Smart kudde: 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Denna instruktionsbok beskriver hur man gör en smart kudde som är känslig för snarkning!

Den smarta kudden förlitar sig på vibrationer för att indikera för den sovande när han snarkar medan han sover. Det fungerar automatiskt när en person lägger huvudet på kudden.

Snarkning är ett olyckligt tillstånd eftersom det inte bara påverkar snarkningspersonen utan också människor som sover runt honom. Snarkning har röstats som den största medicinska orsaken bakom skilsmässa i USA. Dessutom kan sömnapné orsaka ett stort antal hälsoproblem som kan lindras genom att se till att en sovande inte väljer en position som leder till snarkning.

I denna instruktionsbok kommer vi att bygga ett system som kan upptäcka och analysera ljud. När den analyserar ett snarkande ljud, kommer den att slå på en vibrationsmotor så att sovaren vaknar. När den sovande personen lyfter huvudet av kudden stannar vibrationsmotorn. När en sovande ändrar sin sovposition är det mer troligt att de slår sig ner i en annan position som förhindrar snarkning.

Steg 1: Kuddeuppgifter:

• Kudden har en beröringssensor så att systemet aktiveras automatiskt när personen lägger sitt huvud på kudden och är ledig när han lyfter huvudet uppåt.
• När systemet upptäcker ett snarkande ljud eller något annat kakofoniskt ljud, slås en vibrator på för att väcka den sovande.
• Innehåller 2 användarinställbara vibrationslägen: kontinuerlig eller pulserad. Systemet är användbart för personer som lider av snarkning. För säkerhets skull kan personer som lider av mycket djup sömn också använda systemet eftersom det kan upptäcka dörrklockor, ringande telefoner eller gråtande bebisar.

Vi genomförde detta projekt med en Silego SLG46620V CMIC, en ljudsensor, en vibrationsmotor, ett kraftavkännande motstånd och några passiva komponenter.

Det totala antalet komponenter för denna design är ganska minimalt, trots att man inte använder en mikrokontroller. Eftersom GreenPAK CMIC är billiga och har låg strömförbrukning är de en idealisk komponent för denna lösning. Deras lilla storlek skulle också göra det möjligt för dem att enkelt integreras inuti kudden utan oro för tillverkningen.

De flesta projekt som är beroende av ljuddetektering har en "falsk triggerhastighet", vilket är nödvändigt på grund av risken för fel bland en mängd olika sensorer. Sensorerna som är associerade med detta projekt detekterar bara en ljudnivå; de upptäcker inte typen av ljud eller arten av dess ursprung. Följaktligen kan en falsk utlösare orsakas av en handling som klappning, knackning eller annat ljud som inte är relaterat till snarkning som kan detekteras av sensorn.

I detta projekt kommer systemet att ignorera de korta ljuden som orsakar falsk triggningshastighet, så vi bygger ett digitalt filter som kan upptäcka ett ljudsegment som ljudet av snarkning.

Titta på den grafiska kurvan i figur 1 som representerar ljudet av snarkning.

Vi kan se att den består av två sektioner som upprepas och tiden korreleras. Det första avsnittet upptäcker snarkning; det är en sekvens av korta pulser som varar i 0,5 till 4 sekunder, följt av en tystnadsperiod som varar i 0,4 till 4 sekunder och kan innehålla bakgrundsbrus.

Därför måste systemet för att filtrera bort andra ljud upptäcka ett snarkningssegment som varar i mer än 0,5 sekunder och ignorera alla snabbare ljudsegment. För att göra systemet mer stabilt bör en räknare implementeras som räknar snarkningssegmenten för att starta larmet efter detektering av två sekventiella snarkningssegment.

I detta fall, även om ett ljud varar mer än 0,5 sekunder, filtrerar systemet det om det inte upprepas inom en viss tidsram. På så sätt kan vi filtrera ljudet som kan orsakas av en rörelse, hosta eller till och med korta brussignaler.

Steg 2: Implementeringsplan

Projektets utformning består av två sektioner; det första avsnittet är ansvarigt för att detektera ljud och analyserar det för att upptäcka ljudet av snarkning för att varna den som sover.

Det andra avsnittet är en beröringssensor; det är ansvarigt för att automatiskt aktivera systemet när en person lägger huvudet på kudden och att inaktivera systemet när den sovande personen lyfter huvudet från kudden.

En smart kudde kan enkelt implementeras med en enda GreenPAK-konfigurerbar blandad signal IC (CMIC).

Du kan gå igenom alla steg för att förstå hur GreenPAK -chipet har programmerats för att styra Smart Pillow. Men om du bara vill skapa Smart Pillow utan att förstå alla de inre kretsarna, ladda ner gratis GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga Smart Pillow GreenPAK -designfilen. Anslut din dator till GreenPAK Development Kit och tryck på programmet för att skapa den anpassade IC: n för att styra din Smart Pillow. När IC har skapats kan du hoppa över nästa steg. Nästa steg kommer att diskutera logiken i Smart Pillow GreenPAK -designfilen för dem som är intresserade av att förstå hur kretsen fungerar.

Hur det fungerar?

När en person lägger huvudet på kudden skickar beröringssensorn en aktiveringssignal från Matrix2 till Matrix1 till och med P10 för att aktivera kretsen och börja ta prover från ljudsensorn.

Systemet tar ett prov från ljudsensorn var 30: e ms inom en 5 ms tidsram. På så sätt sparas energiförbrukningen och korta ljudpulser filtreras.

Om vi upptäcker 15 sekventiella ljudprover (ingen tystnad varar mer än 400 ms mellan något av samplen) dras slutsatsen att ljudet är ihållande. I detta fall kommer ljudsegmentet att betraktas som ett snarkningssegment. När denna åtgärd upprepas efter en tystnad, som varar mer än 400ms och mindre än 6s, kommer det fångade ljudet att betraktas som snarkning och sovaren larmas av vibrationer.

Du kan fördröja varningen för mer än 2 snarkningssegment för att öka noggrannheten från pipedelay0 -konfigurationen i designen, men det kan öka svarstiden. 6 sek ram skulle behöva ökas också.

Steg 3: GreenPAK Design

Första avsnittet: upptäckt av snarkning

Ljudsensorns utgång kommer att anslutas till Pin6 som är konfigurerad som en analog ingång. Signalen kommer från stiftet till ingången till ACMP0. Den andra ingången till ACMP0 är konfigurerad som en 300mv referens.

Utsignalen från ACMP0 är inverterad och sedan ansluten till CNT/DLY0, som är inställd som en stigande kantfördröjning med en fördröjning som är lika med 400 ms. Utsignalen från CNT0 blir hög när detekteringen av tystnad varar mer än 400 ms. Dess utgång är ansluten till en stigande kantdetektor, som kommer att generera en kort återställningspuls efter att ha upptäckt tystnad.

CNT5 och CNT6 ansvarar för att öppna en tidsgrind som varar i 5 ms var 30 ms för att ta ljudprover; under dessa 5 ms om det finns en detektering av en ljudsignal, ger utgången från DFF0 en puls till räknaren CNT9. CNT9 kommer att återställas om en tystnadsdetektering varar i mer än 400 ms, då kommer den att starta om räkningen av ljudprover igen.

Utsignalen från CNT9 är ansluten till DFF2 som används som en punkt för att detektera ett snarkningssegment. När ett snarkningssegment detekteras, vrider utsignalen från DFF2 HI för att aktivera CNT2/Dly2, som är konfigurerad att fungera som "fallande kantfördröjning" med en fördröjning lika med 6 sek.

DFF2 återställs efter en tystnadsdetektering som varar i mer än 400 ms. Det kommer sedan att börja upptäcka igen för ett snarkningssegment.

Utsignalen från DFF2 passerar genom Pipedelay, som är ansluten till pin9 genom LUT1. Pin9 kommer att anslutas till vibrationsmotorn.

Utmatningen från Pipedelay övergår från låg till hög när den detekterar två sekventiella snarkningssegment inom tidsgrinden för CNT2 (6 sek).

LUT3 används för att återställa Pipedelay, så dess effekt blir låg om den sovande personen lyfter huvudet från kudden. I det här fallet är tidsporten för CNT2 klar innan två sekventiella snarkningssegment detekteras.

Pin3 är konfigurerad som en ingång och är ansluten till en "Vibration mode button". Signalen som kommer från pin3 passerar genom DFF4 och DFF5 konfigurerar vibrationsmönstret till ett av två mönster: mode1 och mode2. I läge 1: när snarkning detekteras skickas en kontinuerlig signal till vibrationsmotorn, vilket innebär att motorn går kontinuerligt.

I fallet med mode2: när snarkning detekteras pulseras vibrationsmotorn med tidpunkten för CNT6 -utgång.

Så när utsignalen från DFF5 är hög kommer läge1 att aktiveras. När den är låg (läge 2) är utsignalen från DFF4 hög och utsignalen från CNT6 visas på pin9 till LUT1.

Känsligheten för ljudsensorn styrs av en potentiometer som är inställd i modulen. Sensorn bör initialiseras manuellt för första gången för att få den känslighet som krävs.

PIN10 är ansluten till utgången från ACMP0, som är externt ansluten till en LED. När ljudsensorn är kalibrerad bör utgången från pin10 vara ganska låg, vilket innebär att det inte finns någon flimmer på den externa lysdioden som är ansluten topin10. På detta sätt kan vi garantera att spänningen som genereras av ljudsensorn i tystnad inte överskrider 300mv ACMP0 -tröskeln.

Om du behöver ett annat larm utöver vibrationer kan du ansluta en summer till pin9 så att ett ljudlarm också aktiveras.

Andra avsnittet: Touch -sensor

Den beröringssensor som vi byggde använder Force-sensing resistor (FSR). Kraftkännande motstånd består av en ledande polymer som ändrar motstånd på ett förutsägbart sätt efter applicering av kraft på dess yta. Avkänningsfilmen består av både elektriskt ledande och icke-ledande partiklar suspenderade i en matris. Att applicera en kraft på avkänningsfilmens yta får partiklar att vidröra de ledande elektroderna, vilket ändrar filmens motstånd. FSR kommer med olika storlekar och former (cirkel och kvadrat).

Motståndet översteg 1 MΩ utan applicerat tryck och varierade från cirka 100 kΩ till några hundra ohm eftersom ett tryck varierade från lätt till tungt. I vårt projekt kommer FSR att användas som head touch sensor och den är placerad inuti kudden. Den genomsnittliga människans huvudvikt är mellan 4,5 och 5 kg. När användaren lägger huvudet på kudden appliceras en kraft på FSR och dess motstånd förändras. GPAK upptäcker denna förändring och systemet är aktiverat.

Sättet att ansluta en resistiv sensor är att ansluta ena änden till Power och den andra till ett pull-down-motstånd till jord. Därefter kopplas punkten mellan det fasta neddragningsmotståndet och det variabla FSR -motståndet till den analoga ingången på ett GPAK (Pin12) som visas i figur 7. Signalen kommer från stiftet till ingången till ACMP1. Den andra ingången på ACMP1 är ansluten till en 1200mv referensinställning. Jämförelseresultat lagras i DFF6. När en huvudberöring detekteras, vrider utgången från DFF2 HI för att aktivera CNT2/Dly2, som är konfigurerad att fungera som "fallande kantfördröjning" med en fördröjning lika med 1,5 sek. I det här fallet, om sovhytten rör sig eller vrider sig från sida till sida och FSR avbryts mindre än 1,5 sekunder, är systemet fortfarande aktiverat och ingen återställning sker. CNT7 och CNT8 används för att aktivera FSR och ACMP1 för 50 mS var 1: e sekund för att minska strömförbrukningen.

Slutsats

I detta projekt gjorde vi en smart kudde som används för att upptäcka snarkning för att varna den sovande personen genom vibrationer.

Vi gjorde också touch -sensor med FSR för att aktivera systemet automatiskt när du använder kudden. Ett ytterligare förbättringsalternativ kan vara att designa i parallella FSR för att rymma kuddar i större storlek. Vi gjorde också digitala filter för att minimera förekomsten av falska larm.