特集＊加速度センサ応用製作への誘い第 2 章水面の揺れ方や水位から入浴者の健康状態を ZigBee で遠隔モニタ！お風呂に浮かべるワイヤレス見守りセンサ操田浩之 Hiroyuki Gurita ● 浴室内の事故の件数は交通事故を上回るインターネットで調べたところ，入浴中の事故で亡お風呂の浴槽内に人が入っている場合は人が動くことで常に水面は揺れていると考えられます．しかし長くなられる方は交通事故で亡くなられる方の約 1.5 倍時間揺れていない場合は浴槽内に人がいないか，事故で年間約 1 万人以上，そのうち約半分は浴槽内での事故によるものだそうです．プライバシの問題で浴室内が起きた可能性があります．に監視カメラを設置できませんが，事故防止のためにはなんらかのセンサで監視する必要があると思います．追加工事をすることなく，簡単に状況判断できるものとして水面の揺れに着目しました． ZigBee通信通信モジュール ZIG−100B ZIG−100B設定用のリセット・ボタン USB−Bコネクタコネクタお風呂の見守りセンサ（加速度検出＆ ZigBee 通信モジュール） ZigBeeアダプタ基板パソコン USB シリアル−USB変換IC 写真 2 ZigBee アダプタ基板（受信側）お風呂の見守りセンサから ZigBee で加速度データを受信し，USB でパソコンに加速度の検出データを表示する図 1 お風呂の見守りセンサの使用例電池ボックス（単4型オキシライド電池×2本）（単4型オキシライド電池× 型オキシライド電池×2本）中に基板を入れる本誌2007年8月号付録基板 ZigBee通信モジュール通信モジュール（a）基板はプラスチック・ケースに入れて防水する 3軸加速度センサ基板軸加速度センサ基板（b）内部写真 1 加速度センサのデータを ZigBee で送信するお風呂の見守りセンサ 2007 年 12 月号（つづき）代表値のグラフを参照するか，実際に測定します．単位が m/s2,V, g などの場合は動作温度範囲の最悪値の規定となります． 109 使い方実験結果 ● 入浴者の動きと X /Y/Z 軸の加速度変化 ● 構成図 3 に実験結果を示します．浴槽に浮かべ，水面の波の変化を無線＋電池駆動でリアルタイムに検出し，別室に送信します．製作した基板は送信用と受信用です．製作したお風呂の見守り入浴中の人が動いているときと，静止しているときとでは信号の変化の仕方が違います．入浴者が動いてセンサ（送信側）を写真 1 に，ZigBee アダプタ基板（受信側）を写真 2 に示します．図 2 に構成を示します．いるときは，上下の Z 軸の揺れに加え，前後の Y 軸および左右の X 軸も揺れるようです．加速度センサを搭載したお風呂の見守りセンサを浴槽に浮かべておきます．水面の波による揺れを加速度センサで検出し，無線（ZigBee）で ZigBee アダプタ基 ● 水位の変化を加速度センサの傾きで検出する図 4 に示すように，お風呂の見守りセンサ（3 軸加板に送ります． ZigBee アダプタ基板で受け取ったデータはパソコ速度センサ＆ ZigBee 通信モジュール）におもりをつけて重心をずらし，水位の上昇/下降に伴って加速度センで表示し，グラフから水面の波の揺れを確認します．ンサの傾きが変わるようにします．水位の低いときと長時間揺れがない場合は入浴者に声をかけるなどして事故がないか確認します．高いときの傾きをあらかじめ測定しておくことで水位を検出できます．Y 軸方向の傾きの変動により，水位の変化を検出した結果を図 5 に示します．キー・パーツ製作した回路を図 6 に示します．基板はプリント基板加工機を使いました．従来のエッチング処理によるプリント・パターンの製作とは異 X軸 3軸本誌2007年8月号 TX Y軸加速度センサ付録dsPI C基板 RX KXM52-1050 Z 軸（dsPIC30F2012） ZigBee通信モジュール ZIG-100B なり，銅箔部分をドリルで削り出してパターンを作ります．溶剤の処理などが不要で手軽に試作できます． ■ お風呂の見守りセンサ乾電池（単 4 オキシライド× 2 本） ● 加速度センサ（a）お風呂の見守りセンサブロック図 ZigBee通信モジュール ZIG-100B RX TX USB-シリアル変換I C FT232RL USB 多くの 3 軸加速度センサは，端子がない DFN や QFN パッケージなどで供給されています．そのままでははんだ付けしにくいのですが，基板に取り付けらパソコンれたモジュールが販売されています．センサを実装した基板のピンにより，センサが不要な振動を拾うこと（b）ZigBeeアダプタ基板ブロック図もあるようですが，使い勝手を優先し，モジュールか −2.5 g 加速度（フルスケール±2.5g ）加速度（フルスケール±2.5g ）図 2 お風呂の見守りセンサと ZigBee アダプタ基板の構成 Z 軸（1 g ） X 軸，Y 軸 3軸ともほとんど揺れを検出していない時間（フルスケール10s） Z軸 X 軸，Y 軸 −2.5 g （a）水面の揺れがない場合時間（フルスケール10s）（b）水面に揺れがある場合図 3 お風呂の見守りセンサを浴槽に浮かべたときの 3 軸加速度の変化 110 感度（sensitivity）TC［％/℃］Z感度の温度係数です．必ずしも温度に対し直線的には変化しないので，代表値のグラフを参照するか，サンプルで評価します．単位が％の場合は動作温度範囲の最悪値の規定となります． 2007 年 12 月号