DIY離床警報器：從原理到實作

DIY離床警報器的樂趣與挑戰，材料準備

DIY離床警報器不僅是一項實用的電子專案，更是結合創意與技術的挑戰。對於照顧長者或行動不便者的家庭來說，自製警報器能節省成本（市售產品約800-2000港幣），同時根據需求定制靈敏度與功能。根據香港社會福利署2022年報告，全港約有14.5萬名獨居長者，其中三成曾發生夜間離床意外，這凸顯了離床警報器的必要性。準備材料時，初學者建議從基礎元件開始：壓力感測墊（約50港幣）、Arduino Nano開發板（約80港幣）、蜂鳴器（10港幣）、LED燈、電阻套組、麵包板和杜邦線。進階者可添加藍牙模組（HC-05，約60港幣）實現無線通知。工具方面需準備焊槍、萬用電錶和剝線鉗，所有材料總成本可控制在200港幣內，僅為市售產品的三分之一。

離床警報器的基本原理回顧

選擇感測元件：簡單易用的感測器推薦

感測器是離床警報器的核心，需兼顧靈敏度與穩定性。最推薦初學者使用FSR402壓力感測墊（厚度0.2mm），其原理是當使用者離床時壓力消失，電阻值從>1MΩ降至

訊號處理：簡易的訊號放大與比較電路設計

原始感測訊號微弱且含雜訊，需透過電路處理。基礎設計使用LM358運算放大器搭建非反相放大電路，將感測器輸出的0-5V訊號放大至0-12V。關鍵是透過可變電阻（10kΩ）調整增益值，控制靈敏度。比較電路則採用LM393比較器，設定參考電壓（例如2.5V），當放大後訊號超過閾值時輸出高電位觸發警報。為避免誤報，可加入RC低通濾波電路（電容100nF+電阻10kΩ），濾除高頻干擾。整個訊號處理流程需在麵包板上測試，用萬用電錶監測各點電壓，確保訊號轉換正確。

警報裝置：蜂鳴器、LED燈等

警報裝置需兼顧警示效果與使用者體驗。蜂鳴器推薦有源型（5V直流驅動），響度達85dB，可直接由電晶體（如2N3904）驅動。LED燈作為視覺輔助，使用220Ω限流電阻連接至Arduino數位腳位。進階設計可加入多段警示：初始觸發時LED緩慢閃爍（頻率1Hz），若持續離床則啟動蜂鳴器並加速閃爍（頻率5Hz）。為避免夜間驚擾，可設置靜音按鈕或透過光敏電阻（GL5528）偵測環境亮度，自動調整警示強度。

DIY離床警報器的步驟

準備元件：感測器、電阻、電容、三極體、蜂鳴器、麵包板、杜邦線等

元件清單需系統化整理，初學者建議購買電子套件包（香港深水埗黃金商場約售150港幣）。核心元件包括：

• 感測器：FSR402壓力感測墊（1片）
• 主動元件：Arduino Nano（1個）、2N3904 NPN電晶體（2個）
• 被動元件：10kΩ可變電阻（1個）、220Ω電阻（3個）、10kΩ電阻（2個）、100nF陶瓷電容（2個）
• 輸出裝置：5V有源蜂鳴器（1個）、5mm LED燈（紅綠各1個）
• 連接材料：麵包板（1塊）、杜邦線（公對公15條）、Micro USB線（1條）

所有元件成本約200港幣，較市售產品節省80%。準備時需用萬用電錶檢測元件良窳，特別是電阻值與電晶體腳位，避免後續電路故障。

組裝電路：詳細的電路連接圖與步驟說明

組裝需按訊號流向分階段進行：

1. 感測層：將壓力感測墊兩端分別接至5V電源與10kΩ上拉電阻，中間點輸出訊號至A0類比腳位
2. 放大電路：LM358的第3腳接感測訊號，第2腳透過10kΩ可變電阻設定增益（建議增益5倍），輸出端（第1腳）接100nF電容濾波
3. 比較電路：LM393的正相輸入端（第3腳）接放大後訊號，反相輸入端（第2腳）接可變電阻設定的參考電壓（建議2.5V），輸出端（第1腳）接Arduino數位腳D2
4. 驅動層：Arduino的D9腳透過2N3904電晶體驅動蜂鳴器，D10-D11腳直接驅動LED（需串聯220Ω電阻）

組裝完成後，先用5V電源供電，測量感測器無壓力時輸出應>4V，加壓後應

程式設計（可選）：使用Arduino等開發板，實現更智慧的功能

若使用Arduino，可透過簡易程式碼增強功能。核心程式邏輯包括：

• 類比讀取：int sensorValue = analogRead(A0); 取樣頻率設為100Hz
• 數位濾波：採用移動平均濾波法，緩衝區大小設為10，減少誤觸發
• 狀態判斷：當連續5次讀值低於閾值（例如200）時判定為離床
• 多段警示：首次觸發時啟動LED慢閃，10秒後若未恢復則啟動蜂鳴器

示例程式碼片段：
void loop() {
  int avg = 0;
  for(int i=0; i  if(avg/10   else triggerCount=0;
  if(triggerCount>=5) activateAlarm();
}
進階者可加入EEPROM儲存設定值，或透過軟體序列埠連接藍牙模組。

外殼設計：使用3D列印或其他材料製作外殼

外殼需兼顧保護性與美觀，推薦使用PLA材料3D列印（香港公共圖書館提供廉價列印服務，每克0.5港幣）。設計要點包括：

• 主機殼（80×60×25mm）：預留Arduino USB孔、蜂鳴器出音孔、LED視窗
• 感測器保護殼：採用柔性TPU材料列印，厚度1.5mm，防止壓力墊損壞
• 固定結構：底部加裝磁鐵或3M背膠，方便安裝於床架

若無3D印表機，可用亞克力板（深水埗售價20港幣/片）激光切割製作，或改造現成塑料盒（如眼鏡盒）。外殼組裝時需注意絕緣，特別是220V電源適配器接線處需熱縮套管保護。

離床警報器的測試與調整

測試靈敏度：調整電阻值，改變感測靈敏度

靈敏度調整是成敗關鍵。首先用萬用電錶量測感測器正常受壓時的電阻值（通常為10-50kΩ），據此計算放大電路增益：Gain = 1 + R2/R1，建議初始設定為5倍（R2=40kΩ, R1=10kΩ）。測試時使用標準重量（如500ml水瓶，約500g）模擬人手壓力，觀察Arduino序列監視器數值變化。若靈敏度不足（數值變化20），則並聯100nF電容加強濾波。實際應用中，建議閾值設為無壓力值的70%（例如從1023降至700即觸發），並進行10次以上重複測試確保穩定性。

避免誤報：增加濾波電路或調整程式碼

誤報主要來自環境干擾與機械震動。硬體方面可在比較器輸入端加入RC低通濾波（截止頻率10Hz），並在感測器引線上加裝磁環抑制射頻干擾。軟體防誤報策略包括：

• 時間遲滯：觸發後延遲2秒再確認狀態，避免瞬間干擾
• 多重驗證：需連續5次採樣超閾值（間隔200ms）才判定為離床
• 環境適應：每小時自動校准基準值，適應床墊形變

測試時需模擬常見干擾源：用手機在旁通話（電磁干擾）、輕拍床架（震動）、開關房間燈光（光干擾），記錄誤報次數。理想目標是誤報率低於5%（每20次測試最多1次誤報）。

確保穩定性：檢查電路連接，確保穩固可靠

長期穩定性取決於電路結構與元件品質。需重點檢查：

1. 焊接點：使用60/40焊錫，焊點應呈錐形光滑表面，無冷焊或虛焊
2. 線材固定：杜邦線需用紮帶捆束，壓力感測墊引線需 strain relief 處理
3. 電源品質：Arduino的5V輸出波動應

進行24小時連續測試，監測誤觸發次數與電源電流變化（正常應維持在50mA以下）。為提升可靠性，可並聯備援電路：例如同時使用壓力墊與紅外線感測器，任一觸發即報警，但需注意邏輯衝突處理。

DIY離床警報器的進階應用

無線傳輸：使用藍牙模組，將警報訊息傳送到手機

添加HC-05藍牙模組（約60港幣）可實現無線監控。硬體連接只需四條線：VCC接5V、GND接地、TXD接Arduino的D0、RXD接D1。軟體方面需安裝Android/iOS警報APP（可自行編寫或使用現成如"Bluetooth Alert"），通訊協定建議採用標準AT指令集。關鍵程式碼包括：
SoftwareSerial BT(0,1);
void setup() { BT.begin(9600); }
void sendAlert() { BT.println("BED_ALERT:1"); }
實際應用時需處理連線穩定性：加入心跳包機制（每分鐘傳送"HB"），斷線時自動重連，並在手機端儲存歷史事件記錄。根據測試，有效傳輸距離約10米（隔一堵牆），足夠一般住宅使用。

雲端監控：將數據上傳到雲端，實現遠端監控

結合ESP8266模組（約45港幣）可上傳數據至雲端平台。推薦使用Thingspeak或Blynk等免費服務，每月可處理10萬筆數據。硬體接線類似藍牙模組，但需注意ESP8266需3.3V邏輯電平，需加裝電平轉換模組。軟體實作要點：

• 建立WiFi連線：WiFi.begin("SSID", "password");
• 數據格式：採用JSON包裝時間戳、設備ID、警報狀態
• 安全傳輸：啟用TLS加密，使用API Key認證

雲端儀表板可顯示離床次數統計、時段分佈圖（例如發現70%意外發生在22:00-06:00），並支援多使用者共享監控權限。根據香港寬頻速度（平均下行100Mbps），數據延遲可控制在2秒內。

人工智慧：使用機器學習，提升警報準確度

在Raspberry Pi 4（約400港幣）上運行TensorFlow Lite模型，可實現智慧行為辨識。訓練數據需收集多種情境：正常翻身（頻率0.1-0.5Hz）、起身坐起（持續3秒以上壓力變化）、完全離床（壓力歸零）。特徵提取包括壓力變化率、持續時間、時段（夜間敏感度提高30%）。推理模型採用輕量級神經網絡（例如MobileNetV2），準確率可達95%以上。實作流程：

1. 數據收集：記錄1000次以上床墊壓力變化數據
2. 模型訓練：使用Google Colab免費GPU訓練50輪
3. 部署推論：將模型量化後部署至邊緣設備

進階功能包括學習個人作息模式，在習慣性起床時段（如晨間如廁）自動降低靈敏度，減少不必要的警報。

DIY離床警報器不僅可以省錢，還能學習電子知識與培養解決問題的能力

自製離床警報器的價值遠超經濟效益（節省80%成本）。從電子學角度，實踐了訊號放大、濾波、邏輯判斷等核心概念；從程式設計層面，鍛煉了嵌入式系統開發與故障排除能力。更重要的是，這種專案培養了系統化思考：需綜合考慮感測器選型、電路穩定性、使用者體驗與成本控制。根據香港職業訓練局數據，掌握此類技能可提升25%就業競爭力，特別是在安老科技領域。最終成品不僅是工具，更是跨學科知識的結晶，體現了「創客精神」的核心——用技術解決真實世界問題。