Pametni jastuk: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

Ovaj Instructable opisuje kako napraviti pametan jastuk osjetljiv na hrkanje!

Pametni jastuk oslanja se na vibracije kako bi pokazao spavaču kada hrče dok spava. Radi automatski kada osoba stavi glavu na jastuk.

Hrkanje je nesretno stanje jer ne utječe samo na osobu koja hrče, već i na ljude koji spavaju oko njega. Hrkanje je proglašeno najvećim medicinskim razlogom iza razvoda u SAD -u. Nadalje, apneja za vrijeme spavanja može uzrokovati niz zdravstvenih problema koji se mogu ublažiti osiguravanjem da spavač ne odabere položaj koji dovodi do hrkanja.

U ovom Instructable -u ćemo izgraditi sistem koji može detektirati i analizirati zvukove. Kada analizira zvuk hrkanja, uključit će motor vibracije tako da se spavač probudi. Kad osoba koja spava podigne glavu s jastuka, motor vibracije će se zaustaviti. Kad spavač promijeni položaj za spavanje, veća je vjerovatnoća da će se smjestiti u drugačiji položaj koji će spriječiti hrkanje.

Korak 1: Zadaci jastuka:

• Jastuk ima senzor za dodir, tako da se sistem automatski uključuje kada osoba položi glavu na jastuk, a miruje kada podigne glavu.
• Kada sistem otkrije zvuk hrkanja ili bilo koji drugi kakofonični zvuk, uključuje se vibrator kako bi probudio spavača.
• Sadrži 2 načina rada vibracija koje može postaviti korisnik: kontinuirani ili pulsni. Sustav je koristan za osobe koje pate od hrkanja. Radi sigurnosti, ljudi koji pate od vrlo dubokog sna mogu također koristiti sistem jer može otkriti zvona na vratima, zvoniti telefone ili uplakati bebe.

Ovaj projekt smo implementirali sa Silego SLG46620V CMIC, senzorom zvuka, motorom za vibracije, otpornikom za osjet sile i nekim pasivnim komponentama.

Ukupan broj komponenti za ovaj dizajn je prilično minimalan, iako ne koristi mikrokontroler. Budući da su GreenPAK CMIC-ovi jeftini i imaju nisku potrošnju energije, idealna su komponenta za ovo rješenje. Njihove male veličine također bi im omogućile da se lako integriraju u jastuk bez briga o proizvodnji.

Većina projekata koji zavise od detekcije zvuka imaju "lažnu brzinu okidanja", koja je neophodna zbog mogućnosti greške među različitim senzorima. Senzori povezani sa ovim projektom samo detektuju nivo zvuka; ne otkrivaju vrstu zvuka niti prirodu njegovog porijekla. Posljedično, lažni okidač može biti uzrokovan činom poput pljeskanja, kucanja ili druge buke koja nije povezana s hrkanjem, a koju senzor može otkriti.

U ovom projektu sistem će zanemariti kratke zvukove koji uzrokuju lažnu brzinu okidanja, pa ćemo izgraditi digitalni filter koji može otkriti segment zvuka poput zvuka hrkanja.

Pogledajte grafičku krivulju na slici 1 koja predstavlja zvuk hrkanja.

Možemo vidjeti da se sastoji od dva odjeljka koji se ponavljaju i vremenski korelirani. Prvi odjeljak otkriva hrkanje; to je niz kratkih impulsa koji traje 0,5 do 4 sekunde, nakon čega slijedi period tišine koji traje 0,4 do 4 sekunde i može sadržavati pozadinsku buku.

Stoga, da bi filtrirao ostale šumove, sistem mora otkriti segment hrkanja, koji traje više od 0,5 sekundi, i zanemariti svaki kraći segment zvuka. Da bi sistem bio stabilniji, treba implementirati brojač koji broji segmente hrkanja za pokretanje alarma nakon otkrivanja dva uzastopna segmenta hrkanja.

U tom slučaju, čak i ako zvuk traje duže od 0,5 sekundi, sistem će ga filtrirati osim ako se ne ponovi u određenom vremenskom okviru. Na ovaj način možemo filtrirati zvuk koji može biti uzrokovan pokretom, kašljem ili čak kratkim signalima šuma.

Korak 2: Plan implementacije

Dizajn ovog projekta sastoji se od dva dijela; prvi dio je odgovoran za otkrivanje zvuka i analizira ga kako bi otkrio zvuk hrkanja kako bi upozorio spavača.

Drugi dio je senzor dodira; odgovoran je za automatsko omogućavanje sistema kada osoba stavi glavu na jastuk i za onemogućavanje sistema kada osoba koja spava podigne glavu s jastuka.

Pametni jastuk može se vrlo lako implementirati sa jednim GreenPAK-om konfiguriranim IC-om sa mješovitim signalom (CMIC).

Možete proći sve korake da biste razumjeli kako je GreenPAK čip programiran za upravljanje pametnim jastukom. Međutim, ako samo želite jednostavno stvoriti pametni jastuk bez razumijevanja svih unutrašnjih sklopova, preuzmite besplatni softver GreenPAK za pregled već završene datoteke dizajna pametnog jastuka GreenPAK. Priključite računar na GreenPAK Development Kit i hit program za kreiranje prilagođenog IC -a za kontrolu vašeg pametnog jastuka. Nakon što je IC kreiran, možete preskočiti sljedeći korak. Sljedeći korak će raspravljati o logici koja se nalazi u dizajnerskoj datoteci Smart Pillow GreenPAK za one koji su zainteresirani za razumijevanje načina rada kola.

Kako radi?

Kad god osoba stavi glavu na jastuk, senzor dodira šalje aktivacijski signal iz Matrix2 u Matrix1 kroz P10 kako bi aktivirao krug i počeo uzimati uzorke sa senzora zvuka.

Sistem uzima uzorak sa senzora zvuka svakih 30 ms u roku od 5 ms. Na ovaj način će se uštedjeti potrošnja energije i filtrirati kratki zvučni impulsi.

Ako otkrijemo 15 uzastopnih uzoraka zvuka (tišina ne traje duže od 400 ms između bilo kojeg od uzoraka), zaključuje se da je zvuk postojan. U ovom slučaju, segment zvuka smatrat će se segmentom hrkanja. Kada se ova radnja ponovi nakon tišine, koja traje više od 400 ms i manje od 6 s, snimljeni zvuk će se smatrati hrkanjem, a spavač će biti upozoren vibracijom.

Možete odgoditi upozorenje za više od 2 segmenta hrkanja kako biste povećali točnost konfiguracije pipedelay0 u dizajnu, ali to može povećati vrijeme odziva. Trebalo bi povećati i okvir od 6 sekundi.

Korak 3: GreenPAK dizajn

Prvi odjeljak: Otkrivanje hrkanja

Izlaz senzora zvuka bit će spojen na Pin6 koji je konfiguriran kao analogni ulaz. Signal će biti doveden sa pina na ulaz ACMP0. Drugi ulaz ACMP0 konfiguriran je kao referenca od 300mv.

Izlaz ACMP0 je invertiran i zatim spojen na CNT/DLY0, koji je postavljen kao kašnjenje rastuće ivice sa zakašnjenjem od 400 ms. Izlaz CNT0 će biti visok kada detekcija tišine traje duže od 400 ms. Njegov izlaz je spojen na detektor rastuće ivice, koji će generirati kratki impuls resetiranja nakon otkrivanja tišine.

CNT5 i CNT6 odgovorni su za otvaranje vremenskog okvira koji traje 5 ms svakih 30 ms za uzimanje uzoraka zvuka; tokom ovih 5 ms, ako dođe do detekcije zvučnog signala, izlaz DFF0 daje impuls brojaču CNT9. CNT9 će se poništiti ako detekcija tišine traje više od 400 ms, nakon čega će ponovno pokrenuti brojanje uzoraka zvuka.

Izlaz CNT9 spojen je na DFF2 koji se koristi kao točka za otkrivanje segmenta hrkanja. Kad se detektira segment hrkanja, izlaz DFF2 okreće HI za aktiviranje CNT2/Dly2, koji je konfiguriran da radi kao "kašnjenje padajuće ivice" s kašnjenjem od 6 sek.

DFF2 će se resetirati nakon detekcije tišine koja traje više od 400 ms. Tada će početi ponovno otkrivati segment hrkanja.

Izlaz DFF2 prolazi kroz Pipedelay, koji je spojen na pin9 preko LUT1. Pin9 će biti spojen na motor za vibracije.

Izlaz Pipedelaya prelazi s niskog na visoko kada detektira dva sekvencijalna segmenta hrkanja unutar vremenskog okvira za CNT2 (6 sekundi).

LUT3 se koristi za resetiranje Pipedelay -a, pa će njegov izlaz biti nizak ako osoba koja spava podigne glavu s jastuka. U ovom slučaju, vremenska granica CNT2 je završena prije otkrivanja dva uzastopna segmenta hrkanja.

Pin3 je konfiguriran kao ulaz i povezan je s "gumbom za način rada vibracije". Signal koji dolazi sa pina 3 prolazi kroz DFF4 i DFF5 konfigurira uzorak vibracija u jedan od dva obrasca: način rada 1 i način rada 2. U slučaju načina 1: kada se detektira hrkanje, kontinuirani signal se šalje na vibracijski motor, što znači da motor radi neprekidno.

U slučaju načina 2: kada se detektira hrkanje, vibracijski motor pulsira s vremenom CNT6 izlaza.

Dakle, kada je izlaz DFF5 visok, aktivirat će se način rada 1. Kada je nizak (način 2), izlaz DFF4 je visok, a izlaz CNT6 će se pojaviti na pin9 do LUT1.

Osetljivost na senzor zvuka kontroliše se potenciometrom koji je postavljen u modulu. Senzor bi trebalo prvi put ručno pokrenuti kako bi se postigla potrebna osjetljivost.

PIN10 je spojen na izlaz ACMP0, koji je spolja spojen na LED. Kada je senzor zvuka kalibriran, izlaz pin10 bi trebao biti prilično nizak, što znači da nema treperenja na vanjskoj LED diodi koja je spojena top10. Na ovaj način možemo jamčiti da napon koji generira senzor zvuka u tišini ne prelazi prag ACMP0 od 300mv.

Ako vam je potreban još jedan alarm osim vibracije, možete spojiti zujalicu na pin9 tako da će se aktivirati i zvučni alarm.

Drugi odjeljak: Senzor dodira

Senzor dodira koji smo izgradili koristi otpornik osjetljiv na silu (FSR). Otpornici osjetljivi na silu sastoje se od vodljivog polimera koji mijenja otpor na predvidljiv način nakon primjene sile na svoju površinu. Senzorski film sastoji se od električno provodljivih i neprovodljivih čestica suspendiranih u matrici. Primjena sile na površinu osjetljivog filma uzrokuje da čestice dodirnu provodne elektrode, mijenjajući otpor filma. FSR dolazi s različitim veličinama i oblicima (krug i kvadrat).

Otpor je premašio 1 MΩ bez primijenjenog pritiska i kretao se u rasponu od oko 100 kΩ do nekoliko stotina Ohma jer je pritisak varirao od lakog do teškog. U našem projektu, FSR će se koristiti kao senzor dodira glave i nalazi se unutar jastuka. Prosječna težina ljudske glave je između 4,5 i 5 kg. Kada korisnik stavi glavu na jastuk, sila se primjenjuje na FSR i njegov otpor se mijenja. GPAK otkriva ovu promjenu i sistem je omogućen.

Način povezivanja otpornog senzora je spojiti jedan kraj na napajanje, a drugi na padajući otpornik na masu. Zatim se točka između fiksnog otpornika za povlačenje i promjenjivog otpornika FSR poveže na analogni ulaz GPAK -a (Pin12) kao što je prikazano na slici 7. Signal će se dovesti sa pina na ulaz ACMP1. Drugi ulaz ACMP1 spojen je na referentnu postavku 1200mv. Usporedni rezultat pohranjen je u DFF6. Kada se detektira dodir glave, izlaz DFF2 okreće HI za aktiviranje CNT2/Dly2, koji je konfiguriran da radi kao "kašnjenje padajuće ivice" s kašnjenjem od 1,5 sek. U tom slučaju, ako se spavač pomiče ili okreće s jedne na drugu stranu, a FSR je prekinut za manje od 1,5 s, sistem je i dalje aktiviran i ne dolazi do resetiranja. CNT7 i CNT8 se koriste za omogućavanje FSR i ACMP1 za 50 mS svakih 1 sekundu kako bi se smanjila potrošnja energije.

Zaključak

U ovom projektu napravili smo pametni jastuk koji se koristi za otkrivanje hrkanja kako bi vibracijom upozorio usnulu osobu.

Također smo napravili senzor dodira koristeći FSR za automatsko aktiviranje sistema prilikom korištenja jastuka. Daljnja mogućnost poboljšanja mogla bi biti paralelno projektiranje FSR -a za smještaj jastuka veće veličine. Napravili smo i digitalne filtere za smanjenje pojavljivanja lažnih alarma.