FPC尿导电液体监测报警器

灵感来源

在日常生活中，照顾老人和小孩是许多家庭的重要任务之一。无论是由于年龄小未能及时表达需求的小孩，还是因为身体机能衰退难以自理的老人，尿液监测不及时常常导致皮肤红肿、尿布疹等健康问题的发生。这些问题不仅给被照顾者带来了不适，也增加了看护人员的负担。鉴于此，我们设计并开发了一款创新性的无线尿导电液体监测报警器，旨在有效解决这一普遍存在的难题。

问题背景

小孩方面：婴幼儿无法自主控制排尿，且往往不能及时告知父母或看护人员需要更换尿布的情况。长时间处于潮湿环境中容易引起皮肤问题。
老人方面：随着年龄的增长，部分老年人可能会面临失禁的问题。对于行动不便或者患有认知障碍的老人来说，这种情况更加严重。如果不能及时处理，将严重影响他们的生活质量，并可能引发皮肤感染等问题。

解决方案

我们的尿导电液体监测报警器采用了双通道ADC电极片传感技术来检测尿液的存在。一旦检测到尿液，设备会立即发出警报通知看护人员进行处理。该设备具有以下特点：
高灵敏度ADC电压监测：能够准确识别尿液导电液体，及时提醒。
便捷安装与使用：FPC薄膜软板易于贴合固定于尿布上，减少造成使用者的不适。
即时报警功能：通过蜂鸣器声音和红光LED闪烁等方式迅速提醒看护人员，确保能及时采取措施。
本项目的灵感来源于对生活细节的关注以及对特殊群体需求的理解。我们希望通过本项目，不仅能减轻看护人员的工作强度，更重要的是提升老人和小孩的生活质量，让他们感受到更多的关爱与尊重。

项目简介

本项目是基于51单片机的导电物质（一般为液体）报警器，具有检测尿失禁状态或导电液体有无，并可进行蓝牙/WIFI/TTL串口通信，在本项目验证了WIFI和串口通信。

项目功能

本设计是基于STC单片机设计的无线监测报警系统,硬件采用FPC软件设计，可贴合至监测面（如尿布）；
本设计的监测面是通过焊盘开窗，将GND和双通道ADC接线端引出至电极片。
有源蜂鸣器和红光报警LED灯在监测到导电液体，如尿液或自来水等，蜂鸣器和红光LED会立即进行发声和闪烁。
单片机的TTL通信口引出TXRX，搭配LDO-3V3降压器件，可对蓝牙模块如VG6328A,WIFI模块如ESP01S,其他单片机主控如STM32等MCU进行TTL通信。其中蓝牙和WIFI模块可实现对实时电极片电压值进行无线通信监测。

项目参数

• 本设计采用AI8H2K12U SOP-8单片机主控，双通道ADC监测导电液体有无状态；
• 本设计采用蜂鸣器和红光LED来进行声光报警，从听觉和视觉提醒；
• 可选用蓝牙模块或无线ESP01S模块，本项目验证了ESP01S远程监控的可行性；
• 本设计采用FPC软板，镀金焊盘开窗，单片机和LDO等器件下方采用补强板补强；
• 配套上位机可进行串口通信和无线WIFI-UDP通信，实时监测尿等导电液体有无状态。
  上位机界面如下：
  

原理解析（硬件说明）

本项目监测器硬件各部分说明如下：

单片机主控通过监测导电液体监测面的各电极之间的电压变化来判定是否报警，当导电液体在监测面上，则电压由默认的上拉降低，当电压降低至设定限值时，则通过三极管控制声光报警模块报警和闪烁。
单片机主控将采集的电压数据和限值数据通过串口发送。Type-C为声光报警模块、单片机和LDO供电，LDO降压模块将电压降至3.3V方便后续无线模块从串口读取监测电压幅值和限值数据。

软件代码

单片机采用keil编程，主要内容如下：
首先进行头文件的载入：

ADC和UART配置函数进行电压采集和串口通信配置：

进入到主程序后，进行参数初始化，从EEPROM内读取LEVEL限值，之后进入到while循环，监测串口是否接收到数据，如接收到数据，则将接收到的值进行解析并赋值至level限值，之后通过ADC采样，并输出对应采集值和判定，当判定超限则控制声光报警断开P54电平变化来启动声光报警。如下图所示：

组装流程

焊接首先用热风枪和焊锡膏进行贴片器件（单片机，电容电阻，LDO降压）的焊接，注意热风枪不要吹FPC太久，会导致变形。

之后进行插件器件（蜂鸣器和Type-C接地插）的焊接，使用电烙铁加焊锡丝进行焊接，之后剪短管脚。

完成焊接后测试电路是否短路断路再连接供电和单片机进行串口烧写。

注意事项

• 单片机烧写需要进行Type-C断电，再重新连接即可烧写程序
• FPC软板不可长时间高温焊接，注意把握焊接时间
• 当监测面液体触发报警后，可将监测面用吸水纸擦干即可进行下一次的监测使用
• 无线模块目前只预留接口，未完全融入FPC中，因此需要焊接对应引线，本项目中焊接了四个母排线接口来接入TTL模块和ESP01S模块

实物图

未加通信模块的焊接好的实物图如下：其中对通信模块的端口线进行引出方便接线调试：

连接串口通信后实物图如下，此时打开ISP烧录软件，载入HEX文件，选择正确单片机型号和串口号然后点击下载，插拔type-c后单片机自动下载程序至主控。烧录IRC选项按照默认的11.0592MHz，其余均为默认值。

连接ESP01S无线WIFI模块后的实物图如下，需要提前烧录好ESP01S再接入本监测器。注意通信端口波特率和参数为115200，N,8,1。

后记：感谢嘉立创提供的免费FPC打样券，本项目具有后续改进和商业应用的潜力，如果有兴趣，欢迎与我交流。