DEVELOPMENT OF A WIRELESS PRESSURE SENSOR MODULE TO CONVERT THE MOBILE PHONES INTO DIVE COMPUTERS

Year 2019, Volume: 7 Issue: 2, 494 - 508, 01.06.2019

Miraç Memişoğlu Tamer Özyiğit Seçil Şatır Salih Murat Egi

https://doi.org/10.15317/Scitech.2019.214

Abstract

Diver carried
computers are basically designed to measure the depth and time and provide safe
ascent profiles in order to avoid decompression sickness in divers. All of the
units in the market are based on embedded systems where the user cannot reprogram
the units except entering limited number of dive parameters such as the content
of cylinders and the conservatism of the computation.

An innovative system is designed and patented by the authors for
implementing a diver carried computer using a mobile phone inside a pressure
and waterproof housing in combination with an external microcontroller based
electronic module. The aim of this work is to communicate the design of the key
component of this system which is the external module built in order to measure
pressure and temperature data and send them wirelessly to the mobile phone.

The external module compartment is placed adjacent to the mobile phone
compartment. The impermeability is provided by two successive o-rings. A double
lock system is used to prevent the external module and the mobile phone
compartment from breaking apart underwater. The external module collects data
from its sensors and peripherals and put them together into a so-called frame.
This frame is transmitted to the mobile device using wireless communication (Wi-Fi
or Bluetooth) and analyzed by the mobile device when received. This
functionality is ensured by a minimalistic electronic design that includes a
microprocessor, an oscillator, Wi-Fi module (IEEE 802.1x protocol) or Bluetooth,
resistors and capacitors. The module is tested and benchmarked successfully
with 7 existing dive computers in the market up to 42 m in open water
conditions.    

The system has the advantage of rapid model implementation and
deployment, ability to run multi-model decompression procedures, user specific
screen layout through the application of “skins”, very large data logging
capacity and all the advantages of mobile phones including sending post dive
SMS messages in case of preset rules for emergencies, automatic wireless
transfer of dive logs to research centers via internet and/or to dive center
management services. Future projects target the use of photo and video
recording, music and film playing capacities of mobile phones to entertain
divers during long decompression stops as well. This platform is further
expandable with additional modules to capture a wide variety of information
such as oceanographic parameters like salinity, conductivity and dissolved
oxygen.

Keywords

Bluetooth, Decompression sickness, Diver, Diving, SCUBA, Wi-Fi

Akıllı Telefonları Dalış Bilgisayarına Dönüştürmek İçin Kablosuz Basınç Algılayıcı Modülü Geliştirilmesi

Abstract

Dalgıçların
sualtında kullandığı dalış bilgisayarları, temel olarak derinlik ve zamanı
ölçmek, dekompresyon hastalığını önlemek için güvenli çıkış profillerini
hesaplamak için tasarlanmışlardır. Piyasadaki tüm cihazlar gömülü sistemler
üzerine geliştirilmiştir ve kullanıcıya, tüpteki gaz, hesaplamaların güvenlik
seviyesi gibi sınırlı dalış parametrelerini değiştirebilmek dışında yeniden
programlama imkânı vermez.  

Yazarlar, dalıcının sualtında su
geçirmez bir kasa içinde beraberinde taşıyabileceği akıllı telefona bağlanarak
ortam basınç ve sıcaklığını ölçen mikro denetleyici tabanlı bir modül geliştirerek
yenilikçi bir sistem tasarlamış ve patentini almışlardır. Bu makalede, sistemin
kilit bileşeni olan ve basınç ve sıcaklık verilerini akıllı cihaza ileten dış
modülün tasarımı konu edilmiştir.

Dış modül bölmesi, akıllı telefon
bölmesinin yanına yerleştirilmiştir. Su geçirmezlik iki ardışık conta (o-ring)
ile sağlanmıştır. İkili bir kilit sistemi dış modül ve akıllı telefon
bölmelerinin sualtında birbirlerinden ayrılmalarını engellemektedir. Dış modül
algılayıcıları ve çevre birimleri sayesinde çerçeve olarak adlandırılan veri
toplamakta ve bu bilgileri bir “yapı (frame)” içinde birleştirmektedir. Bu
çerçeve kablosuz bağlantı (Wi-Fi veya Bluetooth) ile mobil cihaza gönderilmekte
ve analiz edilmektedir. Bu işlev bir mikro işlemci, osilatör, Wi-Fi modülü
(IEEE 802.1x protokolü) veya Bluetooth, dirençler ve kapasitörler ile
sağlanmaktadır. Modül, açık denizde, 42 metre derinliğe kadar başarı ile test
edilmiş ve pazardaki 7 dalış bilgisayarı ile karşılaştırılmıştır.

Sistemin avantajları, hızlı model
uygulama ve kullanımı, çok modelli dekompresyon prosedürleri çalıştırabilme,
kullanıcıya özel ekran tasarımları kullanabilme, akıllı telefonların
avantajları ve SD kart olanağı ile büyük miktarda veri kaydı saklama kapasitesi
ve dalış sonrası SMS gönderme, hazır acil durum kuralları, dalış kayırlarının
araştırma merkezlerine ve/veya dalış merkezi yönetim birimlerine internet
üzerinden otomatik gönderilmesi gibi akıllı telefonların tüm avantajlarından
yararlanabilmesidir. Gelecek projeler, sualtında fotoğraf ve video çekme, uzun
dekompresyon durakları sırasında dalıcının müzik dinleme ve film setretmesine
olanak tanımayı içermektedir. Geliştirilen sistem ek modüller kullanılarak,
tuzluluk, iletkenlik, çözünmüş oksijen gibi oşinografik parametrelerin
ölçülmesi için kullanılabilir.

Keywords

Bluetooth, Dalgıç, Dalış, Dekompresyon hastalığı, SCUBA, Wi-Fi

References

• Azzopardi, E., Sayer, M.D.J., 2010. A review of the technical specifications of 47 models of diving decompression computer. International Journal of the Society for Underwater Technology, 29, 63–70.
• Blogg, S. L., Michael, A. L., Møllerløkken, A., 2011. In: Proceedings of the Validation of Dive Computer Workshop. EUBS and Akademika Publishing. Ağustos 24. Gdansk, Poland, 128 p.
• Boycott, A.E., Damant, G.C.C., Haldane, J.S 1908. The Prevention of Compressed-air Illness. Journal of Hygiene, 8, 342–443.
• Cep Telefonu ve PDA Tabanlı Dalış Bilgisayarlarının Üretim Altyapısının Geliştirilmesi ve Ticarileştirilmesi Projesi- Small and Medium Enterprises Development Organization of Turkish Science, Industry and technology Ministry. Patent TR2009 02025B.
• Dalış Bilgisayarı Tasarımı ve İmalatı. The Scientific and Technological Research Council of Turkey TÜBİTAK Project.
• Elliott, D.H., Moon, R.H., 1993. Manifestations of the decompression disorders: The Physiology and Medicine of Diving. Peter Bennett and David Elliott, Eds., London, 481p.
• Huggings, K.E., 2006. Evaluation of Dive Computer Options for Potential Use in 300 fsw Heliox/Trimix Surface Supplied Scientific Diving. In: Advanced Scientific Diving Workshop; February 23-24; Smithsonian Institution, Washington DC, USA.
• Lippmann, J., Wellard, M., 2004. Comparing Dive Computers. South Pacific Underwater Medicine Society (SPUMS) Journal, 34, 124-129.
• Patent TR2009 02025B. Hardware, allowing pocket computers to establish wireless communication with sensors measuring various ambient conditions, diver and diving parameters, and a waterproof container thereof.
• Sayer, M.D.J., Azzopardi, E., Sieber, A., 2016. User settings on dive computers: reliability in aiding conservative diving. Diving and Hyperbaric Medicine, 46, 98-110.
• Symposium on Future of Diving-2009. 10 Years of Haldane and Beyond Location: Norwegian Univ Sci & Technol, Baromed & Evironm Physiol Grp. By: Lang, Michael A.; Angelini, Sergio (Editors: Lang, M.A.; Brubakk, A.O.). Trondheim, NORWAY, 128 p.
• U.S. Navy Diving Manual, Rev7, SS521-AG-PRO-010, Naval Sea Systems Command, 01 December 2016, 2, 63-86.