Pametni jastuk: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

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 u SAD -u proglašeno najvećim medicinskim razlogom za razvod braka. 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 Instructableu izgradit ćemo sustav koji može detektirati i analizirati zvukove. Kad 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 vjerojatnost da će se smjestiti u drugačiji položaj koji će spriječiti hrkanje.

Korak 1: Zadaci jastuka:

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

Ovaj smo projekt proveli 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, unatoč tome što se 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 bez problema integriraju u jastuk.

Većina projekata koji ovise o otkrivanju zvuka imaju "lažnu brzinu okidanja", što je potrebno zbog mogućnosti pogreške među različitim senzorima. Senzori povezani s ovim projektom samo detektiraju razinu zvuka; ne otkrivaju vrstu zvuka niti prirodu njegova podrijetla. 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 sustav će zanemariti kratke zvukove koji uzrokuju lažnu brzinu okidanja, pa ćemo izgraditi digitalni filter koji može detektirati zvučni segment poput zvuka hrkanja.

Pogledajte grafičku krivulju na slici 1 koja predstavlja zvuk hrkanja.

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

Stoga, da bi filtrirao ostale šumove, sustav mora otkriti segment hrkanja, koji traje više od 0,5 sekundi, i zanemariti bilo koji segment kraćeg zvuka. Kako bi sustav bio stabilniji, potrebno je uvesti brojač koji broji segmente hrkanja za pokretanje alarma nakon otkrivanja dva uzastopna segmenta hrkanja.

U tom slučaju, čak i ako zvuk traje dulje od 0,5 sekundi, sustav će ga filtrirati osim ako se ne ponovi unutar određenog vremenskog okvira. Na taj način možemo filtrirati zvuk koji može biti uzrokovan pokretom, kašljem ili čak kratkim signalima šuma.

Korak 2: Plan provedbe

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

Drugi dio je osjetnik na dodir; odgovoran je za automatsko omogućavanje sustava kada osoba stavi glavu na jastuk i za onemogućavanje sustava kada osoba koja spava podigne glavu s jastuka.

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

Možete proći sve korake kako biste razumjeli kako je čip GreenPAK programiran za upravljanje pametnim jastukom. Međutim, ako samo želite jednostavno stvoriti pametni jastuk bez razumijevanja svih unutarnjih sklopova, preuzmite besplatni softver GreenPAK za pregled već završene datoteke dizajna pametnog jastuka GreenPAK. Priključite svoje računalo na GreenPAK Development Kit i hit program za stvaranje prilagođenog IC -a za upravljanje vašim pametnim jastukom. 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 koje zanima razumijevanje kako krug funkcionira.

Kako radi?

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

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

Otkrijemo li 15 uzastopnih uzoraka zvuka (tišina ne traje dulje od 400 ms između bilo kojeg od uzoraka), zaključuje se da je zvuk postojan. U tom će se slučaju segment zvuka smatrati segmentom hrkanja. Kad 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 se dovesti iz pina na ulaz ACMP0. Drugi ulaz ACMP0 konfiguriran je kao referenca od 300 mv.

Izlaz ACMP0 je obrnut, a zatim spojen na CNT/DLY0, koji je postavljen kao kašnjenje rastućeg ruba s odgodom jednakom 400 ms. Izlaz CNT0 bit će visok kada otkrivanje tišine traje više od 400 ms. Njegov izlaz spojen je na detektor rastućeg ruba, 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; tijekom tih 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 padajućeg ruba" s kašnjenjem od 6 sekundi.

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

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

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

LUT3 se koristi za resetiranje Pipedelaya, pa će njegov izlaz biti nizak ako osoba koja spava podigne glavu s jastuka. U tom slučaju, vremenska vrata CNT2 su završena prije nego što se otkriju dva sekvencijalna segmenta hrkanja.

Pin3 je konfiguriran kao ulaz i povezan je s "gumbom za način rada vibracije". Signal koji dolazi s pina 3 prolazi kroz DFF4 i DFF5 konfigurira uzorak vibracija u jedan od dva uzorka: način1 i način2. U slučaju načina rada 1: kada se detektira hrkanje, kontinuirani signal se šalje na vibracijski motor, što znači da motor radi neprekidno.

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

Dakle, kada je izlaz DFF5 visok, aktivirat će se način rada1. Kad je niska (način 2), izlaz DFF4 je visok, a izlaz CNT6 će se pojaviti na pin9 do LUT1.

Osjetljivost na osjetnik zvuka kontrolira se potenciometrom koji je postavljen u modulu. Senzor treba prvi put ručno pokrenuti kako bi se dobila potrebna osjetljivost.

PIN10 je spojen na izlaz ACMP0, koji je spolja spojen na LED. Kad je kalibriran osjetnik zvuka, 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 zvučni senzor u tišini ne prelazi prag ACMP0 od 300 mv.

Ako trebate 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 vodljivih i neprovodljivih čestica suspendiranih u matrici. Primjenom sile na površinu osjetljivog filma čestice dodiruju provodne elektrode, mijenjajući otpor filma. FSR dolazi s različitim veličinama i oblicima (krug i kvadrat).

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

Način povezivanja otpornog senzora je spajanje jednog kraja na napajanje, a drugi na padajući otpornik na masu. Zatim se točka između fiksnog otpornika za povlačenje i promjenjivog otpornika FSR spoji na analogni ulaz GPAK -a (Pin12) kao što je prikazano na slici 7. Signal će se dovesti iz pina na ulaz ACMP1. Drugi ulaz ACMP1 spojen je na referentnu postavku 1200mv. Usporedni rezultat pohranjen je u DFF6. Kad se detektira dodir glave, izlaz DFF2 okreće HI za aktiviranje CNT2/Dly2, koji je konfiguriran da radi kao "kašnjenje padajućeg ruba" s kašnjenjem od 1,5 s. U tom slučaju, ako se spavač pomiče ili okreće s jedne na drugu stranu, a FSR je prekinut za manje od 1,5 sekunde, sustav je i dalje aktiviran i ne dolazi do resetiranja. CNT7 i CNT8 koriste se 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 pomoću FSR -a za automatsko aktiviranje sustava pri korištenju jastuka. Daljnja mogućnost poboljšanja mogla bi biti paralelno projektiranje FSR -a za smještaj jastuka veće veličine. Također smo izradili digitalne filtere kako bismo smanjili pojavu lažnih alarma.