Pametna blazina: 3 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

Ta navodila opisujejo, kako narediti pametno blazino, ki je občutljiva na smrčanje!

Pametna blazina se opira na vibracije, ki spalniku pokažejo, kdaj smrči med spanjem. Deluje samodejno, ko oseba položi glavo na blazino.

Smrčanje je neprijetno stanje, ker ne vpliva samo na smrčečo osebo, ampak tudi na ljudi, ki spijo okoli njega. Smrčanje je bilo v ZDA razglašeno za največji zdravstveni razlog za ločitev. Poleg tega lahko apneja med spanjem povzroči številne zdravstvene težave, ki jih je mogoče ublažiti tako, da spanje ne izbere položaja, ki vodi do smrčanja.

V tem navodilu bomo zgradili sistem, ki lahko zazna in analizira zvoke. Ko analizira zvok smrčanja, vklopi motor z vibracijami, tako da se spalnik prebudi. Ko uspavana oseba dvigne glavo z blazine, se motor z vibracijami ustavi. Ko spalnik spremeni položaj spanja, se bolj verjetno namesti v drug položaj, ki preprečuje smrčanje.

1. korak: Naloge vzglavnika:

• Vzglavnik ima senzor na dotik, tako da se sistem samodejno vklopi, ko oseba položi glavo na blazino, in miruje, ko dvigne glavo navzgor.
• Ko sistem zazna smrčanje ali kakšen kakofoničen zvok, se vklopi vibrator, ki prebudi spalca.
• Opremljen je z 2 nastavitvenima načinoma vibracij, ki jih lahko nastavi uporabnik: neprekinjeno ali pulzno. Sistem je uporaben za ljudi, ki trpijo zaradi smrčanja. Zaradi varnosti lahko sistem uporabljajo tudi ljudje, ki trpijo zaradi zelo globokega spanja, ker lahko zazna zvonjenje na vratih, zvonjenje telefonov ali jokanje dojenčkov.

Ta projekt smo izvedli s Silego SLG46620V CMIC, senzorjem zvoka, motorjem za vibracije, uporom za zaznavanje sile in nekaterimi pasivnimi komponentami.

Skupno število komponent za to zasnovo je minimalno, kljub temu, da ne uporabljate mikrokrmilnika. Ker so CMP GreenPAK CMIC poceni in imajo nizko porabo energije, so idealna sestavina za to rešitev. Njihova majhnost bi jim omogočila tudi enostavno vgradnjo v blazino brez pomislekov glede proizvodnje.

Večina projektov, ki so odvisni od zaznavanja zvoka, ima "stopnjo lažnega sprožanja", kar je potrebno zaradi možnosti napak med različnimi senzorji. Senzorji, povezani s tem projektom, le zaznajo raven zvoka; ne zaznajo vrste zvoka ali narave njegovega izvora. Posledično lahko lažni sprožilec povzroči dejanje, kot je ploskanje, trkanje ali drug hrup, ki ni povezan s smrčanjem, ki ga zazna senzor.

V tem projektu bo sistem prezrl kratke zvoke, ki povzročajo lažno sprožitev, zato bomo zgradili digitalni filter, ki lahko zazna zvočni segment, kot je zvok smrčanja.

Poglejte grafično krivuljo na sliki 1, ki predstavlja zvok smrčanja.

Vidimo lahko, da je sestavljen iz dveh odsekov, ki se ponavljata in časovno korelirata. Prvi del zazna smrčanje; je zaporedje kratkih impulzov, ki traja 0,5 do 4 sekunde, čemur sledi obdobje tišine, ki traja 0,4 do 4 sekunde in lahko vsebuje hrup v ozadju.

Zato mora sistem za filtriranje drugih hrupov odkriti segment smrčanja, ki traja več kot 0,5 sekunde, in prezreti krajši segment zvoka. Za večjo stabilnost sistema je treba uvesti števec, ki šteje segmente smrčanja, da sproži alarm po odkritju dveh zaporednih segmentov smrčanja.

V tem primeru, tudi če zvok traja več kot 0,5 sekunde, ga sistem filtrira, razen če se ponovi v določenem časovnem okviru. Na ta način lahko filtriramo zvok, ki ga lahko povzroči gibanje, kašelj ali celo kratki hrupni signali.

2. korak: Izvedbeni načrt

Zasnova tega projekta je sestavljena iz dveh delov; prvi del je odgovoren za zaznavanje zvoka in ga analizira, da zazna zvok smrčanja, da opozori spalca.

Drugi del je senzor na dotik; odgovoren je za samodejno omogočanje sistema, ko oseba položi glavo na blazino, in za onemogočanje sistema, ko uspavana oseba dvigne glavo z blazine.

Pametno blazino je mogoče zelo enostavno implementirati z enim samim IC-jem za mešani signal (CMIC), ki ga je mogoče konfigurirati po GreenPAK-u.

Če želite razumeti, kako je čip GreenPAK programiran za upravljanje pametne blazine, lahko opravite vse korake. Če pa želite preprosto ustvariti pametno blazino, ne da bi razumeli vse notranje vezje, prenesite brezplačno programsko opremo GreenPAK, če si želite ogledati že dokončano oblikovalsko datoteko pametne blazine GreenPAK. Priključite računalnik na razvojni komplet GreenPAK in pritisnite hitri program, da ustvarite IC po meri za nadzor vaše pametne blazine. Ko je IC ustvarjen, lahko naslednji korak preskočite. Naslednji korak bo razpravljal o logiki, ki je znotraj oblikovalske datoteke Smart Pillow GreenPAK za tiste, ki jih zanima razumevanje delovanja vezja.

Kako deluje?

Kadar koli oseba položi glavo na blazino, senzor na dotik pošlje aktivacijski signal iz Matrix2 v Matrix1 skozi P10, da aktivira vezje in začne odvzeti vzorce iz senzorja zvoka.

Sistem vzame vzorec iz zvočnega senzorja vsakih 30 ms v roku 5 ms. Na ta način se bo prihranila poraba energije in filtrirali kratki zvočni impulzi.

Če zaznamo 15 zaporednih vzorcev zvoka (med nobenim vzorcem tišina ne traja več kot 400 ms), se sklene, da je zvok vztrajen. V tem primeru se zvočni segment šteje kot segment smrčanja. Ko se to dejanje po tišini, ki traja več kot 400 ms in manj kot 6 s, ponovi, se bo posneti zvok obravnaval kot smrčanje, spalca pa bodo opozorile vibracije.

Opozorilo lahko odložite za več kot 2 segmenta smrčanja, da povečate natančnost konfiguracije pipedelay0 v zasnovi, vendar lahko to poveča odzivni čas. Prav tako bi bilo treba povečati 6 -sekundni okvir.

3. korak: Oblikovanje GreenPAK -a

Prvi razdelek: Zaznavanje smrčanja

Izhod zvočnega senzorja bo priključen na Pin6, ki je konfiguriran kot analogni vhod. Signal bo pripeljan iz zatiča na vhod ACMP0. Drugi vhod ACMP0 je konfiguriran kot referenca 300mv.

Izhod ACMP0 je obrnjen in nato priključen na CNT/DLY0, ki je nastavljen kot zakasnitev naraščajočega roba z zamikom, enakim 400 ms. Izhod CNT0 bo visok, če zaznavanje tišine traja več kot 400 ms. Njegov izhod je povezan z detektorjem naraščajočega roba, ki bo po zaznavi tišine ustvaril kratek ponastavitveni impulz.

CNT5 in CNT6 sta odgovorna za odpiranje časovnih vrat, ki trajajo 5 ms vsakih 30 ms za odvzem zvočnih vzorcev; v teh 5 ms, če pride do zaznave zvočnega signala, izhod DFF0 poda impulz na števec CNT9. CNT9 se ponastavi, če zaznavanje tišine traja več kot 400 ms, nato pa znova zažene štetje zvočnih vzorcev.

Izhod CNT9 je povezan z DFF2, ki se uporablja kot točka za zaznavanje smrčečega segmenta. Ko je zaznan segment smrčanja, izhod DFF2 obrne HI, da aktivira CNT2/Dly2, ki je konfiguriran tako, da deluje kot "zakasnitev padajočega roba" z zamudo, enako 6 sekund.

DFF2 se ponastavi po zaznavi tišine, ki traja več kot 400 ms. Nato se bo znova začel zaznavati segment smrčanja.

Izhod DFF2 poteka skozi Pipedelay, ki je priključen na pin9 skozi LUT1. Pin9 bo priključen na vibracijski motor.

Izhod Pipedelayja preide iz nizkega v visoko, ko zazna dva zaporedna segmenta smrčanja v časovnih vratih za CNT2 (6 sekund).

LUT3 se uporablja za ponastavitev Pipedelayja, zato bo njegova moč nizka, če uspavana oseba dvigne glavo z blazine. V tem primeru se časovna vrata CNT2 končajo, preden zazna dva zaporedna segmenta smrčanja.

Pin3 je konfiguriran kot vhod in je povezan z "gumbom za način vibracije". Signal, ki prihaja iz pin3, prehaja skozi DFF4 in DFF5 konfigurira vzorec vibracij v enega od dveh vzorcev: način1 in način2. V primeru načina 1: ko zaznamo smrčanje, se na vibracijski motor pošlje stalen signal, kar pomeni, da motor deluje neprekinjeno.

V primeru načina 2: ko zazna smrčanje, se vibracijski motor impulzira s časovnim razporedom izhoda CNT6.

Ko je izhod DFF5 visok, se aktivira način 1. Ko je nizka (način 2), je izhod DFF4 visok, izhod CNT6 pa se bo pojavil na pin9 do LUT1.

Občutljivost na zvočni senzor nadzira potenciometer, ki je nastavljen v modulu. Tipalo je treba prvič ročno inicializirati, da dobite zahtevano občutljivost.

PIN10 je priključen na izhod ACMP0, ki je zunaj povezan z LED. Ko je zvočni senzor umerjen, mora biti izhod pin10 precej nizek, kar pomeni, da na zunanji LED, ki je priključena topin10, ni utripanja. Na ta način lahko zagotovimo, da napetost, ki jo zvočni senzor ustvari v tišini, ne presega praga ACMP0 300mv.

Če poleg vibracij potrebujete še en alarm, lahko na pin9 priključite zvočni signal, tako da se bo aktiviral tudi zvočni alarm.

Drugi razdelek: Senzor na dotik

Senzor na dotik, ki smo ga zgradili, uporablja upor za zaznavanje sile (FSR). Upori za zaznavanje sile so sestavljeni iz prevodnega polimera, ki po uporabi sile na svojo površino na predvidljiv način spremeni upor. Senzorski film je sestavljen iz električno prevodnih in neprevodnih delcev, suspendiranih v matriki. Uporaba sile na površino zaznavnega filma povzroči, da se delci dotaknejo prevodnih elektrod, kar spremeni upornost filma. FSR ima različne velikosti in oblike (krog in kvadrat).

Odpornost je presegla 1 MΩ brez uporabljenega tlaka in se je gibala od okoli 100 kΩ do nekaj sto Ohmov, saj se je tlak spreminjal od lahkega do težkega. V našem projektu bo FSR uporabljen kot senzor dotika glave in se nahaja znotraj blazine. Povprečna teža človeške glave je od 4,5 do 5 kg. Ko uporabnik položi glavo na blazino, na FSR deluje sila in njen upor se spremeni. GPAK zazna to spremembo in sistem je omogočen.

Uporni senzor lahko priključite tako, da en konec priključite na napajanje, drugega pa na izvlečni upor na maso. Nato je točka med fiksnim uporovnim uporom in spremenljivim uporom FSR priključena na analogni vhod GPAK (Pin12), kot je prikazano na sliki 7. Signal bo pripeljan iz zatiča na vhod ACMP1. Drugi vhod ACMP1 je priključen na referenčno nastavitev 1200mv. Primerjalni rezultat je shranjen v DFF6. Ko zaznamo dotik glave, izhod DFF2 obrne HI, da aktivira CNT2/Dly2, ki je konfiguriran tako, da deluje kot "zakasnitev padajočega roba" z zakasnitvijo 1,5 sekunde. V tem primeru, če se postelja premika ali obrača z ene strani na drugo in se FSR prekine manj kot 1,5 sekunde, se sistem še vedno aktivira in ponastavitev ne pride. CNT7 in CNT8 se uporabljata za omogočanje FSR in ACMP1 za 50 mS vsake 1 s, da se zmanjša poraba energije.

Zaključek

V tem projektu smo izdelali pametno blazino, ki se uporablja za odkrivanje smrčanja, da z vibracijami opozori uspavano osebo.

Izdelali smo tudi senzor na dotik s FSR za samodejni vklop sistema pri uporabi blazine. Nadaljnja možnost izboljšave bi lahko bila oblikovanje vzporednih FSR za vzglavnike večjih velikosti. Izdelali smo tudi digitalne filtre za zmanjšanje pojavnosti lažnih alarmov.