KR20010104118A - Remote auto-recognition system of wetted person using water auto-detecting and wireless transceiver system, and collision protecting algorithm of multiple FSK signal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 환자나 유아가 수용되어 있는 수용시설에서, 습기센서를 이용하여 소변배설자를 자동검출하고 배설자의 고유 ID를 무선 FSK 변조시켜 원격에 있는 간호자나 보호자에게 알려주는 기능을 지원하는 대소변자동검출 및 무선송수신시스템을 이용한 소변 배설자 원격인지 시스템에 관한 것이다.The present invention provides a urine excretion using a moisture sensor in an accommodation facility that accommodates a large number of patients or infants, and urine faeces to support the function to inform the caregiver or guardian in the remote by modulating the unique ID of the excretory wireless FSK Urine excretory remote recognition system using automatic detection and wireless transmission and reception system.
본 발명은 약간의 땀과 같은 습기가 아닌 소변을 정확하게 감지하는 센서회로와 센서의 습기에 대한 노출면적을 조절하는 기능과, 그리고 기존에 발표되고 있는 개인용 대소변 감지 및 경보장치가 아닌 여러명이 동시에 수용되어 있는 양로원이나 고아원등에서 소변배설자에게서 경보음을 발생시키는 것이 아니라, 원격지에서 자동으로 인지할 수 있도록 대소변배설자 개별 고유 ID를 처리하는 마이크로컨트롤러와 소변 배설자 ID 및 배설상태 데이터를 FSK 변조하여 원격지의 수신기로 전송해주는 무선송신기 그리고 여러대의 무선송신기로부터 전송되어오는 신호를 하나의 수신시로 처리하는 무선수신기 기술로 구현된다.The present invention is a sensor circuit that accurately detects urine and not moisture, such as a slight sweat, and the function of adjusting the exposure area of the sensor, and a number of non-personal urine detection and alarm devices that have been previously announced are simultaneously accommodated Instead of generating an alarm sound from the urinary excreta in an existing nursing home or orphanage, FSK modulates the microcontroller and the urine excretory ID and excretion status data to process the unique ID of the fecal excretory so that it can be automatically recognized from a remote location. It is implemented as a wireless transmitter technology that transmits signals from multiple wireless transmitters to a receiver at a remote location.
본 발명에서 여러대의 무선송신기로부터 전송되어 오는 신호를 하나의 수신기에서 처리할 때 발생할 수 있는 신호의 충돌현상은 마이크로컨트롤러 프로그램에 의하여 각각의 무선송신기 마다 서로 다른 FSK 데이터 전송 주기를 입력시킴으로써 만약 우연히 충돌이 발생하였더라도 그 다음 전송 주기는 서로 랜덤하게 다르기 때문에 그 다음 전송신호 부터는 충돌이 발생하지 않는 기술을 구현하였다.In the present invention, a collision of signals that may occur when a signal from multiple radio transmitters is processed by one receiver is inputted by different microcontroller programs for each radio transmitter. Even if this occurs, the next transmission period is randomly different from each other, so that a collision is not generated from the next transmission signal.
Description
본 발명은 다수의 환자나 유아가 수용되어 있는 수용시설에서, 습기센서를 이용하여 소변배설자를 자동검출하고 배설자의 고유 ID를 무선 FSK 변조시켜 원격에 있는 간호자에게 알려주는 기능과 다수의 무선송신기를 하나의 무선수신기로 처리할 때 발생하는 다중 신호 충돌방지 기능을 지원하는 대소변 자동검출 및 무선송수신시스템을 이용한 소변 배설자 원격인지 시스템에 관한 것으로 통신기술에 속한다.The present invention is a facility that accommodates a large number of patients or infants, using a moisture sensor to automatically detect the urinary excreta and the function of informing the caregiver remotely by wireless FSK modulation of the excreta's unique ID and multiple radio transmitters It is related to urine excretory remote recognition system using automatic urine excretion detection and wireless transmission and reception system that supports multi-signal anti-collision function that occurs when processing a single radio receiver.
본 발명과 관련이 있는 소변 감지 및 경보장치는 개인용으로 사용되는 것으로 본 발명에서 구현하는 무선시스템과의 연동을 통한 소변배설자 원격 인지(認知) 기술이나 다수의 무선송신 신호를 하나의 무선 수신기에서 처리하기 위한 충돌방지 알고리즘은 본 발명의 독창적인 것이다. 다수신호를 하나의 채널이나 시스템에서 처리하기 위해 사용되는 종래의 기술에는 시간분할다중화 기술과 주파수분할다중화 기술이 있다. 여기서 시간분할다중화는 하나의 채널이나 시스템에 처리해야 하는 다수의 입력들을 일정한 시간간격으로 순서적으로 할당하여 입력시킴을 통하여 구현하는 기술로써 신호의 발생이 예측할 수 없는 본 발명의 적용분야에는 사용할 수가 없다. 한편, 주파수분할다중화는 다수입력에 대하여 서로 다른 주파수로 변조하여 신호들이 충돌되지 않도록 하는 다중화 기술로써 무선송수신기의 변조주파수를 다르게 설계해야 하는 제한점이 있다.Urine detection and alarm device related to the present invention is used for personal use as a remote recognition technology of the urinary excreta via a wireless system implemented in the present invention or a plurality of radio transmission signals in one wireless receiver Collision avoidance algorithms for processing are unique to the present invention. Conventional techniques used to process multiple signals in one channel or system include time division multiplexing and frequency division multiplexing. Here, time division multiplexing is a technique that implements by sequentially assigning and inputting a plurality of inputs to be processed to a single channel or system at regular time intervals, and thus can be used in an application field of the present invention in which signal generation cannot be predicted. none. On the other hand, frequency division multiplexing is a multiplexing technique in which signals are not collided by modulating at multiple frequencies with respect to multiple inputs, and there is a limitation in designing modulation frequencies of radio transceivers differently.
따라서, 본 발명에서는 여러대의 무선송신기로부터 전송되어 오는 신호를 하나의 수신기에서 처리할 때 발생할 수 있는 신호의 충돌현상을 방지하기 위하여 마이크로컨트롤러 프로그램에 의하여 각각의 무선송신기 마다 서로 다른 FSK 데이터 전송 주기를 입력시킴으로써 만약 우연히 충돌이 발생하였더라도 그 다음 전송신호 부터는 충돌이 발생하지 않는 알고리즘 기술을 이용하였으며 만약, 50대 이상의 무선송신 신호를 처리하기 위하여 무선송신기의 전송속도등이 문제가 될 경우를 대비하여 주파수 분할 다중화를 혼용하는 방법을 적용하였다.Accordingly, in the present invention, in order to prevent a signal collision that may occur when a signal from multiple radio transmitters is processed by one receiver, a different FSK data transmission period may be performed for each radio transmitter by a microcontroller program. By inputting, if a collision occurs accidentally, the next transmission signal uses an algorithm technique that does not cause collisions.In order to process more than 50 radio transmission signals, the frequency of the radio transmitter is used in case the transmission speed is a problem. The method of using division multiplexing was applied.
본 발명은 다수의 환자나 유아가 수용되어 있는 수용시설에서, 습기센서를 이용하여 소변배설자를 자동검출하고 배설자의 고유 ID를 무선 FSK 변조시켜 원격에 있는 간호자에게 알려주는 기능을 지원하는 대소변 배설자 원격인지 시스템에 관한 것으로 정확한 대소변 센싱, 대소변 배설자 ID와 배설상태 신호의 무선 송수신, 그리고 다수 무선신호의 충돌방지 기능을 구현하여야 한다.The present invention provides a fecal excretion that supports a function of automatically detecting a urine excretory person using a moisture sensor and informing a caregiver remotely by wireless FSK modulation of the excretory person's unique ID in an accommodation facility where a large number of patients or infants are accommodated. The present invention relates to a remote cognitive system, and it is necessary to implement accurate urine sensing, radio transmitting / receiving of fecal ID and excretion status signals, and collision avoidance of multiple radio signals.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 습도센서중에서 가장 비선형적인 동작특징을 가지고 있는 결로센서와, 결로센서의 검출능력을 최대한 둔감하기 위하여 센서부에 추가적인 저항값을 추가하고 소변이 접촉하게될 센서의 노출면적을 작게 만드는 기술과 개인 송신기별 ID와 전송주기의 랜덤한 입력을 위한 89C2051이나8051과 같은 마이크로컨트롤러, 그리고 승인이 필요없이 짧은 거리내에서 사용이 가능한 특정 소출력 무선국용의 447MHz 주파수대에서 동작하는 주파수변조 무선 송수신기 모듈과, 다수신호를 하나의 채널이나 시스템에서 처리하기 위해 본 발명에서는 각각의 무선송신기 마다 주기가 랜덤하게 서로 다른 FSK 데이터 전송 주기를 입력시키는 충돌방지 알고리즘 기술과, 50대 이상의 무선송신 신호를 처리하기 위하여 무선송신기의 전송속도 등이 문제가 될 경우를 대비하여 주파수 분할 다중화를 상기 알고리즘과 혼용하는 기술을 통하여 달성된다.In order to achieve the object of the present invention, the condensation sensor having the most non-linear operating characteristics of the humidity sensor, and the sensor to add an additional resistance value and the urine contact to the sensor to reduce the detection capability of the condensation sensor as much as possible Technology to reduce the exposure area of the transmitter, microcontrollers such as 89C2051 or 8051 for random input of individual transmitter-specific IDs and transmission cycles, and 447MHz frequency bands for specific low-power radio stations that can be used within short distances without authorization. In order to process multiple signals in one channel or system, the present invention provides a frequency modulation radio transceiver module, and an anti-collision algorithm technique for inputting different FSK data transmission cycles at random intervals for each radio transmitter. Presence of radio transmitter to process radio transmission signal Frequency division multiplexing is achieved through a combination of the above algorithms in case of problems such as speed and the like.
도 1은 본 발명에 의한 결로센서 회로, 개인별 ID를 처리하는 마이크로컨트롤러, 그리고 무선송신기, 그리고 무선수신기로 구성된 소변 배설자 원격인지 시스템 구성도이다.1 is a condensation sensor circuit of the present invention consisting of a condensation sensor circuit, a microcontroller for processing individual ID, and a wireless transmitter and a wireless receiver according to the present invention.
도 2는 본 발명의 송신단 회로도이다.2 is a circuit diagram of the transmitting end of the present invention.
도 3은 각 무선송신기마다 FSK 신호 송출주기를 랜덤하게 하는 충돌방지 알고리즘 예시도이다.3 is a diagram illustrating an anti-collision algorithm that randomizes an FSK signal transmission cycle for each radio transmitter.
도 4는 무선송신기에서 FSK 신호를 송출할 때마다 송출주기를 랜덤하게 하는 충돌방지 알고리즘 예시도이다.4 is a diagram illustrating an anti-collision algorithm for randomizing a transmission cycle each time an FSK signal is transmitted by a wireless transmitter.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 결로 센서 11 : 센서 연결용 점퍼 (JP1)10: dew condenser sensor 11: sensor jumper (JP1)
20, 21 : 트랜지스터 (Q1,Q2) 22 : 감지 시간 조절용 저항 (R1)20, 21: transistor (Q1, Q2) 22: resistance for adjusting the detection time (R1)
23 : 센서 출력 반전 TTL (U2A) 24 : 센서 회로23: sensor output inversion TTL (U2A) 24: sensor circuit
30 : 마이크로 컨트롤러 (U1) 40 : RF 송신기30: microcontroller (U1) 40: RF transmitter
41 : RF 수신기 50 : RS-422 인터페이스41: RF receiver 50: RS-422 interface
60 : 중앙 제어 컴퓨터 70 : 환자 화면 표시 장치60: central control computer 70: patient display device
80 : FSK 송출 주기 Dt 90 : 무선 송신기 Tx80: FSK transmission cycle Dt 90: radio transmitter Tx
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 의한 습기센서 회로, 개인별 ID를 처리하는 마이크로컨트롤러, 무선송신기, 그리고 무선수신기로 구성된 소변 배설자 원격인지 시스템 구성도이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic diagram of a urine excretory remote recognition system composed of a moisture sensor circuit, a microcontroller for processing an individual ID, a wireless transmitter, and a wireless receiver according to the present invention.
본 발명은 대변이나 소변같은 습기를 검출하는 결로센서(10)와 습기센싱에 의한 저항의 변화를 감지하여 동작하는 트랜지스터(20,21)를 비롯한 센서의 민감도를 조절하기 위하여 추가된 저항 R1(22)등으로 구성된 센싱회로, 개인별 ID와 FSK 신호 송출주기를 처리하는 마이크로컨트롤러 U1(30), FSK 변복조용 무선송수신기(40, 41), 원거리 직렬 통신 표준이며 전이중방식인 RS-422 인터페이스 장치(50), 전송되어온 신호를 디코딩하여 소변배설자를 인지해내고 LED 디스플레이어나 컴퓨터화면에 소변배설자의 이름이나 번호등을 표시해 주는 신호를 제어하는 중앙 제어 컴퓨터(60), 그리고 소변배설자 화면표시장치(70)로 구성된다.The present invention provides a resistor R1 (22) added to adjust the sensitivity of a sensor, including a condensation sensor 10 for detecting moisture such as feces or urine, and transistors 20 and 21 that operate by detecting a change in resistance due to moisture sensing. Sensing circuit consisting of), microcontroller U1 (30) for processing individual ID and FSK signal transmission cycle, wireless transceiver (40, 41) for FSK modulation and demodulation, RS-422 interface device for full-duplex serial communication (50) ), A central control computer (60) that controls the signal to decode the transmitted signal to recognize the urinary excreta and to display the name or number of the urinary excreta on the LED display or computer screen, and the urine excretory display (70) It is composed of
도 2는 이와같은 센서부와 무선송수신부가 통합된 회로도이다. 센서부는 JP1(11)에 연결된 결로센서(10)를 통한 전류의 변화에 따라 저항 R1(22)을 통해 센서부의 트랜지스터 Q1(21)에서 출력을 내보내게 된다. 본 발명에서 대변이나 소변같은 습기를 검출하는 습도센서는 습도센서중에서 가장 비선형적인 동작특성을 가지고 있는 결로센서(10)를 이용하고 결로센서의 검출능력을 최대한 둔감하기 위하여 센서부에 저항 R1(22)을 추가하여 센서부의 민감도를 저항 R1(22)으로 조정할 수 있도록 하였으며 소변이 접촉하게될 센서의 노출면적을 작게 만들었다. 도 2의 개인별 ID와 FSK 신호 송출주기를 처리하는 마이크로컨트롤러(30)는 개인 송신기별 ID와 전송주기를 랜덤하게 동작시키는 프로그램이 내장되었으며, 트랜지스터 Q1(21)의 출력은 마이크로컨트롤러(30)에 인터럽트를 걸어 내장 프로그램이 구동하게 된다. 이때 TTL(23)은 인터럽트를 걸기 위한 신호의 반전에 사용된다. 인터럽트에 의해 구동된 내장 프로그램은 개인별 ID와 상태를 RF 송신기(40)을 통해 송출하게 된다. RF 송신기(40)는 FSK 변복조가 간단하게 구현되고 승인이 필요없이 짧은 거리내에서 사용이 가능한 특정 소출력 무선국용의 447MHz 주파수대에서 동작하는 FSK방식의 RF 모듈을 이용하였다.2 is a circuit diagram in which such a sensor unit and a wireless transceiver are integrated. The sensor unit outputs the output from the transistor Q1 21 of the sensor unit through the resistor R1 22 according to the change of the current through the condensation sensor 10 connected to the JP1 11. In the present invention, the humidity sensor for detecting moisture such as feces or urine uses the condensation sensor 10 having the most non-linear operating characteristics among the humidity sensors, and the resistance R1 (22) in the sensor unit in order to reduce the detection capability of the condensation sensor as much as possible. ), The sensitivity of the sensor can be adjusted by the resistance R1 (22), and the exposed area of the sensor to be contacted by urine is made small. The microcontroller 30 that processes the individual ID and the FSK signal transmission cycle of FIG. 2 has a built-in program for randomly operating the ID and the transmission cycle for each individual transmitter, and the output of the transistor Q1 21 is stored in the microcontroller 30. Interrupts will cause the built-in program to run. At this time, the TTL 23 is used to invert the signal for interrupting. The embedded program driven by the interrupt transmits the personal ID and status through the RF transmitter 40. The RF transmitter 40 uses an FSK RF module that operates in the 447 MHz frequency band for a specific low power radio station that can be easily implemented and used within a short distance without requiring approval.
도 3은 각 무선송신기마다 FSK 신호 송출주기를 서로 다르게 하는 충돌방지 알고리즘 예시도이다. 이 방법은 고정된 Dt(80)를 각각의 송신기에 부여하는 방법이다. 정해 놓은 Dt를 일정한 개수의 송신기를 그룹(25개 정도)화하여 임의적으로 Dt를 89C2051에 프로그래밍하게 된다. Dt를 정하는 방법은 한 패킷이 송신기에서 처리되는 20ms(정확하게 16.67ms)에 여유 지연인 20ms 감안하여 최소 초기지연(Ds)를 40ms로 하면된다. 만약 송신기의 개수가 n개라면 있다면 각각의 송신기의 Dt(Dtn)는3 is a diagram illustrating an anti-collision algorithm for different FSK signal transmission cycles for each radio transmitter. This method gives each transmitter a fixed Dt 80. By setting a predetermined number of Dt groups (around 25 transmitters), Dt is arbitrarily programmed into 89C2051. In order to determine the Dt, the minimum initial delay (Ds) is set to 40ms in consideration of 20ms, which is a spare delay of 20ms (exactly 16.67ms) in which one packet is processed by the transmitter. If the number of transmitters is n, then Dt (Dtn) of each transmitter is
Dtn= 40ms×n(1) Dtn = 40 ms × n (1)
이다. 도 3과 같이 어느 한 시점에서 n개의 송신기가 동시에 데이터를 전송하게 되면 충돌이 발생하게 된다. 그러나 Dt를 각 송신기마다 다르게 입력하기 때문에 두 번째 송신 신호부터의 충돌은 발생하지 않게 된다. 도 3에서 Tx(90)는 송신기를 n은 송신기의 개수를 나타낸다.to be. As shown in FIG. 3, when n transmitters simultaneously transmit data at any point in time, a collision occurs. However, since Dt is input differently for each transmitter, collision from the second transmission signal does not occur. In FIG. 3, Tx 90 represents a transmitter and n represents the number of transmitters.
도 4는 무선송신기에서 FSK 신호를 송출할 때마다 송출주기를 랜덤하게 하는 충돌방지 알고리즘의 예시도이다. 이 방법은 각각의 송신기에서 데이터 패킷을 전송할 때마다 랜덤하게 Dt를 부여하는 방법이다. 조건은 고정된 Dt를 부여하는 방법과 동일하다. Dt는 두가지의 방법으로 부여할 수 있는데 하나는 미리 정하여 놓은 Dt를 패킷이 전송할 때마다 랜덤하게 발생시키는 것이다. 이것은 상기한 방법에서 부여하던 25가지의 경우의 Dt를 랜덤하게 적용하면 된다. 또 하나는 Dt를 정하지 않고 완전히 랜덤하게 부여하는 방식인데 이것은 Dt가 얼마나 될지는 아무도 모르게 된다.4 is an exemplary diagram of a collision avoidance algorithm that randomizes a transmission cycle each time an FSK signal is transmitted by a wireless transmitter. This method randomly assigns Dt each time a data packet is transmitted by each transmitter. The conditions are the same as for giving a fixed Dt. Dt can be given in two ways. One is to generate a predetermined Dt every time a packet is transmitted. This can be done by randomly applying Dt in the 25 cases given by the above method. The other way is to assign Dt completely randomly, without knowing how much Dt will be.
도 4와 같이 Tx1이 첫 번째 패킷을 전송할 때는 Dt가 40ms이고 두 번째 패킷을 전송할 때는 Dt가 240ms로 변하였다. Tx2는 첫 번째 패킷을 전송할 때는 Dt가 880ms이고 두 번째 패킷을 전송할 때는 Dt가 200ms로 변하였다. Tx3는 첫 번째 패킷을 전송할 때나 두 번째 패킷을 전송할 때나 Dt는 120ms로 같은 경우도 발생할 수있다.As shown in FIG. 4, when Tx 1 transmits the first packet, Dt is 40ms and when Tx 1 transmits the second packet, Dt is changed to 240ms. In Tx 2 , Dt is 880ms when the first packet is transmitted, and Dt is 200ms when the second packet is transmitted. Tx 3 may occur when the first packet is transmitted or when the second packet is transmitted, or Dt is equal to 120ms.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다수의 환자나 유아가 수용되어 있는 수용시설에서, 습기센서를 이용하여 소변배설자를 자동검출하는 효과와,As described in detail above, according to the present invention, in an accommodation facility in which a large number of patients or infants are accommodated, an effect of automatically detecting the urine excreta using a moisture sensor,
소변배설자의 고유 ID를 무선 FSK 변조시켜 원격에 있는 간호자에게 알려주어 원격에서 대소변 배설자를 실시간으로 인지 할 수 있는 효과와,Wireless FSK modulation of the unique ID of the urinary excreta to inform the caregiver in the remote and the effect of real time to recognize the fecal excrete remotely,
각각의 무선송신기 마다 주기가 랜덤하게 서로 다른 FSK 데이터 전송 주기를 입력시키는 충돌방지 알고리즘 기술을 이용하여 다수의 무선신호를 하나의 수신기에서 처리하더라도 충돌을 막을 수 있는 효과를 달성할 수 있다.By using an anti-collision algorithm technique that randomly inputs different FSK data transmission cycles for each radio transmitter, it is possible to achieve an effect of preventing collisions even when a plurality of radio signals are processed in one receiver.
대변을 배설하는 사람의 대부분이 소변을 배설하는 생리적 특징을 감안할 때, 본 발명의 소변감지 센서는 대변 배설을 감지하는 효과도 있으며 따라서, 본 발명을 통하여 노령화 사회, 복지국가에서 증가되고 있는 치매환자나 장애인에 대한 간호와 유아에 대한 대소변 배설 감지가 용이하여 간호인력 감소효과는 물론 간호의 질을 향상시키는 효과를 달성할 수 있게 될 것이다.Considering the physiological characteristics of urinary excretion of the majority of people who excrete, the urine detection sensor of the present invention also has the effect of detecting the excretion of the feces, therefore, the dementia patients are increasing in an aging society, welfare state through the present invention B. Nursing care for the disabled and faeces excretion to infants can be easily detected, thereby reducing the labor force and improving the quality of care.
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