Bantal Pintar: 3 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Instructable ini menerangkan cara membuat bantal pintar yang sensitif terhadap berdengkur!

Bantal pintar bergantung pada getaran untuk menunjukkan kepada orang yang tidur ketika dia berdengkur ketika tidur. Ia berfungsi secara automatik apabila seseorang meletakkan kepalanya di atas bantal.

Berdengkur adalah keadaan yang tidak diingini kerana tidak hanya mempengaruhi orang yang berdengkur tetapi juga orang yang tidur di sekelilingnya. Berdengkur telah dipilih sebagai alasan perubatan terbesar di sebalik perceraian di AS. Selain itu, sleep apnea boleh menyebabkan pelbagai masalah kesihatan yang dapat dikurangkan dengan memastikan tidur tidak memilih posisi yang membawa kepada berdengkur.

Dalam Instructable ini, kami akan membina sistem yang dapat mengesan & menganalisis bunyi. Ketika menganalisis suara berdengkur, ia akan menghidupkan motor getaran sehingga tidurnya bangun. Apabila orang yang sedang tidur mengangkat kepalanya dari bantal, motor getaran akan berhenti. Apabila seseorang tidur mengubah posisi tidur mereka, mereka cenderung untuk berada pada posisi yang berbeza yang akan mencegah berdengkur.

Langkah 1: Tugas Bantal:

• Bantal mempunyai sensor sentuh sehingga sistem diaktifkan secara automatik ketika orang itu meletakkan kepalanya di atas bantal, dan tidak aktif ketika dia mengangkat kepalanya ke atas.
• Apabila sistem mengesan bunyi dengkuran atau bunyi cacophonic lain, alat penggetar dihidupkan untuk menghidupkan tidur.
• Mempunyai 2 mod getaran yang dapat diatur pengguna: berterusan atau berdenyut. Sistem ini berguna untuk orang yang menderita berdengkur. Untuk keselamatan, orang yang mengalami tidur nyenyak juga dapat menggunakan sistem ini kerana dapat mengesan bel pintu, telefon berdering atau bayi yang menangis.

Kami melaksanakan projek ini dengan Silego SLG46620V CMIC, sensor bunyi, motor getaran, perintang pengesan daya dan beberapa komponen pasif.

Jumlah komponen untuk reka bentuk ini agak minimum, walaupun tidak menggunakan mikrokontroler. Oleh kerana GreenPAK CMIC adalah kos rendah dan penggunaan tenaga rendah, mereka merupakan komponen yang ideal untuk penyelesaian ini. Saiznya yang kecil juga memungkinkan mereka digabungkan dengan mudah di dalam bantal tanpa masalah pembuatan.

Sebilangan besar projek yang bergantung pada pengesanan bunyi mempunyai "kadar pencetus palsu", yang diperlukan kerana kemungkinan adanya kesalahan di antara pelbagai sensor. Sensor yang berkaitan dengan projek ini hanya mengesan tahap bunyi; mereka tidak mengesan jenis bunyi atau sifat asalnya. Akibatnya, pemicu palsu boleh disebabkan oleh tindakan seperti bertepuk tangan, ketukan atau bunyi lain yang tidak berkaitan dengan dengkuran yang mungkin dapat dikesan oleh sensor.

Dalam projek ini, sistem akan mengabaikan bunyi pendek yang menyebabkan kadar pemicu palsu, jadi kita akan membina penapis digital yang dapat mengesan segmen bunyi seperti suara berdengkur.

Lihat lengkung grafik pada rajah 1 yang mewakili bunyi dengkuran.

Kita dapat melihat bahawa ia terdiri daripada dua bahagian yang diulang dan berkaitan waktu. Bahagian pertama mengesan berdengkur; ia adalah urutan denyutan pendek yang berlangsung selama 0,5 hingga 4 saat, diikuti oleh masa senyap yang berlangsung selama 0,4 hingga 4 saat dan mungkin mengandungi suara latar.

Oleh itu, untuk menapis suara lain, sistem mesti mengesan segmen berdengkur, yang berlangsung lebih dari 0.5 saat, dan mengabaikan segmen suara yang lebih pendek. Untuk membuat sistem lebih stabil, penghitung harus dilaksanakan yang menghitung segmen berdengkur untuk melancarkan penggera setelah pengesanan dua segmen berdengkur berurutan.

Dalam kes ini, walaupun suara bertahan lebih dari 0.5 saat, sistem akan menyaringnya kecuali diulang dalam jangka waktu tertentu. Dengan cara ini, kita dapat menapis suara yang boleh disebabkan oleh pergerakan, batuk atau bahkan isyarat bunyi pendek.

Langkah 2: Pelan Pelaksanaan

Reka bentuk projek ini terdiri daripada dua bahagian; bahagian pertama bertanggungjawab untuk mengesan bunyi dan menganalisisnya untuk mengesan bunyi berdengkur untuk memberi amaran kepada orang yang tidur.

Bahagian kedua adalah sensor sentuh; bertanggung jawab untuk mengaktifkan sistem secara automatik ketika seseorang meletakkan kepalanya di atas bantal, dan untuk mematikan sistem ketika orang yang sedang tidur mengangkat kepalanya dari bantal.

Bantal pintar boleh dilaksanakan dengan mudah dengan satu IC isyarat CMP gabungan CMP yang boleh dikonfigurasi.

Anda boleh melalui semua langkah untuk memahami bagaimana cip GreenPAK telah diprogramkan untuk mengawal Smart Pillow. Walau bagaimanapun, jika anda hanya ingin membuat Smart Pillow dengan mudah tanpa memahami semua litar dalaman, muat turun perisian GreenPAK percuma untuk melihat Fail Reka Bentuk GreenPAK Smart Pillow yang sudah siap. Pasangkan komputer anda ke GreenPAK Development Kit dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk mengawal Smart Pillow anda. Setelah IC dibuat, anda boleh melangkau langkah seterusnya. Langkah seterusnya akan membincangkan logik yang terdapat di dalam fail reka bentuk Smart Pillow GreenPAK bagi mereka yang berminat untuk memahami bagaimana rangkaian berfungsi.

Bagaimana ia berfungsi?

Setiap kali seseorang meletakkan kepalanya di bantal, sensor sentuh menghantar isyarat pengaktifan dari Matrix2 ke Matrix1 hingga P10 untuk mengaktifkan litar dan mula mengambil sampel dari sensor suara.

Sistem mengambil sampel dari sensor suara setiap 30ms dalam jangka masa 5ms. Dengan cara ini, penggunaan tenaga akan dijimatkan & denyutan bunyi pendek akan ditapis.

Sekiranya kita mengesan 15 sampel bunyi yang berurutan (tidak ada senyap yang berlangsung lebih dari 400ms di antara salah satu sampel), dapat disimpulkan bahawa bunyi itu berterusan. Dalam kes ini, segmen suara akan dianggap sebagai segmen berdengkur. Apabila tindakan ini berulang setelah keheningan, yang berlangsung lebih dari 400ms dan kurang dari 6 detik, suara yang ditangkap akan dianggap berdengkur dan tidur akan diberi amaran oleh getaran.

Anda boleh menunda amaran untuk lebih dari 2 segmen berdengkur untuk meningkatkan ketepatan dari konfigurasi pipedelay0 dalam reka bentuk, tetapi ini dapat meningkatkan masa respons. Kerangka 6sec juga perlu ditingkatkan.

Langkah 3: Reka Bentuk GreenPAK

Bahagian Pertama: Pengesanan Berdengkur

Output sensor suara akan dihubungkan ke Pin6 yang dikonfigurasi sebagai input analog. Isyarat akan dibawa dari pin ke input ACMP0. Input ACMP0 yang lain dikonfigurasi sebagai rujukan 300mv.

Keluaran ACMP0 terbalik dan kemudian disambungkan ke CNT / DLY0, yang ditetapkan sebagai kelewatan tepi meningkat dengan penundaan sama dengan 400ms. Keluaran CNT0 akan tinggi apabila pengesanan keheningan berlangsung lebih dari 400ms. Keluarannya disambungkan ke pengesan tepi yang meningkat, yang akan menghasilkan nadi tetapan semula pendek setelah mengesan kesunyian.

CNT5 & CNT6 bertanggungjawab untuk membuka pintu masa yang berlangsung selama 5ms setiap 30ms untuk mengambil sampel bunyi; selama 5ms ini jika terdapat pengesanan isyarat bunyi, output DFF0 memberikan denyutan ke kaunter CNT9. CNT9 akan diset semula jika pengesanan senyap berlangsung lebih dari 400ms, dan pada masa itu ia akan memulakan semula pengiraan sampel bunyi.

Output CNT9 disambungkan ke DFF2 yang digunakan sebagai titik untuk mengesan segmen berdengkur. Apabila segmen berdengkur dikesan, output DFF2 mengubah HI untuk mengaktifkan CNT2 / Dly2, yang dikonfigurasi untuk berfungsi sebagai "fall edge delay" dengan penundaan sama dengan 6 saat.

DFF2 akan diset semula setelah pengesanan senyap yang berlangsung lebih dari 400ms. Ia kemudian akan mula mengesan semula segmen berdengkur.

Keluaran DFF2 melewati Pipedelay, yang disambungkan ke pin9 hingga LUT1. Pin9 akan disambungkan ke motor getaran.

Keluaran peralihan Pipedelay dari Rendah ke Tinggi ketika mengesan dua segmen berdengkur berurutan dalam gerbang waktu untuk CNT2 (6 saat).

LUT3 digunakan untuk mengatur semula Pipedelay, jadi outputnya akan Rendah jika orang yang sedang tidur mengangkat kepalanya dari bantal. Dalam kes ini, pintu waktu CNT2 selesai sebelum mengesan dua segmen berdengkur berurutan.

Pin3 dikonfigurasi sebagai input & disambungkan ke "butang mod getaran". Sinyal yang datang dari pin3 melewati DFF4 dan DFF5 mengkonfigurasi corak getaran ke salah satu daripada dua corak: mode1 dan mod2. Sekiranya mode1: ketika mendengkur dikesan, isyarat berterusan dihantar ke motor getaran, yang bermaksud bahawa motor berjalan terus.

Dalam kasus mode2: ketika mendengkur terdeteksi, motor getaran berdenyut dengan waktu output CNT6.

Oleh itu, apabila output DFF5 tinggi, mode1 akan diaktifkan. Apabila rendah (mod 2), output DFF4 tinggi, dan output CNT6 akan muncul pada pin9 hingga LUT1.

Sensitiviti terhadap sensor suara dikendalikan oleh potensiometer yang ditetapkan dalam modul. Sensor harus diinisialisasi secara manual untuk pertama kalinya untuk mendapatkan kepekaan yang diperlukan.

PIN10 disambungkan ke output ACMP0, yang dihubungkan secara luaran ke LED. Apabila sensor suara dikalibrasi, output pin10 harus cukup rendah, yang bermaksud bahawa tidak ada kerlipan pada LED luaran yang disambungkan ke atas10. Dengan cara ini, kita dapat menjamin bahawa voltan yang dihasilkan oleh sensor suara dalam keadaan senyap tidak melebihi ambang ACMP0 300mv.

Sekiranya anda memerlukan penggera lain selain getaran, anda boleh menyambungkan bel ke pin9 supaya penggera suara juga diaktifkan.

Bahagian kedua: Sensor sentuh

Sensor sentuh yang kami bina menggunakan perintang Force-sensing (FSR). Perintang pengesan daya terdiri daripada polimer konduktif yang mengubah rintangan dengan cara yang dapat diramalkan berikutan penggunaan daya ke permukaannya. Filem penginderaan terdiri daripada zarah pengalir elektrik dan bukan pengalir yang digantung dalam matriks. Menerapkan daya ke permukaan filem penginderaan menyebabkan zarah menyentuh elektrod pengalir, mengubah rintangan filem. FSR dilengkapi dengan pelbagai saiz dan bentuk (bulatan & segi empat sama).

Rintangan melebihi 1 MΩ tanpa tekanan yang dikenakan dan berkisar antara sekitar 100 kΩ hingga beberapa ratus Ohm sebagai tekanan bervariasi dari ringan hingga berat. Dalam projek kami, FSR akan digunakan sebagai sensor sentuhan kepala dan terletak di dalam bantal. Berat kepala manusia rata-rata antara 4.5 dan 5kg. Apabila pengguna meletakkan kepalanya di bantal, kekuatan diberikan pada FSR dan rintangannya berubah. GPAK mengesan perubahan ini dan sistem diaktifkan.

Cara untuk menyambungkan sensor resistif adalah dengan menghubungkan satu hujung ke Power dan yang lain ke resistor pull-down ke tanah. Kemudian titik antara resistor tarik turun tetap dan perintang FSR berubah-ubah disambungkan ke input analog GPAK (Pin12) seperti yang ditunjukkan pada gambar 7. Isyarat akan dibawa dari pin ke input ACMP1. Input ACMP1 yang lain disambungkan ke tetapan rujukan 1200mv. Hasil perbandingan disimpan di DFF6. Apabila sentuhan kepala dikesan, output DFF2 mengubah HI untuk mengaktifkan CNT2 / Dly2, yang dikonfigurasi untuk berfungsi sebagai "delay edge fall" dengan penundaan sama dengan 1.5 saat. Dalam kes ini, jika tidur bergerak atau berpusing dari sisi ke sisi dan FSR terganggu kurang dari 1.5 saat, sistem masih diaktifkan dan tidak ada tetapan semula. CNT7 dan CNT8 digunakan untuk mengaktifkan FSR dan ACMP1 untuk 50 mS setiap 1 saat untuk mengurangkan penggunaan tenaga.

Kesimpulannya

Dalam projek ini kami membuat bantal pintar yang digunakan untuk pengesanan mendengkur untuk memberi tahu orang yang sedang tidur dengan getaran.

Kami juga membuat sensor sentuh menggunakan FSR untuk mengaktifkan sistem secara automatik ketika menggunakan bantal. Pilihan peningkatan lebih lanjut adalah dengan merancang FSR selari untuk menampung bantal bersaiz lebih besar. Kami juga membuat penapis digital untuk mengurangkan kejadian penggera palsu.