Умна възглавница: 3 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Тази инструкция описва как да направите интелигентна възглавница, която е чувствителна към хъркане!

Интелигентната възглавница разчита на вибрации, за да посочи на спящия, когато хърка, докато спи. Работи автоматично, когато човек сложи глава върху възглавницата.

Хъркането е жалко състояние, защото засяга не само хъркащия човек, но и хората, които спят около него. Хъркането е гласувано като най -голямата медицинска причина зад развода в САЩ. Освен това сънната апнея може да причини широк спектър от здравословни проблеми, които могат да бъдат смекчени, като се гарантира, че спящият не избира позиция, която води до хъркане.

В тази инструкция ще изградим система, която може да открива и анализира звуците. Когато анализира хъркащия звук, той ще включи вибрационен двигател, така че спящият да се събуди. Когато спящият вдигне главата си от възглавницата, вибрационният двигател ще спре. Когато човек, който спи, промени позицията си за сън, е по -вероятно да се установи в друга позиция, която да предотврати хъркането.

Стъпка 1: Задачи с възглавници:

• Възглавницата има сензор за докосване, така че системата се активира автоматично, когато човек постави главата си върху възглавницата, и е празен, когато вдигне глава нагоре.
• Когато системата открие хъркащ звук или друг какофоничен звук, се включва вибратор, за да събуди спящия.
• Разполага с 2 регулируеми от потребителя режима на вибрация: непрекъснат или импулсен. Системата е полезна за хора, които страдат от хъркане. За безопасност хората, които страдат от много дълбок сън, също могат да използват системата, тъй като тя може да открие звънци на вратите, звънене на телефони или плачещи бебета.

Ние реализирахме този проект със Silego SLG46620V CMIC, звуков сензор, вибрационен двигател, резистор за определяне на силата и някои пасивни компоненти.

Общият брой компоненти за този дизайн е доста минимален, въпреки че не се използва микроконтролер. Тъй като CMP на GreenPAK са евтини и имат ниска консумация на енергия, те са идеален компонент за това решение. Малките им размери също биха им позволили лесно да бъдат интегрирани във възглавницата, без да се притесняват за производството.

Повечето проекти, които зависят от откриването на звук, имат "фалшиво задействане", което е необходимо поради възможността за грешка сред различни сензори. Сензорите, свързани с този проект, просто откриват ниво на звук; те не откриват вида на звука или естеството на неговия произход. Следователно, фалшиво задействане може да бъде причинено от действие като пляскане, почукване или друг шум, несвързан с хъркането, който може да бъде открит от сензора.

В този проект системата ще игнорира кратките звуци, които причиняват честота на фалшиво задействане, така че ще изградим цифров филтър, който може да открие звуков сегмент като звук от хъркане.

Погледнете графичната крива на фигура 1, която представлява звука на хъркането.

Можем да видим, че се състои от две секции, които се повтарят и корелират във времето. Първият раздел открива хъркането; това е последователност от кратки импулси, която продължава от 0,5 до 4 секунди, последвана от период на мълчание, който продължава от 0,4 до 4 секунди и може да съдържа фонов шум.

Следователно, за да филтрира други шумове, системата трябва да открие хъркащ сегмент, който продължава повече от 0,5 секунди, и да игнорира всеки по -кратък звуков сегмент. За да стане системата по -стабилна, трябва да се приложи брояч, който отчита хъркащите сегменти за стартиране на алармата след откриването на два последователни хъркащи сегмента.

В този случай, дори ако звукът продължи повече от 0,5 секунди, системата ще го филтрира, освен ако не се повтори в определен период от време. По този начин можем да филтрираме звука, който може да бъде причинен от движение, кашлица или дори кратки шумови сигнали.

Стъпка 2: План за изпълнение

Дизайнът на този проект се състои от два раздела; първият раздел е отговорен за откриване на звук и го анализира, за да открие звука от хъркането, за да предупреди спящия.

Втората секция е сензор за докосване; той е отговорен за автоматичното активиране на системата, когато човек сложи глава върху възглавницата, и за деактивиране на системата, когато спящият вдигне главата си от възглавницата.

Интелигентна възглавница може много лесно да бъде внедрена с единична конфигурация за смесен сигнал GreenPAK (CMIC).

Можете да преминете през всички стъпки, за да разберете как чипът GreenPAK е програмиран за управление на интелигентната възглавница. Ако обаче просто искате лесно да създадете Smart Pillow, без да разбирате цялата вътрешна схема, изтеглете безплатен софтуер GreenPAK, за да видите вече завършения Smart Pillow GreenPAK Design File. Включете компютъра си в комплекта за разработка на GreenPAK и натиснете програмата, за да създадете персонализирана интегрална схема за управление на вашата интелигентна възглавница. След като IC е създаден, можете да пропуснете следващата стъпка. Следващата стъпка ще обсъди логиката, която е вътре в дизайна на Smart Pillow GreenPAK за тези, които се интересуват да разберат как работи схемата.

Как работи?

Всеки път, когато човек сложи глава на възглавницата, сензорът за докосване изпраща сигнал за активиране от Matrix2 към Matrix1 до P10, за да активира веригата и да започне да взема проби от сензора за звук.

Системата взема проба от сензора за звук на всеки 30 ms в рамките на период от 5 ms. По този начин ще се спести консумация на енергия и ще се филтрират кратки звукови импулси.

Ако открием 15 последователни звукови проби (тишината не продължава повече от 400 ms между някоя от пробите), се стига до заключението, че звукът е постоянен. В този случай звуковият сегмент ще се счита за хъркащ сегмент. Когато това действие се повтори след тишина, която продължава повече от 400ms и по -малко от 6s, заснетият звук ще се счита за хъркане и спящият ще бъде предупреден от вибрации.

Можете да забавите предупреждението за повече от 2 хъркащи сегмента, за да повишите точността от конфигурацията pipedelay0 в дизайна, но това може да увеличи времето за реакция. Ще трябва да се увеличи и 6сек рамка.

Стъпка 3: GreenPAK дизайн

Първа секция: Откриване на хъркане

Изходът на звуковия сензор ще бъде свързан към Pin6, който е конфигуриран като аналогов вход. Сигналът ще бъде пренесен от щифта към входа на ACMP0. Другият вход на ACMP0 е конфигуриран като 300mv справка.

Изходът на ACMP0 се инвертира и след това се свързва към CNT/DLY0, което е зададено като закъснение на нарастващ ръб със закъснение, равно на 400 мс. Изходът на CNT0 ще бъде висок, когато откриването на тишина продължава повече от 400 мс. Неговият изход е свързан с детектор с нарастващ ръб, който ще генерира кратък импулс за нулиране след откриване на тишина.

CNT5 и CNT6 са отговорни за отварянето на времева врата, която продължава 5ms на всеки 30ms, за да вземе звукови проби; по време на тези 5 ms, ако има откриване на звуков сигнал, изходът на DFF0 дава импулс на брояча CNT9. CNT9 ще бъде нулиран, ако откриването на тишина продължи повече от 400 ms, след което ще рестартира преброяването на звукови проби.

Изходът на CNT9 е свързан към DFF2, който се използва като точка за откриване на хъркащ сегмент. Когато се открие хъркащ сегмент, изходът на DFF2 се превръща в HI, за да активира CNT2/Dly2, който е конфигуриран да работи като „забавяне на падащия ръб“със закъснение, равно на 6 сек.

DFF2 ще бъде нулиран след откриване на тишина, което продължава повече от 400 ms. След това той ще започне отново да открива за хъркащ сегмент.

Изходът на DFF2 преминава през Pipedelay, който е свързан към pin9 през LUT1. Pin9 ще бъде свързан към вибрационния двигател.

Изходът на Pipedelay преминава от Low към High, когато открие два последователни хъркащи сегмента в рамките на времевия портал за CNT2 (6 сек).

LUT3 се използва за нулиране на Pipedelay, така че изходът му ще бъде нисък, ако спящият вдигне главата си от възглавницата. В този случай времевата порта на CNT2 е завършена, преди да се открият два последователни хъркащи сегмента.

Pin3 е конфигуриран като вход и е свързан с "бутон за режим на вибрация". Сигналът, идващ от щифт 3, преминава през DFF4 и DFF5 конфигурира модела на вибрации към един от двата модела: mode1 и mode2. В режим 1: когато се открие хъркане, непрекъснат сигнал се изпраща към вибрационния двигател, което означава, че двигателят работи непрекъснато.

В случай на режим 2: когато се открие хъркане, вибрационният двигател се импулсира с времето за изхода на CNT6.

Така че, когато изходът на DFF5 е висок, режим 1 ще бъде активиран. Когато е ниско (режим 2), изходът на DFF4 е висок и изходът на CNT6 ще се появи на щифт 9 до LUT1.

Чувствителността към звуковия сензор се контролира от потенциометър, който е настроен в модула. Сензорът трябва да се инициализира ръчно за първи път, за да се получи необходимата чувствителност.

PIN10 е свързан към изхода на ACMP0, който е свързан външно към светодиод. Когато сензорът за звук е калибриран, изходът на щифт 10 трябва да е доста нисък, което означава, че няма трептене на външния светодиод, който е свързан отгоре10. По този начин можем да гарантираме, че напрежението, генерирано от звуковия сензор в тишина, не надвишава прага от 300mv ACMP0.

Ако имате нужда от друга аларма в допълнение към вибрацията, можете да свържете зумер към pin9, така че да се активира и звукова аларма.

Втора секция: Сензор за докосване

Сензорът за докосване, който създадохме, използва резистор, разпознаващ сила (FSR). Резисторите за измерване на сила се състоят от проводим полимер, който променя съпротивлението по предвидим начин след прилагане на сила върху повърхността му. Сензорният филм се състои както от електропроводими, така и от непроводими частици, окачени в матрица. Прилагането на сила върху повърхността на сензорния филм кара частиците да докосват проводящите електроди, променяйки съпротивлението на филма. FSR се предлага с различни размери и форми (кръг и квадрат).

Съпротивлението надвишава 1 MΩ без приложено налягане и варира от около 100 kΩ до няколко стотици ома, тъй като налягането варира от леко до тежко. В нашия проект FSR ще се използва като сензор за докосване на главата и се намира вътре във възглавницата. Средното тегло на човешката глава е между 4,5 и 5 кг. Когато потребителят сложи глава върху възглавницата, върху FSR се прилага сила и нейното съпротивление се променя. GPAK открива тази промяна и системата е активирана.

Начинът за свързване на резистивен сензор е да свържете единия край към захранването, а другия към падащ резистор към земята. Тогава точката между фиксирания резистор за изтегляне и променливия резистор FSR се свързва към аналоговия вход на GPAK (Pin12), както е показано на фигура 7. Сигналът ще бъде пренесен от щифта към входа на ACMP1. Другият вход на ACMP1 е свързан към референтна настройка 1200mv. Резултатът от сравнението се съхранява в DFF6. Когато се открие докосване на главата, изходът на DFF2 превключва HI, за да активира CNT2/Dly2, който е конфигуриран да работи като "забавяне на падащия ръб" със закъснение, равно на 1,5 сек. В този случай, ако спящият се движи или се обръща от една страна на друга и FSR е прекъснат за по -малко от 1,5 секунди, системата все още се активира и не възниква нулиране. CNT7 и CNT8 се използват за активиране на FSR и ACMP1 за 50 mS на всеки 1 сек, за да се намали консумацията на енергия.

Заключение

В този проект направихме интелигентна възглавница, която се използва за откриване на хъркане, за да предупреди спящия човек чрез вибрации.

Също така направихме сензор за докосване с помощта на FSR за автоматично активиране на системата при използване на възглавницата. Друга възможност за подобрение може да бъде проектирането на паралелни FSR, за да се настанят възглавници с по -голям размер. Направихме и цифрови филтри, за да сведем до минимум появата на фалшиви аларми.