Pernă inteligentă: 3 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Acest instructabil descrie cum să faci o pernă inteligentă, sensibilă la sforăit!

Perna inteligentă se bazează pe vibrații pentru a indica celui care doarme când sforăie în timp ce doarme. Funcționează automat atunci când o persoană își pune capul pe pernă.

Sforaitul este o afecțiune nefericită, deoarece afectează nu numai persoana care sforaie, ci și persoanele care dorm în jurul său. Sforăitul a fost votat drept cel mai mare motiv medical din spatele divorțului în SUA. În plus, apneea de somn poate provoca o gamă largă de probleme de sănătate care pot fi atenuate asigurându-se că un somn nu alege o poziție care duce la sforăit.

În acest Instructable, vom construi un sistem care poate detecta și analiza sunete. Când analizează un sunet de sforăit, va porni un motor de vibrații, astfel încât dormitorul să se trezească. Când persoana care doarme își ridică capul de pe pernă, motorul de vibrație se va opri. Când un dormitor își schimbă poziția de dormit, este mai probabil să se așeze într-o poziție diferită, care va preveni sforăitul.

Pasul 1: Sarcini de pernă:

• Perna are un senzor tactil, astfel încât sistemul să fie activat automat atunci când persoana își așază capul pe pernă și este inactiv când ridică capul în sus.
• Când sistemul detectează un sunet de sforăit sau orice alt sunet cacofonic, un vibrator este pornit pentru a trezi dormitorul.
• Dispune de 2 moduri de vibrații reglabile de utilizator: continue sau pulsate. Sistemul este util pentru persoanele care suferă de sforăit. Din motive de siguranță, persoanele care suferă de un somn foarte profund pot folosi sistemul, de asemenea, deoarece poate detecta sonerii, telefoane care sună sau bebeluși care plâng.

Am implementat acest proiect cu un Silego SLG46620V CMIC, un senzor de sunet, un motor de vibrații, rezistor de detectare a forței și câteva componente pasive.

Numărul total de componente pentru acest design este destul de minim, în ciuda faptului că nu se utilizează un microcontroler. Întrucât CMP-urile GreenPAK sunt ieftine și au un consum redus de energie, acestea sunt o componentă ideală pentru această soluție. Mărimea lor mică le-ar permite, de asemenea, să fie integrate cu ușurință în interiorul pernei, fără preocupări de producție.

Majoritatea proiectelor care depind de detectarea sunetului au o „rată de declanșare falsă”, care este necesară datorită posibilității de eroare între o varietate de senzori. Senzorii asociați cu acest proiect detectează doar un nivel de sunet; nu detectează tipul sunetului sau natura originii acestuia. În consecință, un declanșator fals poate fi cauzat de o acțiune, cum ar fi aplauda, bătaie sau alt zgomot care nu are legătură cu sforăitul, care poate fi detectat de senzor.

În acest proiect, sistemul va ignora sunetele scurte care cauzează o rată de declanșare falsă, așa că vom construi un filtru digital care poate detecta un segment de sunet precum sunetul sforăitului.

Uită-te la curba grafică din figura 1 care reprezintă sunetul sforăitului.

Putem vedea că este alcătuit din două secțiuni care sunt repetate și corelate în timp. Prima secțiune detectează sforăitul; este o secvență de impulsuri scurte care durează 0,5 până la 4 secunde, urmată de o perioadă de tăcere care durează 0,4 până la 4 secunde și poate conține zgomot de fond.

Prin urmare, pentru a filtra alte zgomote, sistemul trebuie să detecteze un segment de sforăit, care durează mai mult de 0,5 sec, și să ignore orice segment de sunet mai scurt. Pentru a face sistemul mai stabil, ar trebui implementat un contor care să numere segmentele de sforăit pentru a lansa alarma după detectarea a două segmente de sforăit secvențiale.

În acest caz, chiar dacă un sunet durează mai mult de 0,5 sec, sistemul îl va filtra dacă nu se repetă într-un anumit interval de timp. În acest fel, putem filtra sunetul care poate fi cauzat de o mișcare, tuse sau chiar semnale scurte de zgomot.

Pasul 2: Planul de implementare

Proiectarea acestui proiect constă din două secțiuni; prima secțiune este responsabilă pentru detectarea sunetului și îl analizează pentru a detecta sunetul sforăitului pentru a alerta somnul.

A doua secțiune este un senzor tactil; este responsabil pentru activarea automată a sistemului atunci când o persoană își pune capul pe pernă și pentru dezactivarea sistemului atunci când persoana care doarme își ridică capul de pe pernă.

O pernă inteligentă poate fi implementată foarte ușor cu un singur IC cu semnal mixt (CMIC) configurabil GreenPAK.

Puteți parcurge toți pașii pentru a înțelege cum a fost programat cipul GreenPAK pentru a controla Smart Pillow. Cu toate acestea, dacă doriți doar să creați cu ușurință Smart Pillow fără a înțelege toate circuitele interioare, descărcați software-ul gratuit GreenPAK pentru a vizualiza deja completat Smart Pillow GreenPAK Design File. Conectați computerul la setul de dezvoltare GreenPAK și apăsați programul pentru a crea un IC personalizat pentru a vă controla Smart Pillow. Odată creat IC-ul, puteți sări peste următorul pas. Următorul pas va discuta despre logica din fișierul de proiectare Smart Pillow GreenPAK pentru cei care sunt interesați să înțeleagă modul în care funcționează circuitul.

Cum functioneaza?

Ori de câte ori o persoană își pune capul pe pernă, senzorul tactil trimite un semnal de activare de la Matrix2 la Matrix1 prin P10 pentru a activa circuitul și pentru a începe să preia probe de la senzorul de sunet.

Sistemul preia o mostră de la senzorul de sunet la fiecare 30 ms într-un interval de timp de 5 ms. În acest fel, consumul de energie va fi economisit și impulsurile scurte de sunet vor fi filtrate.

Dacă detectăm 15 mostre de sunet secvențiale (nici o tăcere nu durează mai mult de 400 ms între oricare dintre probe), se concluzionează că sunetul este persistent. În acest caz, segmentul de sunet va fi considerat un segment de sforăit. Când această acțiune se repetă după o tăcere, care durează mai mult de 400ms și mai puțin de 6s, sunetul capturat va fi considerat sforăit, iar somnul va fi alertat de vibrații.

Puteți amâna avertismentul pentru mai mult de 2 segmente de sforăit pentru a crește precizia din configurația pipedelay0 în proiectare, dar acest lucru poate crește timpul de răspuns. Cadru de 6 secunde ar trebui să fie mărit, de asemenea.

Pasul 3: Proiectare GreenPAK

Prima secțiune: Detectarea sforăitului

Ieșirea senzorului de sunet va fi conectată la Pin6, care este configurat ca o intrare analogică. Semnalul va fi adus de la pin la intrarea ACMP0. Cealaltă intrare a ACMP0 este configurată ca o referință de 300mv.

Ieșirea ACMP0 este inversată și apoi conectată la CNT / DLY0, care este setată ca o întârziere a creșterii cu o întârziere egală cu 400ms. Ieșirea CNT0 va fi ridicată când detectarea tăcerii durează mai mult de 400ms. Ieșirea sa este conectată la un detector de margine ascendentă, care va genera un scurt impuls de resetare după detectarea tăcerii.

CNT5 și CNT6 sunt responsabile pentru deschiderea unei porți de timp care durează 5ms la fiecare 30ms pentru a prelua probe de sunet; în timpul acestor 5 ms, dacă există o detectare a unui semnal sonor, ieșirea DFF0 dă un impuls contorului CNT9. CNT9 va fi resetat dacă o detecție a tăcerii durează mai mult de 400ms, moment în care va reporni numărarea probelor de sunet.

Ieșirea CNT9 este conectată la DFF2, care este folosit ca punct pentru a detecta un segment de sforăit. Când este detectat un segment de sforăit, ieșirea DFF2 transformă HI pentru a activa CNT2 / Dly2, care este configurat să funcționeze ca „întârziere la marginea de cădere” cu o întârziere egală cu 6 secunde.

DFF2 va fi resetat după o detectare a tăcerii care durează mai mult de 400 ms. Apoi va începe să detecteze din nou pentru un segment de sforăit.

Ieșirea DFF2 trece prin Pipedelay, care este conectat la pin9 prin LUT1. Pin9 va fi conectat la motorul de vibrații.

Ieșirea Pipedelay trece de la Low la High când detectează două segmente de sforăit secvențial în poarta de timp pentru CNT2 (6 sec).

LUT3 este utilizat pentru a reseta Pipedelay, astfel încât ieșirea sa va fi scăzută dacă persoana care doarme își ridică capul de pe pernă. În acest caz, poarta de timp a CNT2 este terminată înainte de a detecta două segmente de sforăit secvențial.

Pin3 este configurat ca o intrare și este conectat la un „buton modul vibrație”. Semnalul provenit de la pin3 trece prin DFF4 și DFF5 configurează modelul de vibrație la unul dintre cele două modele: mode1 și mode2. În cazul modului 1: când se detectează sforăitul, se trimite un semnal continuu către motorul de vibrații, ceea ce înseamnă că motorul funcționează continuu.

În cazul modului 2: când se detectează sforăitul, motorul de vibrație este pulsat cu sincronizarea ieșirii CNT6.

Deci, când ieșirea DFF5 este mare, modul 1 va fi activat. Când este scăzut (modul 2), ieșirea DFF4 este ridicată, iar ieșirea CNT6 va apărea pe pin9 prin LUT1.

Sensibilitatea la senzorul de sunet este controlată de un potențiometru care este setat în modul. Senzorul trebuie inițializat manual pentru prima dată pentru a obține sensibilitatea necesară.

PIN10 este conectat la ieșirea ACMP0, care este conectată extern la un LED. Când senzorul de sunet este calibrat, ieșirea pinului 10 ar trebui să fie destul de scăzută, ceea ce înseamnă că nu există pâlpâire pe LED-ul extern care este conectat la top10. În acest fel, putem garanta că tensiunea generată de senzorul de sunet în tăcere nu depășește pragul de 300mv ACMP0.

Dacă aveți nevoie de o altă alarmă în plus față de vibrații, puteți conecta un buzzer la pin9, astfel încât să fie activată și o alarmă sonoră.

A doua secțiune: senzor tactil

Senzorul tactil pe care l-am construit folosește rezistor de detectare a forței (FSR). Rezistențele de detectare a forței constau dintr-un polimer conductiv care schimbă rezistența într-un mod previzibil după aplicarea forței pe suprafața sa. Filmul de detectare constă atât din particule conductoare electric, cât și din particule neconductoare suspendate într-o matrice. Aplicarea unei forțe pe suprafața filmului de detectare face ca particulele să atingă electrozii conductori, schimbând rezistența filmului. FSR vine cu diferite dimensiuni și forme (cerc și pătrat).

Rezistența a depășit 1 MΩ fără presiune aplicată și a variat de la aproximativ 100 kΩ la câteva sute de Ohmi, deoarece presiunea a variat de la ușoară la grea. În proiectul nostru, FSR va fi folosit ca senzor de atingere a capului și este situat în interiorul pernei. Greutatea medie a capului uman este cuprinsă între 4,5 și 5 kg. Când utilizatorul pune capul pe pernă, se aplică o forță pe FSR și rezistența acestuia se schimbă. GPAK detectează această modificare și sistemul este activat.

Modul de conectare a unui senzor rezistiv este conectarea unui capăt la alimentare, iar celălalt la un rezistor de tragere la masă. Apoi, punctul dintre rezistența fixă de tragere și rezistența variabilă FSR este conectat la intrarea analogică a unui GPAK (Pin12) așa cum se arată în figura 7. Semnalul va fi adus de la pin la intrarea ACMP1. Cealaltă intrare a ACMP1 este conectată la o setare de referință de 1200mv. Rezultatul comparației este stocat în DFF6. Când este detectată o atingere a capului, ieșirea DFF2 transformă HI pentru a activa CNT2 / Dly2, care este configurat să funcționeze ca „întârziere la marginea de cădere” cu o întârziere egală cu 1,5 sec. În acest caz, dacă traversa se mișcă sau se rotește dintr-o parte în alta și FSR este întrerupt mai puțin de 1,5 sec, sistemul este în continuare activat și nu are loc resetarea. CNT7 și CNT8 sunt folosite pentru a activa FSR și ACMP1 pentru 50 mS la fiecare 1sec pentru a reduce consumul de energie.

Concluzie

În acest proiect am realizat o pernă inteligentă care este utilizată pentru detectarea sforăiturilor pentru a alerta persoana care doarme prin vibrații.

De asemenea, am realizat senzor tactil folosind FSR pentru a activa automat sistemul atunci când folosim perna. O altă opțiune de îmbunătățire ar putea fi proiectarea în paralel a FSR-urilor pentru a găzdui perne de dimensiuni mai mari. De asemenea, am realizat filtre digitale pentru a minimiza apariția alarmelor false.