I nte rn a t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9 ,   p p .   2 8 4 8 ~2 8 6 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 4 . p p 2 8 4 8 - 2862          2848       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   n o ninv a siv s m a rt  w ea ra ble f o r   d ia per  m o ister   q u a ntif ica tion a nd   n o tif ica tion       T a re q K ha n   S c h o o o f   En g in e e ri n g ,   Eas tern   M ich ig a n   Un iv e rsity ,   US A       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   10 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Mar   1 2 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   A p r   3 ,   2 0 1 9       b a b y   f e e ls   u n c o m f o rtab le  in   a   w e d iap e a n d   it   c a n   c a u se   h e a lt h   issu e su c h   a d iap e ra sh .   Dia p e ra sh   c a n   b e   a v o id e d   b y   c h a n g in g   th e   d iap e a s   so o n   a th e   b a b y   u rin a tes   o p a ss e sto o l.   In   t h is  p ro jec t,   a   s m a rt   we a ra b le   g a d g e is  d e v e lo p e d   w h ich   se n d s   a n   a u t o m a ti c   n o ti f ica ti o n   t o   c a re g iv e r’s   s m a rtp h o n e   w h e n e v e th e   b a b y   u rin a tes .   T h e   p r o p o se d   w e a ra b le  d e tec ts  u rin a ti o n   e v e n n o n in v a siv e l y   b y   se n sin g   th e   tem p e ra tu re   rise   o n   th e   o u ter   su rf a c e   o f   th e   d iap e a n d   q u a n ti f ies   th e   e v e n u sin g   a   d e c isio n   t r e e   a n d   a   m id p o in b a se d   k - n e a re st  n e ig h b o r   (KN N)  h y b rid   c las si f ica ti o n   a lg o rit h m .   T h e   g a d g e is  a   s m a ll   siz e ,   lo w   p o w e r,   lo w   c o st  a n d   re u sa b l e   e lec tro n ic  d e v ice   th a is  a tt a c h e d   e x tern a ll y   to   th e   o u ter  s u rf a c e   o f   th e   d i a p e r.   T h e   g a d g e c a n   b e   u se d   w it h   a n y   d isp o sa b le  d iap e r,   th u n o   c h a n g e   in   th e   d iap e p ro d u c ti o n   p r o c e ss   o p rice   in c re a se   is  r e q u ired .   T h e   s m a rtp h o n e   a p p   sh o w s   th e   d ia p e c h a n g e   u rg e n c y   sc o re   a n d   lo g a ll   t h e   u rin a ti o n   e v e n ts.  T h is  re c o rd   c a n   f a c il it a te  trea ti n g   d ise a se s   w h e re   a c c u ra te  re c o r d o f   u rin a ti o n   a re   re q u ired .   A   p ro to ty p e   o f   th e   h a rd w a re   g a d g e a n d   a   s m a rtp h o n e   a p p   is   d e v e lo p e d   a n d   tes ted .   K ey w o r d s :   An d r o id   ap p   B lu eto o th   lo w   e n er g y     C las s i f icatio n   al g o r ith m     S y s te m - on - c h ip   T em p er atu r s e n s o r   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T ar e q   Kh an ,     Sch o o l o f   E n g i n ee r in g ,     E aster n   Mic h ig a n   U n i v er s it y ,     1 1 8   Sil l H all,   Yp s ilan ti,  MI   4 8 1 9 7 ,   USA .     E m ail:  tar eq . k h an @ e m ic h . ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th Un i ted   States   alo n e,   2 7 . 4   b illi o n   d is p o s ab le  d iap er s   f o r   b ab ies  ar co n s u m ed   ev e r y   y ea r   [ 1 ]   an d   7 5 o f   p ar en t s   r ep o r ted   th at  t h eir   i n f an t   h ad   d iap er   r as h   [ 2 ] W ea r in g   w et  d iap er   f o r   lo n g   ti m ca n   b u n co m f o r tab le  a n d   ca n   ca u s e   h ea lt h   is s u e s   s u ch   a s   d iap er   r ash ,   s k in   ir r itat io n   a n d   u r in ar y   tr ac i n f ec tio n s   ( UT I ) .   T h b est  w a y   to   a v o id   th ese  h ea lt h   is s u e s   is   to   ch a n g e   th d iap er   o f ten   an d   as  s o o n   a s   p o s s ib le  af ter   t h b ab y   u r i n ate s   o r   p ass es  s to o l   [ 3 - 7 ] .   Day ca r ca r eg i v er s   o r   p ar en ts   s o m e ti m e s   f o r g et  o r   d o   n o h av ti m to   m an u all y   c h ec k   t h d iap er   co n d itio n   o f   th e ir   b ab ies th r o u g h o u t th d a y .     A   s o l u tio n   to   t h ab o v e   p r o b le m s   is   p r o p o s ed   in   t h is   p ap er .   I n   t h i s   a g o f   s m ar t   d ev ice s ,   m o s t   o f   th e   ca r eg iv er s   ca r r y   s m ar tp h o n e   all  t h ti m e.   I n   th is   p r o j ec t,  n o v el  w ea r ab le  g ad g et   is   d e v e lo p ed   w h ic h   s en d s   an   au to m atic  n o ti f icat io n   to   ca r eg iv er s   s m ar tp h o n w h e n e v er   th b ab y   u r i n ates.     I n   t h is   w o r k ,   t h p r o p o s ed   w ea r ab le  g ad g e d etec t s   an d   q u an ti f ies  t h u r i n atio n   e v e n b y   s e n s i n g   th te m p er at u r r is o n   th o u ter   s u r f ac o f   th d iap er .   Dep e n d in g   u p o n   t h q u an tific atio n   o f   th u r in at io n   ev e n t,  th s m ar tp h o n ap p   ca lcu late s   an d   s h o w s   d ia p er  ch a n g e   u r g en cy   s co r e   f r o m   0   to   1 0 0 ,   w h ic h   h elp s   th ca r eg i v er   to   d ec id w h e n   to   ch a n g e   t h d iap er   m o r e f f icien tl y .   T h g ad g et  i s   a   lo w   co s a n d   s m a ll  s ize  elec tr o n ic  d ev ice   t h at  is   attac h ed   e x ter n al l y   to   t h o u te r   s u r f ac o f   t h d iap er   u s i n g   h o o k - an d - lo o p   f a s ten er s .   T h g ad g et  ca n   b u s e d   w it h   a n y   d is p o s ab le  d iap er ,   th u s   n o   ch a n g in   t h ex i s ti n g   d iap er   p r o d u ctio n   p r o ce s s   o r   p r ice   in cr ea s is   r eq u ir ed .   T h elec tr o n ic  g ad g e t   is   r eu s ab le.   T h o v er all  s y s te m   is   s h o w n   in   Fig u r 1 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   n o n in v a s ive  s ma r t wea r a b le   fo r   d ia p er mo is ter q u a n tifi ca t io n   a n d   n o tifi ca tio n   ( Ta r eq   K h a n )   2849   ( b ) W i F i / C e l l u l a r   I n t e r n e t   ( c ) S e n s o r   u n i t U r i n a t i o n   e v e n t   d e t e c t o r   g a d g e t   D i a pe c h a nge   u r g e n c y   s c o r e 75   ( a )     Fig u r e.   1 .   ( a)   R em o v ab le  u r i n atio n   ev e n t d etec to r   g ad g et  a n d   s en s o r   u n it a ttac h ed   o n   th o u ter   s u r f ac o f   t h d iap er ; ( b )   No tif icatio n   w it h   d iap er   ch an g u r g e n c y   s co r an d   r ep o r t g en er atio n   i n   ca r eg i v e r s   s m ar tp h o n e;  (c )   Data   s en t to   p h y s icia n   o n li n e       T h p r o b lem s   an d   th p r o p o s ed   s o lu tio n s   ar m en tio n ed   b elo w .   a.   W ea r in g   w et  d iap er   f o r   l o n g   t i m e   is   u n co m f o r tab le  an d   ca n   ca u s h ea lt h   i s s u es   s u c h   as   d iap er   r as h   ( k n o w n   a s   I r r i ta n d ia p er  d e r ma titi s )   w h ic h   ca u s es  s k i n   i r r itatio n   [ 1 ] .   I ca n   also   lead   to   b ac ter ial  an d   y ea s i n f ec tio n s   as  m o is t   a n d   w ar m   ar ea   ar s u itab le  f o r   th eir   g r o w t h .   T h b est  w a y   to   av o id   d iap er   r ash   an d   b ac ter ial  in f ec tio ar e   to   ch an g t h d iap er   o f ten   an d   as  s o o n   as  p o s s ib le  af ter   t h b ab y   u r in ate s   o r   p ass es  s to o l.  T h au to m a tic  n o tif icatio n s   w it h   d iap er   ch an g u r g e n c y   s co r to   th ca r eg i v er s   s m ar tp h o n e   w il aler th e m   w h en e v er   th d iap er   n ee d s   to   b ch an g ed   an d   w ill  p r ev e n w ea r in g   o f   t h w et  d iap er   f o r   lo n g   ti m e,   en s u r in g   b etter   h ea l th   an d   co m f o r t f o r   th b ab ies.     b.   A p p r o x i m atel y   8 , 7 0 0   d iap e r s   ar e   u s ed   f o r   b ab y   f r o m   b ir t h   to   to ilet  tr ain in g   an d   th to tal  co s o f   th o s e   d iap er s   r an g es  f r o m   1 , 8 6 2 . 6 7   USD  to   2 , 3 5 8 . 9 7   USD  [ 8 ] .   T h is   is   s ig n if ica n co s an d   th p r o p o s ed   g ad g et  ca n   h elp   to   m ak b ette r   d ec is io n s   w h e n   to   ch an g th d iap er .   T h au to m atic  n o tif i ca tio n s   co n tai n   th d ia p er  ch a n g u r g e n cy   s co r e   -   th is   i n f o r m atio n   w ill  h elp   th p a r en ts   to   ch a n g t h d iap er   w h e n   th d iap er   i s   s ig n i f ica n tl y   w e t ,   in s tead   o f   ch a n g i n g   t h e m   a f t er   f i x ed   i n ter v al s .   Mo r eo v er ,   t h s m ar tp h o n e   ap p   w i ll  au to m atica ll y   lo g   t h e   u r in atio n   ev e n ts   i n   th d atab a s an d   w ill  p r o d u ce   ch ar ts   s h o w i n g   w h e n   an d   h o w   m a n y   ti m e s   u r i n atio n   a n d   s to o p ass i n g   h ap p en ed ,   u r in at io n   q u a n tit y ,   h o w   m an y   d iap er s   w er e   ch an g ed   in   an y   d a y ,   w ee k   o r   m o n t h .   T h is   d atab ase  w ill  h e l p   th p ar en ts   to   b u d g et  an d   m o n ito r   th co s o f   d iap er s   in   an   ef f icie n w a y .   c.   I n   th e   ca s es  of   d iar r h ea ,   v o m iti n g ,   an d   d eh y d r atio n c o m m o n   qu es tio n   p h y s ician   w o u ld   ask   is   th n u m b er   o f   w et  d iap er s   t h at   th b ab y   h ad .   T h p r o p o s ed   s y s te m   w i ll  h elp   w it h   t h i s   i s s u e   to   g r ea d ea l   b y   k ee p in g   th ac c u r ate  r ec o r d   o f   th n u m b er   o f   w et  d ia p er s   an d   u r in atio n   f r eq u e n cie s .   T h d atab ase   g en er ated   b y   t h s m ar tp h o n a p p   ca n   b s en b y   o n lin e   to   th p h y s ic ian   a n d   th u s   t h p h y s icia n   ca n   g et   th ac cu r ate  d ata  f o r   b etter   d iag n o s is   o f   t h b ab y .     d.   T h p r o p o r tio n   o f   w o r k i n g   m o m s   in   t h Un i ted   States   h a s   g o n u p A s   r esu lt,  t h d a y c ar es  ar g ettin g   m o r p o p u lated .   T h U. S.  B u r ea u   o f   L ab o r   Stati s tics   p r o j ec ts   th at  d a y ca r e   b u s i n es s es  w i ll  h a v s o m o f   th f aste s e m p lo y m e n g r o w t h   of   all  i n d u s tr ies   th r o u g h   2 0 2 0   [ 9 ] .   T h p r o p o s ed   g ad g et  ca n   b g r ea t   p r o d u ct  f o r   h o m a n d   esp ec iall y   i n   d a y ca r es  w h er t h er ar s ev er al   b ab ies  an d   it  is   d if f ic u lt  f o r   th ca r eg i v er s   to   ch ec k   ea ch   d iap er   co n d itio n   f r eq u e n tl y   e n o u g h   m an u all y .   e.   I n   t h U n ited   States   alo n e,   m o r th an   1 3   m i llio n   p eo p le  ar af f ec ted   b y   u r i n ar y   i n co n ti n en ce .   A t   least   1   o u o f   1 0   p eo p le   o f   ag 6 5   o r   o ld er   s u f f er s   f r o m   in co n ti n en c w h ich   ca n   lead   to   d is ab ilit y   an d   d ep en d en c y   [ 10 ] .   I n   ad d itio n ,   m a n y   d is ab l ed   p eo p le  ar r eq u ir ed   to   w ea r   ad u lt  d iap er s   d u to   i n co n t i n en ce   an d   th eir   in ab ilit y   to   u s b at h r o o m   u n aid ed .   T h p r o p o s ed   s y s te m   c an   al s o   b u s ed   i n   p lace s   li k h o s p itals   an d   i n   eld er ly   ca r f ac ilit ie s ,   w h er t h in h ab ita n ts   ar u n ab le  to   ch an g t h d iap er s   b y   th e m s elv e s .     A ca d e m ic   r esear ch er s   a n d   l ar g tech n o lo g y   co m p an ies  h a v alr ea d y   en ter ed   th ex p an d i n g   f ield   o f   p o p u latio n   h ea lth   m o n ito r in g   w it h   th e   in tr o d u ctio n   o f   w ea r a b les .   I n   [ 1 1 ] ,   an   I n ten et   o f   T h i n g s   ( I o T )   w ea r ab le   d ev ice  is   d esi g n ed   to   m o n ito r   o x y g e n   s a tu r atio n   ( Sp O 2 )   an d   h ea r t   r ate   f r o m   w eb s ite.   A   c o m p le m e n tar y   m etal o x id e s e m ico n d u cto r   ( C MO S )   b ased   e lectr o ca r d io g r a m   ( E C G )   a m p li f ier   s u itab l f o r   lo w   p o w er   w ea r ab le   ca r d iac  s cr ee n in g   is   p r o p o s ed   in   [ 1 2 ] .   A s   an   alter n ati v to   th ex ter n al   p o w er   s u p p l y ,   th w o r k   in   [ 1 3 ]   esti m ate s   th a m o u n o f   elec tr icit y   p r o d u ce d   to   p o w er   u p   w ea r ab le  d ev ices  u s in g   p iezo elec tr ic   ac tu ato r .   T h s tu d y   i n   [ 1 4 ]   d e ter m i n es  th d eg r ee   o f   ac ce p tan ce   o f   th ese  w ea r ab les  d ev ic es  a m o n g   u s er s   an d   p h y s ical  p r ac titi o n er s .   Sev er a co m m er c ial   p r o d u cts  ar f o u n d   f o r   d iap er   m o is ter   d etec t io n .   A   co m m er cial   p r o d u ct  in   B r az il,  Tw ee tPe e   [ 1 5 ] ,   co n s tan tl y   m o n ito r s   h u m id it y   le v el s   an d   u s es  T w ee ter   m ess a g f o r   n o tific atio n .   Ho w ev er ,   s p ec i al  k in d   o f   d iap er   n ee d   to   b u s ed   f o r   u s in g   T w ee tP ee   an d   th e   s ize  o f   th g ad g et  is   s til l la r g a n d   u n co m f o r tab l f o r   b ab ies.  S en s a s s u r e   is   d ev elo p in g   T alli,”   [ 1 6 ]   r eu s ab le  s tr ip   th at  attac h es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 8 4 8   -   2862   2850   to   th o u ts id o f   s tan d ar d   co m m er cial  ad u lt  d iap er s   f o r   s en io r s   an d   it  co m m u n icate s   wh en   t h in co n t in e n ce   p r o d u ct  b ec o m es   w et  u s in g   m o is tu r s en s in g .   So m e x i s ti n g   d iap er s   h av e   w et n ess   i n d icato r   s tr ip it  c h a n g e s   co lo r   w h e n   w et.   Ho w e v er ,   i f   t h e y   ar co v er ed   b y   g ar m e n t,  t h e y   ar n o v is i b le  a n d   r e m ain   u n n o ticed .   Sev er a l   w o r k s   ar f o u n d   in   t h liter a tu r f o r   au to m atic  d etec tio n   o f   d iap er   m o is t u r e.   I n   [ 1 7 ] ,   d iap er   m o is t u r is   d etec ted   b y   in s er tin g   w e d et ec to r   p r o b es  in s id th e   d iap er .   T h p r o b es  g et  in   d ir ec co n tact  w it h   u r in a n d   n e w   s en s o r   p r o b n ee d s   to   b u s ed   ea c h   ti m d iap er   is   ch an g ed .   T h is   w i ll  i n cr ea s e   t h co s t   an d   i also   m ak e s   it   les s   u s er - f r ie n d l y .   I n   [ 1 8 ] ,   h ar d w ar e   i s   p r o p o s ed   w h ic h   w il b attac h ed   to   th d iap er   co n s is ti n g   o f   th h u m id it y   s e n s o r ,   Mic r o co n tr o ller   Un i ( MC U )   an d   Glo b al  S y s te m   f o r   Mo b ile  ( GSM)   m o d u le  f o r   u r in at io n   d etec tio n .   Ho w e v er ,   th GSM   m o d u le  co n s u m es  ap p r o x im a tel y   2   A   cu r r e n d u r in g   tr an s m it  b u r s t   an d   it  i s   d i f f icu lt  to   d esi g n   a   s m al s ize   co in   ce ll  b atter y   o p er ated   p o w er   s u p p l y   f o r   th is   m o d u le.   I n   [ 1 9 - 2 2 ] ,   R ad io - f r eq u en c y   id en tific atio n   ( R FID )   cir cu it  b ased   m o is tu r d ete ctio n   s y s te m   is   d ev elo p ed   w h er e   th d i s p o s ab le  s e n s o r s   n ee d   to   g o   i n s id t h d iap er ,   th u s   n e w   d iap er   p r o d u ctio n   p r o ce s s   i s   r eq u ir ed .   T h is   w ill   in cr ea s th e   co s o f   ea c h   d ia p er   an d   th e   d is ta n ce   co v er ed   b y   R FID - b ased   s y s te m s   is   o n l y   1   to   1 . 5   m eter .   As  m o i s ter   an d   h u m id it y   s e n s o r s   g et  s a tu r ated   q u ic k l y   af t er   o n o r   t w o   u r in a tio n ,   it  i s   d if f ic u lt  to   d etec m u ltip le  u r i n atio n   e v e n ts   o n   t h s in g le  d iap er .     I n   th p r o p o s ed   w o r k ,   u r in atio n   ev en t   is   d etec ted   an d   its   q u an tit y   is   clas s if ied   b y   s en s i n g   th te m p er atu r r i s at  t h o u t er   s u r f ac o f   th e   d iap er ,   s o   s e n s o r s   n e v er   co m i n   d ir ec co n tact  w i th   u r i n o r   s to o l.  T h at' s   w h y   th e   p r o p o s ed   g ad g et  ca n   b r e u s ed   w i t h o u t   r ep lacin g   a n y   s e n s o r   p r o b at  ea ch   ti m e   th d iap er   is   ch a n g ed ,   w h ich   r ed u ce s   th co s an d   m ak e s   it  m o r u s er - f r ie n d l y .   Mo r eo v er ,   m u ltip le  u r i n atio n   ev en t s   o n   s in g le  d iap er   ca n   b d etec ted   b y   te m p er atu r s e n s i n g   b ec au s s en s o r s   w ill  n o b ec o m s at u r ated ,   u n l ik e   h u m id it y   s e n s o r s .   T h p r o p o s ed   g ad g et  u s e s   B l u eto o th   L o w   E n er g y   ( B L E )   m o d u l w h ic h   co n s u m e s   u ltra - lo w   p o w er   an d   ca n   b o p er ated   u s in g   t h s m a ll  s ize  co in   ce ll  b atter y   an d   ca n   co v e r   1 0 0   m eter s   [ 23 ] .   Mo s s m ar d ev ice s   ( p h o n es/ tab lets )   to d ay   ar eq u ip p ed   w it h   B L E   h ar d w ar e,   s o   th g ad g et  ca n   d ir ec tl y   co m m u n icate   w it h   t h s m ar d ev ices  to   g en er ate  n o tific atio n   w it h o u th u s o f   an y   i n ter m ed iate  h ar d w ar a s   u s ed   i n   [ 1 7 ] .   A d d itio n all y ,   t h p r o p o s ed   s y s te m   lo g s   t h p h y s io lo g ical  d ata  o v er   ti m f o r   d etailed   an al y s i s   b y   t h h ea lth   p h y s ic ia n .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     T h n o r m al  b o d y   te m p er atu r e   o f   h ea l th y   b ab y   is   b et w ee n   9 7   to   1 0 0 . 3 °F   [ 24 ] .   T h am b ien r o o m   te m p er atu r w h er p eo p le  an d   b ab ies  g e n er all y   li v i s   ar o u n d   6 5   to   7 4 °F   [ 25 ] .   W h en   u r in co m e s   o u f r o m   th b o d y ,   t h e y   h av t h s a m in ter n a b o d y   te m p er at u r e,   w h ich   is   s ig n i f ica n tl y   h i g h er   t h a n   th a m b ien r o o m   te m p er atu r e.   T h u s ,   w h e n   b ab y   u r i n ates  o n   ce r tain   ar ea   o f   d iap er ,   th te m p er at u r o f   t h at  ar ea   is   in cr ea s ed   a n d   th e   h ea is   co n d u cted   f r o m   i n s id to   th e   o u ter   s u r f ac o f   th e   d ia p er .   B y   s e n s i n g   th e   te m p er at u r e   r is o f   th e   o u ter   s u r f ac o f   th d iap er ,   u r i n atio n   e v en t s   ca n   b d etec ted .   B y   e x tr ac ti n g   t h f ea tu r e s   o f   th u r in at io n   s u c h   a s   t h t e m p er atu r s ig n al s   p ea k ,   s lo p e,   en er g y ,   r i s e   ti m e,   a m b ien te m p er atu r e,   an d   th to tal  n u m b e r   o f   u r in at io n   in   th c u r r en t   d iap er ,   etc -   t h u r i n atio n   ca n   b class i f ie d   as  s ma ll   o r   la r g e   u s i n g   cla s s i f icatio n   al g o r it h m .   T h s et u p ,   as  s h o w n   i n   Fig u r e   2 ,   is   u s ed   to   co n d u ct  ex p er i m e n t s   f o r   g en er ati n g   d ataset   o f   t h f ea t u r v ec to r s .       A n a l o g   F r o n t   E n d M C U U A R T   t o   U S B ( a ) ( c ) ( d ) ( e ) ( f ) ( b )     Fig u r e .   2 .   E x p er i m en ta l set u p .   Ne w b o r n   s cie n ti f ic  b ab y   m o d el  ( a)   w ith   d iap er .   On en d   o f   f le x ib le  p ip ( b )   r elate s   to   th g en ital o f   th e   m o d el.   Fro m   t h o th er   e n d   o f   th p ip e,   ar tif icial  u r in e   h av in g   te m p er at u r e   o f   ap p r o x i m atel y   9 9   °F   i s   in j e cted   u s i n g   s y r i n g ( c)   to   m i m ic  u r i n atio n .   T h s en s o r   u n it  ( d )   m ea s u r es   th d iap er   s u r f ac a n d   a m b ie n t   te m p er atu r es.  T h te m p er atu r s ig n als ar t h en   f ed   to   th h a r d w ar u n it ( e)   an d   th e n   d ata  is   p ass e d   to   co m p u ter   ( f )   f o r   lo g g i n g       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   n o n in v a s ive  s ma r t wea r a b le   fo r   d ia p er mo is ter q u a n tifi ca t io n   a n d   n o tifi ca tio n   ( Ta r eq   K h a n )   2851   I n   th ex p er i m e n tal  s et u p ,   d iap er   [ 2 6 ]   is   p u o n   s cien tif ic  n e w b o r n   b ab y   m o d el  [ 27 ] ,   as   s h o w n   in   Fig u r e   2 ( a) .   On e   en d   o f   a   f le x ib le  p ip e,   as   s h o w n   i n   Fi g u r e   2 ( b ) ,   is   co n n ec ted   to   t h g e n ital   o f   th e   m o d el.   Fro m   th o t h er   en d   o f   th p ip e,   ar tif icial  u r i n [ 28 ]   h av i n g   te m p er atu r o f   ap p r o x i m ate l y   9 9   °F   is   in j ec ted   u s i n g   lar g s y r in g e,   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   2 ( c) ,   to   m i m ic  u r in atio n   e v en ts .   A   w ater   b ath   [ 29 is   u s ed   to   k ee p   th te m p er atu r o f   t h ar ti f ici al  u r i n f ix ed   to   9 9   ° d u r i n g   e x p er i m e n ts .   T o   m i m ic  a   s ma ll   u r i n atio n   o f   a   n e w b o r n ,   1 5 ± 3   m L   ar ti f icia u r in e   is   u s ed ,   an d   6 0 ± 3   m L   i s   u s ed   f o r   la r g e   u r in at io n ,   h a v in g   f lo w   r ate   o f   ap p r o x im a tel y   3   m L /s ec   [ 3 0 ] , [3 1 ] .   T h te m p er atu r o f   t h o u ter   s u r f ac o f   th e   d iap er ,   T dpr an d   am b ie n t   te m p er atu r e,   T am b ,   is   s e n s ed   u s in g   th e   s en s o r   u n it,   as  s h o wn   in   Fi g u r e   2 ( d ) .   T h s en s o r   f o r   m ea s u r i n g   T dpr   is   f ac ed   o n   th e   o u ter   s u r f ac o f   t h d iap er   an d   t h s en s o r   f o r   m ea s u r in g   T a m b   i s   f ac ed   to w ar d s   th e   en v ir o n m e n t.   A   t h er m a in s u lato r   m ater ial   ( St y r o f o a m )   i s   p lace d   in   b e t w ee n   t h t w o   s e n s o r s .   T h an alo g   te m p er atu r e   s ig n al s   ar th e n   f ed   i n to   h ar d w ar u n it,  as  s h o w n   i n   Fi g u r e   2 ( e) .   T h h ar d w ar u n it  co n t ain s   a n   a n alo g   f r o n t   en d   w h ic h   co n s is ts   o f   a m p li f ie r   an d   d if f er en tial  cir cu i ts ,   m i cr o co n tr o ller   u n it  w h ic h   r ea d s   th an alo g   s i g n a ls   u s i n g   its   a n alo g   to   d ig ital c o n v er ter   ( A D C )   p o r ts   an d   U AR T - USB   co n v er ter   w h ic h   s e n d s   th A D C   v alu e s   to   co m p u ter   to   lo g   d ata,   as sh o w n   i n   Fi g u r e   2 ( f ) .     2 . 1 .   Det ec t io n o f   urina t io n e v ent     T o   g en er ate  d ata,   ex p er i m e n t s   h a v b ee n   co n d u cted   b y   p o u r in g   6 0   m L   o f   ar tific ial  u r in h a v in g   a   te m p er atu r o f   9 9   °F   o n   th d i ap er   an d   s en s in g   t h te m p er at r is o n   t h o u ter   s u r f ac o f   t h d iap er ,   T dpr ,   an d   its   s u r r o u n d in g   a m b ien te m p er atu r e,   T am b .   A   p lo o f   s u c h   an   e x p er i m e n is   s h o w n   i n   Fig u r e   3 ( a) ,   w h er e   th u r i n atio n   ev e n t star ted   at  ti m t =   6   s ec o n d s   an d   co n ti n u e d   f o r   n ex t 2 0   s ec o n d s .           ( a)     ( b )     Fig u r e   3 .   ( a)   T em p er ate  r is d u r in g   a n   u r in a tio n   o n   t h o u ter   s u r f ac o f   th d iap er ,   T dpr,   an d   a m b ien te m p er atu r e,   T am b ; ( b )   Am p li f i ed   s lo p   s ig n al s   o f   T dpr   an d   T am b       W h e n   t h er is   n o   u r i n atio n   -   T dpr   an d   T am b   w ill  h av a   s i m i lar   v al u o f   a m b ie n te m p er at u r e.   W h en   u r i n atio n   h ap p en s   -   T dpr   b ec o m es  lar g er   t h a n   T am b   W ca n   e x p r ess   u r in atio n   e v en t,  E urination u s i n g   ( 1 )   w h er OF F S E T   is   s m all  v a lu w h ich   m a k es  ( T am OF F S E T )   s lig h tl y   g r ea ter   th a n   T dpr  w h en   t h er is   n o   u r in at io n .       O F F S E T T T E a m b dpr u r i n a t i o n   ( 1 )     E q u atio n   ( 1 )   w o r k s   f o r   t h f ir s t   u r i n atio n   i n   t h e   d iap er .   Ho w e v er ,   t h s ce n ar io   b ec o m e s   m o r e   co m p lica ted   f o r   th n ex u r i n atio n   o n   th s a m d iap er .   Af ter   t h f ir s u r in atio n ,   t h e   u r in i s   s to r ed   in   th d iap er   an d   as  t i m e   p a s s es,   T dpr   g o es  d o w n   b elo w   T a m d u e   to   ev ap o r atio n   p r o ce s s   [ 32 ] , [ 33 ].   T h is   p h en o m en o n   is   s h o w n   in   Fig u r e .   4 .   W h en   s ec o n d   u r in atio n   h ap p en s ,   th T dpr  r is es,  h o w e v er ,   it  m a y   n o t   r is ab o v T am b   b ec au s T dpr  w a s   s i g n if ican t l y   lo w   d u to   ev ap o r atio n .   So ,   to   d etec u r in atio n   e v e n t,  w e   co m p ar t h r ate  o f   ch an g ( i . e.   s lo p e )   o f   th T dpr  an d   T am b .   W ex p r ess   u r in atio n   ev e n t,   E urination,   u s in g   ( 2 ) ,   w h er e,   OF F S E T is   ad d ed   to   a v o id   f alse  u r in a tio n   e v en d u to   n o is e.   T h p lo o f   th s lo p e   o f   th te m p er atu r e   s ig n al s   is   s h o w n   i n   Fi g u r 3 ( b ) .     O FF S E T dt dT dt dT E a m b dpr u r i n a t i o n     ( 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 8 4 8   -   2862   2852   Usi n g   ( 2 ) ,   m u ltip le  u r in a tio n   ev en ts   ca n   b d etec ted   in   th s a m d iap er .   L et s   co n s i d er   s o m e   s ce n ar io   w h e n   th b ab y   i s   m o v ed   f r o m   o n en v ir o n m en to   an o th er   en v ir o n m en t.  I f   th b ab y   is   m o v ed   f r o m   lo w - te m p er at u r e   lo ca tio n   to   h ig h - te m p er at u r e   lo ca tio n ,   th en   t h ch a n g o f   te m p er at u r f o r   th a m b ien t   s en s o r   w i ll  b h i g h er   th a n   t h e   d iap er   s en s o r   b ec au s t h a m b ien s e n s o r   is   m o r ex p o s ed   to   th en v ir o n m e n t   an d   d iap er   s en s o r   is   th er m all y   in s u lated   f r o m   th e n v ir o n m e n t.   I n   th i s   ca s e dt dT dt dT d p r a m b ,   an d   it  w ill  n o t   b e   d etec ted   as  f alse   u r i n atio n   ev en t.  T h is   is   also   tr u i f   s o m eo n to u ch e s   t h a m b ie n s en s o r   w it h   h an d   o r   w i t h   an y   o t h er   b o d y   p ar w h ic h   h as   h i g h er   te m p er atu r e   t h a n   t h a m b ien te m p er at u r e.   I f   t h b ab y   is   m o v ed   f r o m   h ig h   te m p er atu r to   lo w er   t e m p er atu r e   lo ca tio n ,   t h e n   th e   s lo p e   w il b n e g ati v e.   W d esig n   h ar d w ar to   m ak n e g ati v e   s lo p e   to   b e   ze r o .     T o   h av a   b etter   s e n s iti v it y   to   t e m p er at u r c h an g e,   t h e   s lo p es a r a m p li f ied   b y   f ac to r   g .   Fin all y ,   t h eq u atio n   f o r   u r i n atio n   ev e n d etec tio n   is   ex p r ess ed   u s i n g   ( 3 ) ,   w h er u n it  s tep   f u n ctio n   u ( x )   1   w h en   x     0 ,   an d   u ( x)   0 ,   w h e n   x   0 .     O F F SE T dt dT u dt dT g dt dT u dt dT g E a m b a m b dpr dpr u r i n a t i o n   ( 3 )           Fig u r e   4 .   C o o lin g   d o w n   o f   d iap er   b elo w   a m b ie n t   te m p er atu r d u to   ev ap o r atio n       2 . 2 .   Q ua ntif ica t io n o f   u rina t io n     A lo n g   w it h   d etec tio n ,   n o v el   class if icatio n   al g o r ith m   is   co n s tr u cted   to   q u an ti f y   t h u r in a tio n   ev e n t   as  s ma ll   o r   la r g e .   T h s m ar tp h o n n o ti f icat io n s   w i ll  co n tai n   th in f o r m atio n   w h et h er   th u r in atio n   i s   s ma ll   o r   la r g e ,   an d   w il ca lcu la te  th d iap er   ch an g u r g e n c y   s c o r as  ex p r ess ed   in   ( 6 ) .   T h is   s co r w ill  h elp   th ca r eg i v er   to   b etter   d ec id w h e n   to   ch an g t h d iap er .       2 . 2 . 1 .   G ener a t io n o f   t ra ini ng   a nd   v a lid a t io n f ea t ure  v ec t o rs    T h class i f ier   i s   co n s tr u cted   b y   u s i n g   tr ai n i n g   a n d   v a li d atio n   d ataset   g e n er ated   b y   co n d u cti n g   s tatis t ical  e x p er i m e n ts   b y   p o u r in g   d i f f er e n q u a n ti ties   ( 1 5 ± 3   m L   f o r   s ma ll   an d   6 0 ± 3   m L   f o r   la r g f o r   n e w b o r n s )   o f   9 9   ° ar ti f ici al  u r i n u s in g   th e   ex p er i m en tal  s et u p   as   s h o w n   i n   F i g u r e   2 .   So m e   o f   th e x p er i m e n ts   w er co n d u cted   w it h   p lain   w a ter   i n s t ea d   o f   ar tif icia u r i n e;   a n d   w h e n   co m p ar ed ,   n o   s ig n i f ica n ch a n g e   in   t h e   te m p er atu r r is o f   t h d iap er   h as  b ee n   o b s er v ed   b et w ee n   th t w o   liq u id s .   T h f ea tu r v ec to r s   u s ed   in   t h alg o r ith m   ar as f o llo w s :   a.   Am b ien te m p er atu r e,   T_ a mb _ ev en t:   T h a m b ie n te m p er at u r e s   p r o p o r tio n al  an alo g   to   d ig ital   co n v er ter   ( A D C )   v al u e   w h e n   t h u r i n ati o n   ev en t o cc u r r ed .   b.   Diap er   te m p er atu r e,   T_ dpr _ ev en t:   T h in itial  d iap er   te m p er atu r e s   A D C   v al u w h en   th e   u r in at io n   e v en t   o cc u r r ed .   c.   Diap er   te m p er atu r s i g n al s   p ea k ,   T_ d p r _ ma x:   I is   th e   m a x i m u m   A D C   v al u o f   th e   T dpr.   T_ a mb _ ev en t,  is   s u b tr ac ted   f r o m   T_ d p r _ ma x.   d.   Diap er   te m p er atu r s i g n al s   r i s ti m e,   t_ r i s e:   I i s   t h ti m f r o m   t h u r i n atio n   ev e n to   th ti m e   to   r ea c h   th m a x i m u m   o f   T dpr.   e.   Diap er   te m p er atu r e   s i g n al’ s   en er g y ,   T_ d p r _ s u m:   I is   th e   s u m m at io n   o f   t h T dpr   s ig n al  A D C   v alu e s   s tar tin g   f r o m   t h ti m o f   u r i n atio n   e v e n to   th ti m to   r ea ch   th m a x i m u m   o f   T dpr ,   w it h   s a m p li n g   f r eq u en c y   o f   1   Hz.   T_ a mb _ ev en t   × t_ r is e   is   s u b tr ac ted   f r o m   T_ d p r _ s u m.   f.   Slo p   s ig n al s   p ea k ,   d T_ d p r _ ma x : T h is   is   th m ax i m u m   A D C   v al u o f   t h dT dpr   s i g n al.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   n o n in v a s ive  s ma r t wea r a b le   fo r   d ia p er mo is ter q u a n tifi ca t io n   a n d   n o tifi ca tio n   ( Ta r eq   K h a n )   2853   g.   Slo p   s ig n al s   en e r g y ,   d T_ d p r _ s u m I is   th s u m m a tio n   o f   th dT dpr   s i g n a l s   ADC   v a lu es  s tar tin g   f r o m   th ti m o f   u r in atio n   ev e n t to   t h ti m to   r ea ch   th m ax i m u m   o f   T dpr ,   i.e .   w h e n   dT dpr   is   ze r o .   h.   T o tal   n u m b er   o f   u r i n atio n   i n   th cu r r en d iap er ,   Uri n a tio n   N u mb er T h is   v ar ia b le  is   in cr e m en b y   o n e   w h e n ev er   u r i n atio n   e v e n t o cc u r s   i n   th c u r r en t d iap er .   I t is r eset to   ze r o   w h e n   th n e w   d ia p er   is   p u t o n .   i.   P r ev io u s   u r i n atio n   r es u lts ,   Ri .   Fo r   th f ir s t   u r in a tio n ,   R0   is   n o n ee d ed .   Fo r   th s ec o n d   u r in atio n   i n   th s a m d iap er ,   R 1   c o u ld   b e   eith er   S m all  ( S)  o r   L ar g ( L ) .   Fo r   th th ir d   u r in at io n ,   ( R1 ,   R2 )   co u ld   b e   ( S ,   S ) ( S ,   L ) ( L ,   S ) ,   o r   ( L ,   L ) .   Af ter   th f ir s u r i n atio n   i n   d iap er ,   th u r in is   s to r ed   in   th d iap er   an d   it  co o ls   d o w n   a s   ti m p ass e s .   W h en   s ec o n d   u r i n atio n   o cc u r s ,   f e atu r es  s u c h   as  T_ d p r _ ma x T_ d p r _ s u m d T_ d p r _ ma x d T_ d p r _ s u etc.   r ed u ce s   d u to   t h m i x t u r o f   9 9   °F   u r i n w i th   th co ld   u r in t h at  i s   alr ea d y   in   th d iap er .   Fo r   s u cc es s i v u r in at io n   ev e n t s ,   th f ea t u r e   v alu e s   g e m o r r ed u ce d .   T h is   p h en o m en o n   is   s h o w n   i n   Fig u r e   5 .   T h is   is   th r ea s o n   f o r   u s i n g   Uri n a tio n   N u mb er   as a   f ea t u r in   t h cla s s i f icatio n   alg o r it h m .           Fig u r e   5 .   T h d ec r ea s e   o f   te m p er atu r s ig n al  e n er g y   f o r   s u c ce s s i v u r i n atio n s       Featu r v ec to r s   [ t_ r is e,   d T _ d p r _ s u m,   d T_ d p r   _ m a x,   T_ d p r _ s u m,   T_ d p r _ m a x,   T_ d p r _ ev en t,   T_ a mb _ ev en t ]   f o r   t r ain in g   an d   v alid atio n   ar g en er ated   b y   p o u r in g   ar ti f icial  u r in f o r   s m all  ( S)  an d   lar g ( L )   class es  u s i n g   th ex p er i m e n t al  s etu p as  s h o w n   i n   Fig u r e   2 ,   f o r   ea ch   o f   th ca s es  as  s h o w n   i n   Fi g u r e   6 .   I n   Fig u r 6 ,   C 1   is   th ca s wh er th f ir s t   u r in atio n   h ap p e n ed   o n   clea n   d iap er .   C 2   is   th ca s w h er th e   s ec o n d   u r in a tio n   h ap p en ed   o n   th s a m d iap er   w h er th f i r s u r in at io n   clas s i f icatio n   r es u lt,  R 1 ,   w as  s m al l   ( S).   I n   th s a m w a y ,   C 3   i s   t h ca s w h er th s ec o n d   u r in a tio n   h a p p en ed   a n d   R 1   w a s   lar g ( L ) .   Si m ilar l y   -   C 4 ,   C 5 ,   C 6 ,   an d   C 7   ar t h e   t h ir d   ur i n atio n   ca s e s   o n   t h s a m d iap er w h er e   R 2   is   t h r esu lt   o f   t h s ec o n d   u r in at io n   class if icatio n   r es u lt.   T h f ea tu r es  ar s ca led   to   SCALE_F  1000 s o   ea c h   f ea t u r h as  eq u al   co n tr ib u tio n   to   t h clas s if icati o n   alg o r ith m .           Fig u r 6 .   C ases   f o r   ge n er ati n g   f ea tu r v ec to r s   b y   ex p er i m en t       2 . 2 . 2 .   M idp o int  ba s ed  nea re s t   neig hb o hy brid cla s s if ica t io n a lg o rit h m   T h p r o p o s ed   class if icatio n   a lg o r ith m   i s   h y b r id   o f   t h d ec is io n   tr ee ,   as  s h o w n   in   F ig u r 6 ,   an d   n o v el  m id p o in t b ased   n ea r es t   n ei g h b o r   alg o r ith m .   T h ex i s tin g   k - n ea r est  n eig h b o r   ( KNN)   class i f ier   r eq u ir es   to   s to r all  th tr ain in g   f ea tu r e   v ec to r   s a m p le s   in   m e m o r y   [ 3 4 ] .   T h u s ,   it  is   n o s p ac e f f icie n an d   n o su it ab le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 8 4 8   -   2862   2854   f o r   e m b ed d ed   s y s te m   ap p licatio n s   w h er li m ited   m e m o r y   is   av ai lab le.   A ls o ,   it  r eq u ir es  to   ca lc u late   th d is ta n ce s   f r o m   th e   test   p o in to   ea c h   f ea tu r v ec to r     th u s   i is   ti m e   co n s u m i n g   w h e n   lar g e   n u m b er   o f   tr a i n i n g   f ea tu r v ec to r s   ar u s ed .   I n   th p r o p o s ed   alg o r ith m ,   o n l y   o n f ea tu r v ec to r ,   th m id p o in v ec to r ,   f o r   ea ch   clas s   lab el  n ee d s   to   b s to r ed   in   th e m b ed d ed   s y s te m   a n d   o n l y   t w o   d is ta n ce s   ( in   ca s o f   t w o   clas s   lab els)  n ee d s   to   b ca lcu lated   f o r   class i f y in g   test   p o in t.  T h u s   it  is   s p ac an d   ti m ef f icie n t ,   an d   s u itab l e   f o r   e m b ed d ed   s y s te m   ap p licatio n .   T h p r o p o s ed   m id p o in t b ased   n ea r est n ei g h b o r   alg o r ith m   is   d escr ib ed   b elo w .     Fo r   n - d i m en s io n al  f ea t u r d ata,   let’ s   co n s id er   th f ea t u r v e cto r s   12 , , . . . , m m m m n f f f R   ,   w h er an d   m   is   t h f ea t u r v ec to r   s a m p le   n u m b er   an d     R m   h o ld s   t h co r r ec t c las s if icatio n   lab el  o f   t h m th   s a m p le   -   eit h er   L 1 L 2 ,   L 3 …  or   L K   w h er e   is   t h to tal  class i f icat io n   lab el .   I n   th p r o p o s ed   class if icatio n   a lg o r ith m ,   w ca lc u late   th m id p o in t   v ec to r   f o r   e ac h   cla s s i f icatio n   lab el,   F mid Lj,   f r o m   t h v ec to r s   lab e led   as  L j ,   w h er e 12 , , . . . , m i d L j m i d L j m i d L j n f f f   m i d L j F .   T h mid p o in t   f o r   ea ch   clas s   lab el,   j   r an g i n g   f r o m   1   to   K ,   is   ca lc u lated   b y   ta k i n g   t h m ea n   o f   t h f ea t u r es.  Fo r   th class   lab el   Lj f d mid Lj   is   ca lcu la ted   u s i n g   ( 4 ) ,   w h er d   is   th d i m e n s io n   ( r an g in g   f r o m   1   to   n ) ,   an d   M Lj   is   th to tal  n u m b er   o f   f ea tu r v ec to r   s a m p les l ab eled   as  L j     1 Lj M m d M i d L j m d Lj f f M   ( 4 )     On ce   th m id p o in t s   f o r   ea ch   class   lab el  ar e   ca lcu lated ,   q u er y   t est  v ec to r ,   12 , , . . . , t e s t t e s t t e s t n f f f   t e s t F ,   is   clas s if ied   b y   ca lcu lati n g   th Eu clid ea n   d i s tan ce s   f r o m   F te st   to   F m i d Lj,   r ef er r ed   to   as  d is L j as in   ( 5 ) .   F test   is   class i f ied   as   L c w h er e   d is L c   is   t h s h o r test ;   r an g e s   f r o m   1   to   K.     2 1 n t e s t m i d L j j d d d d i s L f f    ( 5 )     T o   v is u alize   t h co n ce p t,  g r a p h ical  p lo t o f   t h p r o p o s ed   m i d p o in t b ase d   n ea r est  n ei g h b o r   alg o r ith m   is   s h o w n   in   Fi g u r 7 .   Her e,   to tal  d i m en s io n   n   2 ,   to tal  class   lab el  K   2 ,   an d   th la b els  ar L 1   an d   L 2 .   T o tal  f ea tu r v ec to r   s a m p le s   f o r   lab el  L 1 ,   M L1   5 a n d   f o r   l ab el  L 2 ,   M L2   5 .   Her t h te s p o in i s   clo s er   to   th m id p o in t o f   L 2   clas s   th a n   t h m id p o in t o f   L 1   class ,   ( i.e .   d is L 2   < d is L 1 ) .   So ,   th test   p o in t is cla s s if ied   as  L 2 .           Fig u r 7 .   Mid p o in t b ased   class if ica tio n   al g o r ith m   ( f o r   n   2 ) .   H er th test   p o in t is clo s er   t o   th m id p o in t o f   L 1   clas s   th a n   t h m id p o in t o f   L 2   class ,   ( i.e .   d is L 2   < d is L 1 ) .   So ,   th test   p o in t is cla s s if ied   as  L 2 .       Fo r   class i f y in g   u r in a tio n ,   d ec is io n   tr ee   a s   s h o w n   in   Fi g u r 6 ,   is   u s ed .   A   ca s C 1 ,   C 2 …o r   C 7   i s   s elec ted   d ep en d in g   u p o n   Ur i n a tio n   N u mb er  a n d   p r ev io u s   u r in atio n   r es u lt s   Ri   T h c las s i f i er   th e n   u s e s   th m id p o in f ea tu r v ec to r s   f o r   th s elec ted   ca s to   ca lc u late  th E u clid ia n   d is ta n ce   f r o m   th test   v ec to r .   T h f ea tu r v ec to r   u s ed   f o r   t h p r o p o s ed   m id p o in b ased   n e ar es t   n ei g h b o r   alg o r ith m   i s   [ t _ r is e,   d T_ d p r _ s u m,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   n o n in v a s ive  s ma r t wea r a b le   fo r   d ia p er mo is ter q u a n tifi ca t io n   a n d   n o tifi ca tio n   ( Ta r eq   K h a n )   2855   d T_ d p r   _ ma x,   T_ d p r _ s u m,   T_ d p r _ ma x,   T_ d p r _ ev en t,  T_ a m b _ ev en t ]   an d   n   7 .   Her e,   to ta clas s   lab el  K   =   2 ,   an d   th lab el s   ar L 1     S m all  ( S)  an d   L 2   L ar g e   ( L ) .   I f   t h e m b ed d ed   s y s te m   i s   u n ab le  to   class i f y   a n   u r in at io n   d u to   an   er r o r   in   ex t r ac tin g   t h f ea tu r e s   o f   t h test   v ec to r ,   th en   i t is cla s s i f ied   as  Un k n o w n   ( U) .     2 . 2 . 3 .   Ca lcula t ing   dia per  cha ng urg ency   s co re   T o   in d icate   th u r g e n c y   o f   c h an g i n g   a   d iap er ,   th s m ar tp h o n ap p   d is p la y s   a   di a p er  ch a n g u r g en cy   s co r e X ,   ca lcu lated   u s i n g   ( 6 ) h er T S   is   t h to tal  n u m b er   o f   s m all  ( S)  u r i n at io n ,   T L   is   t h to tal  n u m b er   o f   lar g ( L )   u r i n atio n ,   T U   is   th t o tal  n u m b er   o f   u n cla s s i f i ed   ( U)   u r in atio n ,   N S   is   t h u r g e n c y   w ei g h f o r   s m all   u r in at io n ,   N L   i s   t h u r g en c y   w ei g h f o r   lar g u r i n atio n ,   a n d   X m ax   is   th p o s s ib le  m a x i m u m   u r g e n c y   v a lu e.   Her e,   N L   > N S   an d   v alu r a n g e   f r o m   0   to   1 0 0 .       2 100 LS S S L L U m a x NN T N T N T X X    ( 6 )       3.   P RO T O T YP E   DE V E L O P M E NT   T h p r o t o ty p s y s te m   co n s i s t s   o f   a n   elec tr o n ic  h ar d w ar g ad g et  a n d   s m ar tp h o n ap p .   A   b r ief   d escr ip tio n   o f   ea ch   o f   t h u n it  is   g i v e n   b elo w .     3 . 1 .   Urina t io n e v ent   det ec t o ha r dw a re   a nd   f ir m w a re   Ur in atio n   e v e n is   d etec ted   a n d   class i f ied   b y   attac h in g   s m all  elec tr o n ic  d ev ice  on   th o u ter   s u r f ac e   o f   th d iap er .   T h k e y   d esi g n   ch allen g o f   t h d ev ice  is   to   m i n i m ize  p o w er   co n s u m p t io n   f o r   lo n g er   b atter y   lif a n d   m ak in g   i as   s m all  a s   p o s s ib le  to   m a k it  w ea r ab le.   T h h ar d w ar a n d   t h f ir m w a r o f   t h elec tr o n ic   g ad g et  ar b r ief l y   d escr ib ed   b elo w .     3 . 1 . 1 .   H a rdw a re   T h b lo ck   d iag r a m   o f   th e   h ar d w ar i s   s h o w n   i n   Fig u r 8 .   A   b r ief   d escr ip tio n   o f   ea c h   o f   t h h ar d w ar b lo ck s   is   g iv e n   b elo w .       S yst e m - on - C h i p   ( M C U   w i t h   B L E ) T _ d p r   s e n s o r T _ a m b   s e n s o r C o i n   ce l l   b a t t e r y N D B A F E GD B S Y     Fig u r e.   8 .   B lo ck   d iag r a m   o f   th u r in atio n   ev e n t d etec to r   an d   class i f ier   h ar d w ar u n it.  Her AFE  is   t h an alo g   f r o n t e n d ,   GD  i s   g ad g e t - on - d i ap er   d etec to r   s w itc h ,   NDB   is   n e w   d iap er   b u tto n ,   B SY is b u s y   in d icato r   L E D,   T _ d p r   an d   T _ am b   ar th d iap er   an d   a m b ien t te m p er atu r s e n s o r s   n a m el y       a.   T e m pera t ure  s e ns o rs   T w o   th er m is to r s   [ 3 5 ] ,   T _ D P R   an d   T _ A MB   ar u s ed   to   s en s th d iap er   an d   th am b ien t e m p er atu r e   n a m e l y .   T h ese  th er m i s to r s   h a v n eg a tiv e   te m p er atu r co e f f icien an d   th e ir   r esi s tan ce   v a lu at  2 5 °  C   is   1 0 0   k Ω .   T w o   v o lta g d iv id er   cir cu its   as  s h o w n   i n   Fig u r 9   is   i m p le m en ted .   V dpr   an d   V a mb   ar co n n ec ted   w it h   t w o   an alo g   to   d ig ital  co n v er ter   ( A D C )   p o r ts   o f   t h m icr o co n t r o ller .   T h ca p ac ito r s ,   C N1   an d   C N2   ar u s ed   to   f ilter   o u t   t h n o i s e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 8 4 8   -   2862   2856       Fig u r 9 .   Vo ltag d iv id er   cir cu its   f o r   th er m is to r s       b.   Ana lo g   f ro nt  end   T h an alo g   f r o n t   en d   ( AFE)   is   t h h ar d w ar i m p le m e n tati o n   o f   ( 3 ) .   A FE  co n tai n s   d i f f er en tiato r ,   a m p li f ier ,   an d   ad d er   cir cu its   as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 0 ( a) .   T h s lo p   o f   th Vd p r   is   g en er ated   u s in g   an   R C   d if f er e n tiato r   as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 0 ( b ) .   T h s lo p   is   th en   am p li f ied   u s i n g   n o n - i n v er tin g   a m p li f ier   h av in g   a   g ain ,   g ,   o f   9 . 5 5 .   T h a m p li f ier   is   d esig n ed   u s in g   lo w   p o w e r   an d   s m all  s ize  q u ad   o p - a m p   ch ip   [ 3 6 ] .   T h ch ip   tak es  o n l y   t h p o s iti v p o w er   s u p p l y   an d   i g e n er ates   0 v   wh en   th e   s lo p   ( i.e .   th e   in p u v o ltag e)   i s   n e g ati v e .   T h is   f ea tu r i m p le m e n t s   th u ( x)   f u n ctio n   in   ( 3 ) .   T h in p u o f f s e v o lta g o f   th n o n - i n v er tin g   a m p l if ier   is   ad j u s ted   u s i n g   th cir c u it  s h o w n   i n   [ 3 7 ] .   T h o u t p u o f   t h a m p li f ier   d Vd p r   is   f ed   at  t h - v p in   o f   t h an alo g   co m p ar ato r   ( A C )   o f   t h m ic r o co n tr o ller .   I n   th s a m w a y ,   t h s lo p   o f   Va m b   i s   g en e r ated   u s i n g   a n   R C   d if f er e n tiato r   a n d   t h s lo p   i s   a m p li f ied   u s i n g   a n   o p - a m p   b ased   n o n - i n v er ti n g   a m p li f ie r   o f   g ain g ,   9 . 5 5 .   T h en   s m all  v o ltag e,   OFF S E T ,   is   ad d e d   w it h   it  u s in g   n o n - i n v er ti n g   s u m m in g   a m p li f ier   an d   t h o u tp u t   d Va m b   is   f ed   at  th + v p in   o f   th a n alo g   co m p ar ato r   o f   th m icr o co n tr o ller .   T h is   AFE  is   also   u s ed   i n   th ex p er i m en tal  s et u p   s h o w n   in   Fi g u r e   2.       A m p l i f i e r D i f f e r e n t i a t o r V d p r d V d p r A m pl i f i e r D i f f e r e n t i a t or S u m m i n g   A m p l i f i e r O F F S E T V a m b d V a m b   ( a)       ( b )     Fig u r 1 0 .   ( a)   B lo ck   d iag r a m   o f   th a n alo g   f r o n t e n d   ( A FE) ;   ( b )   R C   d if f er e n tiato r   cir cu it       c.   M icr o co ntr o ller   w it h B L E   A   lo w - p o w er ,   s m all - s ize  s y s te m - on - c h ip   m icr o co n tr o ller   w i t h   B L E ,   C C 2 5 4 1   [ 3 8 ] ,   i s   u s ed   as   th p r o ce s s i n g   a n d   w ir eles s   c o m m u n icatio n   u n it.  T h C C 2 5 4 1   co n tain s   a n   in d u s tr y - s ta n d ar d   en h an ce d   8 0 5 1   MCU,  1 2 8   k B   in - s y s te m   p r o g r a m m ab le  f las h   m e m o r y ,   8   k B   R A M,   2 . 4 GHz   B L E   tr an s ce iv er ,   8   an alo g - to - d ig ital  co n v er ter   ( A D C )   ch a n n el s ,   u ltra lo w - p o w er   an alo g   co m p ar ato r   ( A C ) ,   an d   m an y   o t h er   p er ip h er als.   T h C C 2 5 4 1   h as  lo w - p o w er   s l ee p   m o d es  an d   it  is   s u itab le  f o r   s y s te m s   w h er u ltra - lo w   p o w er   co n s u m p tio n   i s   r eq u ir ed   to   in cr ea s b atter y   li f e.   T h m icr o co n tr o ller   co n s u m es  o n l y   0 . 5   μ A   cu r r e n d u r i n g   lo w   p o w er   s lee p   m o d e,   an d   1 8 . 2   m cu r r en t d u r in g   B L E   tr an s m it tin g   m o d e.     T h d Vd p r   an d   d Va m b   ar e   f ed   i n to   t h e   an alo g   co m p a r ato r   o f   th e   m icr o co n tr o ller .   W h en e v er   th d Vd p r   is   h i g h er   t h a n   t h d Va m b ,   th a n alo g   co m p ar ato r   tr ig g er s   an   i n ter r u p t   w h ic h   w ak e s   u p   th m icr o co n tr o ller   f r o m   s lee p - m o d e.   T h en   th e   m icr o co n tr o ller   r ea d s   th e   f ea tu r es   o f   th e   u r i n atio n ,   clas s if ie s   it,  an d   s en d s   n o tific atio n   b y t w ir eles s l y   u s i n g   B L E   to   s m ar tp h o n e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A   n o n in v a s ive  s ma r t wea r a b le   fo r   d ia p er mo is ter q u a n tifi ca t io n   a n d   n o tifi ca tio n   ( Ta r eq   K h a n )   2857   d.   B utt o ns   a nd   L E D   W h en   ca r eg i v er   ch a n g e s   d iap er ,   h e/sh r e m o v es  t h g ad g et  f r o m   t h w et  d iap er ,   attac h   it  o n   th o u ter   s u r f ac o f   t h n e d iap er ,   an d   p r ess es  th n e w - d iap er - b u tto n   ( NDB )   to   s ig n al  th g ad g et  a n d   th s m ar tp h o n ap p   th at   n e w   d iap er   is   p u o n .   T h d esig n   i n clu d e s   d etec to r   s w itc h ,   r ef er r ed   to   as  g ad g et - on - d iap er   ( GD)   th at  g et  p r ess ed   w h en   t h g ad g et  i s   p u o n   th d iap er an d   u n p r ess ed   -   wh en   it  is   n o p u o n   th d iap er .   T h g ad g et  a ls o   c o n tain s   a   h ar d w ar r eset   s w it ch .   b u s y   L E D   ( B SY)   i n d i ca tes  t h d e v ice  i s   ca lcu lati n g   an d   it s h o u ld   n o t b r em o v ed   f r o m   t h d iap er .         e.   Co in ce ll ba t t er y   A   l ith iu m   co i n   ce ll  b atter y ,   C R 2 0 3 2   [ 3 9 ] ,   is   u s ed   as  t h p o w er   s u p p l y   u n it.  I h as  n o m i n al  v o ltag e   o f   3   v o lts   an d   t y p ica l c ap ac it y   o f   2 3 5   m Ah .     3 . 1 . 2 .   F ir m w a re   Th B L E   s o f t w ar d ev elo p m en k it   f o r   C C 2 5 4 1   is   a   co m p lete  s o f t w ar p latf o r m   f o r   d ev elo p in g   s in g le - m o d B L E   ap p licatio n s   [ 4 0 ] .   T h B L E   p r o to co s tack ,   th e   p r o f iles ,   a n d   all  ap p li ca tio n s   ar all  b u ilt   ar o u n d   th Op er ati n g   S y s te m   A b s tr ac tio n   L a y er   ( OS AL ) .   T h O SAL   i s   co n tr o lo o p   th at  allo w s   s o f t w ar f o r   th e x ec u t io n   o f   e v e n ts   a cc o r d in g   to   p r io r ity .   Af ter   task   i s   ex ec u ted ,   t h s y s te m   g o es  to   lo w - p o w er   s leep - m o d a u to m atica ll y   to   s av p o w er .   T h s y s te m   w a k es   u p   f r o m   s leep   m o d w h e n   an   ex ter n al   i n ter r u p t i s   t r ig g er ed .   T h f ir m w ar is   b u ilt  o n   a   d r iv er   la y er   an d   a n   ap p licatio n   la y er .   T h d r iv er   la y er   co n s is ts   o f   lo w - lev el  f ir m w ar f o r   ac ce s s in g   d if f er e n h ar d w ar e   p er ip h er als  s u c h   as   r ea d in g   A D C   p o r v alu e s ,   s en d i n g   d ata   b y te   u s i n g   B L E ,   en ab le  o r   d is ab le  an alo g   co m p ar ato r   ( AC )   i n ter r u p et c.   T h ap p licatio n   la y er   ac ce s s   th h ar d w ar b y   ca llin g   t h f u n ct io n s   o f   th d r iv er   la y er .   T h ap p licatio n   lay er   is   co n s t r u cted   u s i n g   f in ite  s tate  m ac h i n ( FS M)   as  s h o wn   in   Fig u r 1 1 .           I N I T W A I T   F O R   ST A B L E S T A B L E E X T R A CT   F E A T U R E   CL A SS I F Y A C   A N D   G D     Fig u r 1 1 .   FS o f   th ap p lica tio n   la y er .   Her AC   is   a n alo g   co m p ar ato r   in ter r u p t;   GD   is   g ad g et - on - d iap er T_ d p r _ s lo p   is   th A D C   v a lu o f   d V d p r       Af ter   p o w er - up ,   th e   FS M   in iti alize s   t h h ar d w ar a n d   g lo b al  v ar iab les  at   I NI T   s tate.   A W A I T   FOR   ST A B L E   s tate,   th e   FS w ait s   u n til  th ADC  v al u o f   d Vd p r   ( i.e   T_ d p r _ s lo p )   b ec o m es   ze r o   co n s ec u ti v el y   f o r   s e v er al  s ec o n d s .   T h en   i g o es  to   th e   ST A B L E   s tate   an d   g o es  to   lo w   p o w er   s leep   m o d e.   W h en   u r in at io n   ev en o cc u r s ,   th A C   i n ter r u p t   is   tr ig g er ed .   T h in ter r u p w a k es  u p   t h m ic r o co n tr o ller   f r o m   s leep   m o d an d   it  r aises   th AC   ta s k   ev e n t.  T h ev e n s c h ed u ler   o f   OS AL   d etec ts   th e   ev e n a n d   ca lls   its   ass o ciate   AC   ca l l   b ac k   f u n ct io n .   I f   t h g ad g et - on - d iap er   ( GD)   s w itch   i s   p r ess ed ,   th e n   it  i n cr ea s es  t h to t al  u r in at io n   co u n t,   Uri n a tio n   N u mb er ,   b y   1   an d   g o es  to   th E XT R A C T   FE A T UR E   &   C L ASSIF s tate.   Usi n g   ti m er   h av i n g   an   in ter v a o f   1   s ec o n d ,   t h f ea t u r es  m en t io n ed   in   Sec  2 . 2 . 1   ar ca lcu lated   b y   r ea d in g   t h e   A D C   v alu e s   o f   t h Vd p r ,   Vam b ,   d Vd p r ,   an d   d Va m b   at  t h is   s ta te.   T h en   th test   f ea tu r v ec to r   is   clas s if ied   as  s m all  ( S)  o r   lar g ( L )   class   lab el  u s i n g   t h class i f ier   as  d is c u s s ed   in   Sec  2 . 2 . 2 .   I f   Uri n a tio n   N u mb er   g o es  ab o v Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.