-PU微控制器和HC-05蓝牙芯片。模拟湿度检测器产生一个模拟信号通过引脚12发送至ATMEGA328P-PU。然后ATMEGA328P-PU芯片将信号传输到HC-05蓝牙芯片通过引脚2和3。该系统具有操作模式的三种选择。首先，电路工作正常通过蓝牙通过针脚6远程连接，通过蓝牙连接开关。在第二个和第三个选项中，电路在本地工作，通过引脚9和11由发光二极管或蜂鸣器触发警报，通过蜂鸣器和发光二极管开关通过引脚4和5。图6显示湿度传感器ATMEGA328P-PU和蓝牙传输示意图[16]–[19]。
图6湿式传感器、ATMEGA328P-PU和蓝牙传输
- 接收器电路图和GSM调制解调器
图7示出了接收器部分。蓝牙接收器接收信号并将其发送给微控制器经由pTXD和RXD引脚。然后微控制器接收通过引脚0和1的信号。因此，(SIMComSIM900D)，全球移动通信系统调制解调器从微控制器通过引脚8并开始发送警报智能手机或屏幕监视器。此外，该系统有三种可能的操作模式。首先，该电路通过全球移动通信系统远程工作调制解调器通过针脚8，通过GSM开关通过针脚11。为第二和第三种选择，电路在本地工作通过引脚由发光二极管或蜂鸣器开关发出警报12号和13号。接收器可以由电池或电源供电允许免费安装的插座[18]–[22]。
- 系统概述和操作场景
图8描述了一般系统操作流程图微控制器支持尿布的及时检测或使用湿度传感器的医用纱布湿度；当尿布或纱布是湿的的时候，传感器发出事件信号(S = 1)。这个信号或者通过无线传输蓝牙收发器到微控制器进行处理或被本地传送到蜂鸣器或发光二极管。接收器微控制器提供对以下内容的及时检查来自蓝牙接收器的信号(B = 1)；这个信号要么本地进入蜂鸣器或发光二极管，要么远程移动通过GSM调制解调器连接到智能手机或电脑。随后，护理人员会收到警报，提醒他们需要及时更换尿布或医用纱布。
图7微控制器、蓝牙接收器和GSM原理图
图8 系统流程图和操作场景
- 结果和讨论
图9显示了湿度检测器的原型。我们测试过了真正尿布和医用垫中的湿度检测器扬声器和发光二极管发出清晰的嗡嗡声和发光二极管灯。我们通过弄湿尿布来评估系统使用高密度自来水，并用各种量(1毫升、2毫升、3毫升、4毫升和5毫升)。我们变了R2值，直到蜂鸣器发出声音并使用它值作为其他四个传感器上的固定电阻。在测试中，我们从湿度检测中估算了所有的功能系统从蓝牙初始化到接收报警信息。在整个开发过程中，我们进行了测试所有功能分开5次。因为所有的功能通过测试后，我们又进行了5次集成实验。随后，我们评估了许多不同的场景每人三次。测试结果表明蓝牙能够从报警节点向GSM节点发送消息顺利。
此外，我们测量了功耗蓝牙传输期间湿度检测器部分的并且处于空闲状态。我们用两个测试了可穿戴部件蓝牙传输下的CR1632电池(130毫安)使用1000 ms扫描间隔的周期模式500毫秒的扫描窗口。消耗的周期模式(0.171毫安)；单次充电的操作持续时间从30至45天，视日常使用情况而定。在原型测试之前，我们进行了模拟使用Proteus软件。虚拟终端监视器来自接收微控制器和GSM调制解调器发出警报信息取决于传感器上的按扣。监视器上会立即显示一条警告文本消息，如图10所示。测试表明，该探测器可以通过设置阈值电压来调整以识别任何电平湿度，根据条件检测情况。湿度传感器在测试中运行良好。
图9建议的系统原型在真实尿布中测试
图10提出的系统通过Proteus软件仿真进行测试
图11发光二极管模式下湿度检测器的状态
图12发光二极管模式下的接收器部分状态
图11显示了普罗透斯模拟应用中发光二极管传输模式的状态，基于湿度探测器响应。在这种模式下，蓝牙和蜂鸣器模式关闭。
图12示出了当发光二极管模式在Proteus仿真应用程序中处于活动状态，基于湿度检测器的响应。在这种模式下，GSM调制解调器蜂鸣器模式关闭。为了确保电子湿度传感器在市场上具有竞争力，我们又进行了一次实验测试，观察传感器的微控制器输出电压。
A
B
C
图13单片机压降(A)干尿布，(B)2mL水，(C)5mL水
根据尿布内的水量，压降如图13所示。执行测试后，我们的设计的检测器给出了更高质量的响应。
- 结论
尿布穿着者的健康对父母和护理者来说至关重要。长时间穿着湿尿布会造成严重的后果导致健康并发症。在这篇文章中，我们提供了一个基于微控制器、蓝牙和智能手机的显示器。模拟和实验结果所提出的系统对于检测尿布。我
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