「沒洗手」警示系統

八月 5, 2014
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你可能有在公共廁所看過提醒民眾要洗手的標誌,或許你曾想過,到底有多少人會真的去注意。今天我們要來做一個簡單的警示,當有人忘記洗手的時候,就會發出警示告知你(以及廁所裡的每個人)。

在Instructables上觀看專題:www.instructables.com/id/Unwashed-Hands-Alarm/

零件

  • Arduino微控制板
  • 壓電元件3個
  • 741 OP AMP混和式電路3個
  • 4.7kΩ電阻9個
  • 1MΩ電阻3個
  • 1kΩ電阻3個
  • 100kΩ電阻1個
  • 跳線
  • 紙電路板1個
  •  磁簧開關1個

  • LED 12個
  • 9V壓電警示器1個
  • IRF510電力MOSFET電晶體1個
  • 紙板
  • 影印紙
  • 9V電池1個

工具

  • 烙鐵
  • 熱熔槍

第一步:這個系統如何運作

以下是系統的運作方式。首先,感測器會感測有馬桶被使用,然後另一個感測器偵測被使用的洗手槽,第三個感測器則感測廁所門的開關。Arduino的微型監控器可以掌控這三個感測器,如果有人用了廁所,卻沒有用洗手槽,當他打開廁所門準備離開,就會有警鈴大響。如此一來,全廁所的人都會知道有人沒洗手。

第二步:Arduino程式碼

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第三步:感測器

  • 這個專題可以用的感測器有很多種,如果要感測門是否打開,我用的是磁鐵簧片。如果要測試馬桶和洗手槽有沒有被使用,我用的則是壓電感測器。
  • 壓電感測器安裝在馬桶跟洗手槽的水管上,只要水流經管子,壓電元件就會把震動轉換成微電子訊號,該訊號藉由簡單的OP AMP電路放大,並傳送至微型監控器。

第四步:準備壓電元件

  • 這個專題幾乎可以使用任何一種壓電元件,壓電元件在大多數會發出嗶嗶聲的電子產品中都可以見到(手錶、計時器等)。但是,如果你的壓電元件是置於塑膠盒蓋內的話,要把外盒拿掉。此外,許多壓電元件都是帶有迴路的,也必須要移除,如圖所示。
  • 我從Radio Shack買了一個小的壓電蜂鳴器。首先,我用小的螺絲起子把盒蓋拿掉,裡面有壓電元件和小型驅動電路。然後把連接驅動電路板跟壓電元件之間的線路剪斷,留下壓電元件和三條電線。接下來要把壓電元件和外面的外迴圈以及大的白色電路接起來(不是中間的突起處),所以我也把和中間小的面板相連的電線剪斷。剩下的兩條線是連接到放大器的電路。

第五步:放大器電路

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  •  我選擇用在這個專題的放大器電路,是基本的741 OP AMP放大器。我是根據Instructables上的使用者staceyk「低成本水流感測器兼周遭顯示器」(Low Cost Water Flow Sensor and Ambient Display)的電路,來製作我的放大器。我用的是Arduino 5V腳位供電,兩個4.7k的電阻形成分壓器,讓基礎訊號為2.5V。讓訊號源的電壓維持在供應電壓的中間範圍,你便可以掌控雙向伏特的變化。
  • 這三個感測器都是為了廁所的管線、洗手槽的冷管線與熱管線而製作,每一個放大器電路所產生的訊號都會傳送到Arduino的類比輸入埠腳位。

第六步:在麵包板上做出感測器的原型

  • 首先,我在麵包板上做出放大器電路測試,我用許多開關取代壓電零件測試編碼。成功後,便把壓電元件和放大器放到第二塊麵包板上。
  • 我用熱熔膠把其中一個壓電元件固定在洗手槽的冷水水管上,然後用鱷魚夾跳線連結壓電零件跟放大器。
  • 試著開關水龍頭,如果感測器感測不到水流,那就調整一下編碼的靈敏度。如果還是不行,可以調整電阻的大小,以控制放大器。你也可以試看看把感測器放在管線的不同位置。
  • 你的電路成功後,就可以把放大器電路焊到一塊電路板上。

第七步:把零件焊接到電路板上

接下來,你要把所有的電路零件焊接到一塊電路板上。在放置電源和外接電路的時候,要注意長度,要能夠從感測器連到Arduino放置的地方。

第八步:改變感測器的設計

  • 有的時候,感測器會感測不到水流經過管線,因為水管有水流經的時候震動幅度不大。有的時候,有可能是其他的東西震動,造成感測器讀到錯誤的訊息。如果有上述這些情形,那麼便要用另外兩個感測器感測馬桶和洗手槽是否有被使用,請見例子。
  • 你可以用一組簡單的電路偵測流經的水流。水的導電能力強,可以用來當作低電壓開關。把一條電線接地,另外一條接到微型控制器的輸入腳位,然後在輸入腳位和正極電源之間放置一個高電壓的電阻(100K歐姆以上)。這個電阻做為上拉電阻,使輸入腳位可以為HIGH。但當兩條電線末端一同沒入水中後,便會把輸入腳位導向地面,使腳位讀數為LOW。只要上拉電阻的電阻大於水的電阻,這方法便可行。
  • 如果要感測馬桶有沒有使用,你可以在馬桶的儲水箱裡放置電線(但不要放在浮力球裡),讓電線保持在儲水箱的水平面之下,當電線末端沒入水中時,輸入腳位讀數為LOW。如果有人沖馬桶,水面就會下降,電線會外露無法透過水導電,如此一來腳位讀數就會維持HIGH,一直到儲水槽的水滿。
  • 如果要感測洗手槽有沒有使用,你可以在水龍頭下接兩條電路。把兩條電線放在這裡,如此一來水一開便會有水流經。

第九步:門的感測器

  • 我用磁簧開關來感測門的開關狀態,這種開關常用於保全系統,偵測門窗有沒有被開啟。一個磁簧放在門上,另一個則放在牆上緊鄰於門上的,只要門一開,迴圈就會被中斷。
  • 要讓這個裝置起作用,要把磁簧上的一條電線接地,一條接到輸入腳位,然後把輸入腳位用高電壓電阻(100K歐姆以上)和正極電源相接。門關起來的時候,腳位讀數為LOW,當門被打開的時候,腳位讀數為HIGH。

第十步:警示鈴

  • 任何你想的到的東西都可以當警示鈴,我選擇用兩種:警報器和燈光,做為警示。
  • 首先,我先用印表機印了「沒洗手」的標誌,然後我剪了幾個比紙張還小的紙板。我再把標誌和紙板用膠水黏在一起,並把標誌邊緣沿著紙板包起來。
  • 然後,選擇要在哪裡放置LED。每個放置LED的地方我都會挖洞,讓導線可以露出來,然後我把LED放置入,然後把導線壓平,讓他們能順著板子。
  •  LED用的電池跟微型控制器一樣是9伏特的電池,因為一個LED用3伏特,所以我把三個LED為一組串聯起來,如此一來就可以省去通常使用LED時所需的電阻。
  • 警示鈴以平行的方式與LED排列,可以放在任一處方便置放的地方,不管是標誌後面或旁邊,都可以。
  • 警示鈴是由單個電晶體所啟動,電池組的負極端連接到微型控制器上的GND腳位,而微型控制器的輸出腳位則連接到電晶體的基座。當微型控制器發出高訊號到電晶體時,電晶體便會發亮並發出警示鈴響。

第十一步:完成系統

  • 所有的零件都就定位後,你就可以測試看看。沖馬桶,然後開門,警鈴應該要響個5秒鐘。然後等待1分鐘讓系統重新設定。第二次,沖馬桶,然後打開水龍頭,這一次開門,警鈴則不應該響起。這個警示鈴應該會讓餐廳裡第一位上廁所沒有洗手的人大吃一驚。
  • 這個專題所用的程式,是專門寫給私人廁所和單一馬桶及洗手槽,但是你可以試著修改程式,使其適用於多個感測器。
  • 最後一點要注意的是,我想要向Gary Larson致敬,他創作了漫畫Far Side讓我有靈感做出這個專題。如果你還不是Gary Larson的粉絲,我強烈推薦他的漫畫,可以從他的作品中找到許多靈感。


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JASON POEL SMITH
我叫做Jason Poel Smith,工程學學士學位,一半機械工程,一半電子工程。我待過各行各業,包含水壓式高空作業車、飛機工具等。目前大多數的時間,我都在跟我的新玩具玩耍。空閒時,我會創作How-to系列連載〈DIY Hacks and How Tos〉。

(譯:呂紹柔)
[原文]

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