Smart pute: 3 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Denne instruksjonsboken beskriver hvordan du lager en smart pute som er følsom for snorking!

Den smarte puten er avhengig av vibrasjon for å indikere for sovende når han snorker mens han sover. Det fungerer automatisk når en person legger hodet på puten.

Snorking er en uheldig tilstand fordi den påvirker ikke bare snorkende, men også mennesker som sover rundt ham. Snorking har blitt kåret til den største medisinske årsaken bak skilsmisse i USA. I tillegg kan søvnapné forårsake et bredt spekter av helseproblemer som kan dempes ved å sikre at en sovende ikke velger en posisjon som fører til snorking.

I denne instruksen vil vi bygge et system som kan oppdage og analysere lyder. Når den analyserer en snorkelyd, vil den slå på en vibrasjonsmotor slik at sovende våkner. Når den sovende personen løfter hodet av puten, stopper vibrasjonsmotoren. Når en sovende endrer soveposisjonen, er det mer sannsynlig at han slår seg ned i en annen posisjon som forhindrer snorking.

Trinn 1: Puteoppgaver:

• Puten har en berøringssensor slik at systemet aktiveres automatisk når personen legger hodet på puten, og er inaktiv når han løfter hodet opp.
• Når systemet oppdager en snorkelyd eller annen kakofonisk lyd, slås en vibrator på for å vekke sovende.
• Har 2 vibrasjonsmoduser som kan stilles inn av brukeren: kontinuerlig eller pulserende. Systemet er nyttig for folk som lider av snorking. For sikkerhets skyld kan personer som lider av veldig dyp søvn også bruke systemet fordi det kan oppdage dørklokker, ringe telefoner eller gråte babyer.

Vi implementerte dette prosjektet med en Silego SLG46620V CMIC, en lydsensor, en vibrasjonsmotor, kraftfølende motstand og noen passive komponenter.

Det totale antallet komponenter for denne designen er ganske minimalt, til tross for at den ikke bruker en mikrokontroller. Siden GreenPAK CMIC er rimelige og har et lavt strømforbruk, er de en ideell komponent for denne løsningen. Deres lille størrelse ville også tillate dem å enkelt integreres inne i puten uten bekymringer ved produksjonen.

De fleste prosjekter som er avhengige av lyddeteksjon har en "falsk trigger rate", noe som er nødvendig på grunn av muligheten for feil blant en rekke sensorer. Sensorene knyttet til dette prosjektet oppdager bare et lydnivå; de oppdager ikke typen lyd eller arten av opprinnelsen. Følgelig kan en falsk trigger skyldes en handling som klapping, banking eller annen støy som ikke er relatert til snorking som kan oppdages av sensoren.

I dette prosjektet vil systemet ignorere de korte lydene som forårsaker falsk trigger rate, så vi bygger et digitalt filter som kan oppdage et lydsegment som lyden av snorking.

Se på den grafiske kurven i figur 1 som representerer lyden av snorking.

Vi kan se at den består av to seksjoner som gjentas og tiden korrelerer. Den første delen oppdager snorking; det er en sekvens av korte pulser som varer i 0,5 til 4 sekunder, etterfulgt av en stillhetsperiode som varer i 0,4 til 4 sekunder og kan inneholde bakgrunnsstøy.

Derfor, for å filtrere ut andre lyder, må systemet oppdage et snorkingsegment som varer i mer enn 0,5 sekunder, og ignorere eventuelle kortere lydsegmenter. For å gjøre systemet mer stabilt, bør det implementeres en teller som teller snorkesegmentene for å starte alarmen etter deteksjon av to sekvensielle snorkesegmenter.

I dette tilfellet, selv om en lyd varer i mer enn 0,5 sekunder, filtrerer systemet den med mindre den gjentas innen en bestemt tidsramme. På denne måten kan vi filtrere lyden som kan skyldes bevegelse, hoste eller til og med korte støysignaler.

Trinn 2: Implementeringsplan

Utformingen av dette prosjektet består av to seksjoner; den første delen er ansvarlig for å oppdage lyd og analyserer den for å oppdage lyden av snorking for å varsle sovende.

Den andre delen er en berøringssensor; det er ansvarlig for å automatisk aktivere systemet når en person legger hodet på puten, og for å deaktivere systemet når den sovende personen løfter hodet av puten.

En smart pute kan enkelt implementeres med en enkelt GreenPAK-konfigurerbar blandet signal IC (CMIC).

Du kan gå gjennom alle trinnene for å forstå hvordan GreenPAK -brikken er programmert til å kontrollere Smart Pillow. Men hvis du bare vil lage Smart Pillow uten å forstå alle de indre kretsene, kan du laste ned gratis GreenPAK -programvare for å se den allerede fullførte Smart Pillow GreenPAK Design -filen. Koble datamaskinen til GreenPAK Development Kit og trykk på programmet for å lage den tilpassede ICen for å kontrollere Smart Pillow. Når IC er opprettet, kan du hoppe over neste trinn. Det neste trinnet vil diskutere logikken i Smart Pillow GreenPAK -designfilen for de som er interessert i å forstå hvordan kretsen fungerer.

Hvordan det fungerer?

Når en person legger hodet på puten, sender berøringssensoren et aktiveringssignal fra Matrix2 til Matrix1 til og med P10 for å aktivere kretsen og begynne å ta prøver fra lydsensoren.

Systemet tar et utvalg fra lydsensoren hver 30. ms innen en 5 ms tidsramme. På denne måten spares energiforbruket og korte lydpulser filtreres.

Hvis vi oppdager 15 sekvensielle lydprøver (ingen taushet varer i mer enn 400 ms mellom noen av prøvene), konkluderes det med at lyden er vedvarende. I dette tilfellet vil lydsegmentet betraktes som et snorkingsegment. Når denne handlingen gjentas etter en stillhet, som varer mer enn 400 ms og mindre enn 6 sekunder, vil den innspilte lyden bli ansett som snorking og sovende vil bli varslet av vibrasjon.

Du kan utsette advarselen for mer enn to snorkesegmenter for å øke nøyaktigheten fra pipedelay0 -konfigurasjonen i designet, men dette kan øke responstiden. Rammen på 6 sekunder må også økes.

Trinn 3: GreenPAK Design

Første seksjon: Påvisning av snorking

Utgangen til lydsensoren blir koblet til Pin6 som er konfigurert som en analog inngang. Signalet vil bli brakt fra pinnen til inngangen til ACMP0. Den andre inngangen til ACMP0 er konfigurert som en 300mv referanse.

Utgangen fra ACMP0 er invertert og deretter koblet til CNT/DLY0, som er satt som en stigende kantforsinkelse med en forsinkelse lik 400 ms. Utgangen til CNT0 vil være høy når detekteringen av stillhet varer i mer enn 400 ms. Utgangen er koblet til en detektor for stigende kant, som vil generere en kort tilbakestillingspuls etter å ha oppdaget stillhet.

CNT5 og CNT6 er ansvarlige for å åpne en tidsport som varer i 5 ms hver 30. ms for å ta lydprøver; i løpet av disse 5 ms hvis det oppdages et lydsignal, gir utgangen fra DFF0 en puls til telleren CNT9. CNT9 blir tilbakestilt hvis en deteksjon av stillhet varer i mer enn 400 ms, og da starter tellingen av lydprøver på nytt.

Utgangen fra CNT9 er koblet til DFF2 som brukes som et punkt for å oppdage et snorkingsegment. Når et snorkingsegment oppdages, vil utgangen fra DFF2 slå HI for å aktivere CNT2/Dly2, som er konfigurert til å fungere som "fallende kantforsinkelse" med en forsinkelse lik 6 sek.

DFF2 blir tilbakestilt etter en deteksjon av stillhet som varer i mer enn 400 ms. Det vil deretter begynne å oppdage igjen for et snorkingsegment.

Utgangen fra DFF2 passerer gjennom Pipedelay, som er koblet til pin9 gjennom LUT1. Pin9 blir koblet til vibrasjonsmotoren.

Utgangen fra Pipedelay overgår fra lav til høy når den oppdager to sekvensielle snorkesegmenter innenfor tidsporten for CNT2 (6 sek).

LUT3 brukes til å tilbakestille Pipedelay, så effekten vil være lav hvis den sovende personen løfter hodet av puten. I dette tilfellet er tidsporten til CNT2 ferdig før det påvises to sekvensielle snorkesegmenter.

Pin3 er konfigurert som en inngang og er koblet til en "Vibrasjonsmodusknapp". Signalet som kommer fra pin3 passerer gjennom DFF4 og DFF5 konfigurerer vibrasjonsmønsteret til et av to mønstre: modus1 og modus2. I modus 1: når det oppdages snorking, sendes et kontinuerlig signal til vibrasjonsmotoren, noe som betyr at motoren går kontinuerlig.

I modus 2: når det oppdages snorking, pulses vibrasjonsmotoren med timingen for CNT6 -utgang.

Så når utgangen til DFF5 er høy, vil modus1 bli aktivert. Når den er lav (modus 2), er utgangen til DFF4 høy, og utgangen til CNT6 vil vises på pin9 til og med LUT1.

Følsomhet for lydsensoren styres av et potensiometer som er satt i modulen. Sensoren bør initialiseres manuelt for første gang for å få den nødvendige følsomheten.

PIN10 er koblet til utgangen til ACMP0, som er eksternt koblet til en LED. Når lydsensoren er kalibrert, bør utgangen på pin10 være ganske lav, noe som betyr at det ikke er flimmer på den eksterne LED -en som er koblet til topin10. På denne måten kan vi garantere at spenningen som genereres av lydsensoren i stillhet ikke overstiger 300mv ACMP0 -terskelen.

Hvis du trenger en annen alarm i tillegg til vibrasjon, kan du koble en summer til pin9 slik at en lydalarm også blir aktivert.

Andre seksjon: Berøringssensor

Berøringssensoren som vi bygde bruker Force-sensing resistor (FSR). Kraftfølende motstander består av en ledende polymer som endrer motstand på en forutsigbar måte etter påføring av kraft på overflaten. Følefilmen består av både elektrisk ledende og ikke-ledende partikler suspendert i en matrise. Påføring av en kraft på overflaten av følefilmen får partikler til å berøre de ledende elektroder, noe som endrer filmens motstand. FSR kommer med forskjellige størrelser og former (sirkel og firkant).

Motstanden oversteg 1 MΩ uten påført trykk og varierte fra rundt 100 kΩ til noen få hundre ohm da trykket varierte fra lett til tungt. I vårt prosjekt vil FSR brukes som berøringssensor for hodet, og den er plassert inne i puten. Den gjennomsnittlige menneskelige hodevekten er mellom 4,5 og 5 kg. Når brukeren legger hodet på puten, påføres en kraft på FSR og dens motstand endres. GPAK oppdager denne endringen og systemet er aktivert.

Måten å koble en resistiv sensor på er å koble den ene enden til Power og den andre til en nedtrekksmotstand til jord. Deretter kobles punktet mellom den faste nedtrekksmotstanden og den variable FSR -motstanden til den analoge inngangen til en GPAK (Pin12) som vist i figur 7. Signalet vil bli ført fra pinnen til inngangen til ACMP1. Den andre inngangen til ACMP1 er koblet til en 1200mv referanseinnstilling. Sammenligningsresultatet lagres i DFF6. Når det oppdages et berøring med hodet, dreier utgangen fra DFF2 HI for å aktivere CNT2/Dly2, som er konfigurert til å fungere som "fallende kantforsinkelse" med en forsinkelse lik 1,5 sek. I dette tilfellet, hvis sovende beveger seg eller svinger fra side til side og FSR avbrytes mindre enn 1,5 sekunder, er systemet fremdeles aktivert og ingen tilbakestilling skjer. CNT7 og CNT8 brukes til å aktivere FSR og ACMP1 i 50 ms hver 1 sekund for å redusere strømforbruket.

Konklusjon

I dette prosjektet laget vi en smart pute som brukes til å oppdage snorking for å varsle den sovende personen ved vibrasjon.

Vi laget også berøringssensor ved hjelp av FSR for å aktivere systemet automatisk når du bruker puten. Et ytterligere forbedringsalternativ kan være å designe i parallelle FSR for å imøtekomme puter i større størrelse. Vi har også laget digitale filtre for å minimere forekomsten av falske alarmer.