Έξυπνο μαξιλάρι: 3 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Αυτό το Instructable περιγράφει πώς να φτιάξετε ένα έξυπνο μαξιλάρι που είναι ευαίσθητο στο ροχαλητό!

Το έξυπνο μαξιλάρι βασίζεται στους κραδασμούς για να δείξει στον ύπνο όταν ροχαλίζει ενώ κοιμάται. Λειτουργεί αυτόματα όταν κάποιος βάζει το κεφάλι του στο μαξιλάρι.

Το ροχαλητό είναι μια ατυχής κατάσταση γιατί επηρεάζει όχι μόνο το ροχαλητό αλλά και τους ανθρώπους που κοιμούνται γύρω του. Το ροχαλητό έχει ψηφιστεί ως ο μεγαλύτερος ιατρικός λόγος πίσω από το διαζύγιο στις ΗΠΑ. Επιπλέον, η άπνοια ύπνου μπορεί να προκαλέσει ένα ευρύ φάσμα προβλημάτων υγείας που μπορούν να μετριαστούν διασφαλίζοντας ότι ο ύπνος δεν επιλέγει μια θέση που οδηγεί στο ροχαλητό.

Σε αυτό το Instructable, θα δημιουργήσουμε ένα σύστημα το οποίο μπορεί να ανιχνεύσει και να αναλύσει ήχους. Όταν αναλύει έναν ήχο ροχαλητού, θα ενεργοποιήσει έναν κινητήρα δόνησης, έτσι ώστε ο ύπνος να ξυπνήσει. Όταν ο κοιμισμένος σηκώνει το κεφάλι του από το μαξιλάρι, ο κινητήρας δόνησης θα σταματήσει. Όταν ένας κοιμισμένος αλλάζει τη θέση του για ύπνο είναι πιο πιθανό να εγκατασταθεί σε διαφορετική θέση που θα αποτρέψει το ροχαλητό.

Βήμα 1: Εργασίες μαξιλαριού:

• Το μαξιλάρι διαθέτει αισθητήρα αφής έτσι ώστε το σύστημα να ενεργοποιείται αυτόματα όταν το άτομο τοποθετεί το κεφάλι του στο μαξιλάρι και είναι αδρανές όταν σηκώνει το κεφάλι του προς τα πάνω.
• Όταν το σύστημα ανιχνεύσει έναν ήχο ροχαλητού ή οποιονδήποτε άλλο ήχο κακοφώνου, ενεργοποιείται ένας δονητής για να ξυπνήσει τον ύπνο.
• Διαθέτει 2 λειτουργίες δόνησης με δυνατότητα ρύθμισης από τον χρήστη: συνεχείς ή παλλόμενες. Το σύστημα είναι χρήσιμο για άτομα που υποφέρουν από ροχαλητό. Για λόγους ασφαλείας, οι άνθρωποι που υποφέρουν από πολύ βαθύ ύπνο μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν το σύστημα επειδή μπορεί να ανιχνεύσει κουδούνια, να χτυπάνε τηλέφωνα ή να κλαίνε μωρά.

Υλοποιήσαμε αυτό το έργο με ένα Silego SLG46620V CMIC, έναν αισθητήρα ήχου, έναν κινητήρα δόνησης, μια αντίσταση ανίχνευσης δύναμης και μερικά παθητικά εξαρτήματα.

Ο συνολικός αριθμός εξαρτημάτων για αυτό το σχέδιο είναι αρκετά ελάχιστος, παρά το γεγονός ότι δεν χρησιμοποιείται μικροελεγκτής. Δεδομένου ότι τα GreenPAK CMIC είναι χαμηλού κόστους και έχουν χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, αποτελούν το ιδανικό συστατικό για αυτήν τη λύση. Το μικρό τους μέγεθος θα τους επέτρεπε να ενσωματωθούν εύκολα μέσα στο μαξιλάρι χωρίς να ανησυχείτε για την κατασκευή.

Τα περισσότερα έργα που εξαρτώνται από την ανίχνευση ήχου έχουν ένα "ψευδές ποσοστό ενεργοποίησης", το οποίο είναι απαραίτητο λόγω της πιθανότητας σφάλματος μεταξύ μιας ποικιλίας αισθητήρων. Οι αισθητήρες που σχετίζονται με αυτό το έργο απλώς ανιχνεύουν ένα επίπεδο ήχου. δεν ανιχνεύουν τον τύπο του ήχου ή τη φύση της προέλευσής του. Κατά συνέπεια, μια ψευδής σκανδάλη μπορεί να προκληθεί από μια πράξη όπως χτύπημα, χτύπημα ή άλλος θόρυβος που δεν σχετίζεται με το ροχαλητό που μπορεί να ανιχνευθεί από τον αισθητήρα.

Σε αυτό το έργο το σύστημα θα αγνοήσει τους σύντομους ήχους που προκαλούν ψευδές ρυθμό ενεργοποίησης, οπότε θα χτίσουμε ένα ψηφιακό φίλτρο που μπορεί να ανιχνεύσει ένα τμήμα ήχου όπως ο ήχος του ροχαλητού.

Κοιτάξτε τη γραφική καμπύλη στο σχήμα 1 που αντιπροσωπεύει τον ήχο του ροχαλητού.

Μπορούμε να δούμε ότι αποτελείται από δύο ενότητες που επαναλαμβάνονται και συσχετίζονται με το χρόνο. Το πρώτο τμήμα ανιχνεύει το ροχαλητό. είναι μια ακολουθία σύντομων παλμών που διαρκεί από 0,5 έως 4 δευτερόλεπτα, ακολουθούμενη από μια περίοδο σιωπής που διαρκεί από 0,4 έως 4 δευτερόλεπτα και μπορεί να περιέχει θόρυβο στο παρασκήνιο.

Επομένως, για να φιλτράρει άλλους θορύβους, το σύστημα πρέπει να εντοπίσει ένα τμήμα ροχαλητού, το οποίο διαρκεί περισσότερο από 0,5 δευτερόλεπτα, και να αγνοήσει οποιοδήποτε μικρότερο τμήμα ήχου. Για να γίνει το σύστημα πιο σταθερό, πρέπει να εφαρμοστεί ένας μετρητής ο οποίος μετρά τα τμήματα ροχαλητού για να ξεκινήσει ο συναγερμός μετά την ανίχνευση δύο διαδοχικών τμημάτων ροχαλητού.

Σε αυτή την περίπτωση, ακόμη και αν ένας ήχος διαρκεί περισσότερο από 0,5 δευτερόλεπτα, το σύστημα θα τον φιλτράρει εκτός αν επαναληφθεί εντός συγκεκριμένου χρονικού πλαισίου. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να φιλτράρουμε τον ήχο που μπορεί να προκληθεί από μια κίνηση, βήχα ή ακόμη και σύντομα σήματα θορύβου.

Βήμα 2: Σχέδιο εφαρμογής

Ο σχεδιασμός αυτού του έργου αποτελείται από δύο ενότητες. το πρώτο τμήμα είναι υπεύθυνο για την ανίχνευση του ήχου και τον αναλύει για να εντοπίσει τον ήχο του ροχαλητού για να ειδοποιήσει τον ύπνο.

Το δεύτερο τμήμα είναι ένας αισθητήρας αφής. είναι υπεύθυνο για την αυτόματη ενεργοποίηση του συστήματος όταν ένα άτομο βάζει το κεφάλι του στο μαξιλάρι και για την απενεργοποίηση του συστήματος όταν ο κοιμισμένος σηκώνει το κεφάλι του από το μαξιλάρι.

Ένα έξυπνο μαξιλάρι μπορεί να εφαρμοστεί πολύ εύκολα με ένα IC IC μικτού σήματος (CMIC) με δυνατότητα ρύθμισης παραμέτρων.

Μπορείτε να περάσετε από όλα τα βήματα για να καταλάβετε πώς έχει προγραμματιστεί το τσιπ GreenPAK για τον έλεγχο του Έξυπνου Μαξιλαριού. Ωστόσο, εάν θέλετε απλώς να δημιουργήσετε εύκολα το Smart Pillow χωρίς να κατανοήσετε όλο το εσωτερικό κύκλωμα, κατεβάστε δωρεάν λογισμικό GreenPAK για να δείτε το ήδη ολοκληρωμένο Smart Pillow GreenPAK Design File. Συνδέστε τον υπολογιστή σας στο GreenPAK Development Kit και πατήστε το πρόγραμμα για να δημιουργήσετε το προσαρμοσμένο IC για τον έλεγχο του Smart Pillow σας. Μόλις δημιουργηθεί το IC, μπορείτε να παραλείψετε το επόμενο βήμα. Το επόμενο βήμα θα συζητήσει τη λογική που βρίσκεται μέσα στο σχεδιαστικό αρχείο Smart Pillow GreenPAK για όσους ενδιαφέρονται να κατανοήσουν πώς λειτουργεί το κύκλωμα.

Πως δουλεύει?

Κάθε φορά που κάποιος βάζει το κεφάλι του στο μαξιλάρι, ο αισθητήρας αφής στέλνει ένα σήμα ενεργοποίησης από το Matrix2 στο Matrix1 έως το P10 για να ενεργοποιήσει το κύκλωμα και να ξεκινήσει τη λήψη δειγμάτων από τον αισθητήρα ήχου.

Το σύστημα παίρνει ένα δείγμα από τον αισθητήρα ήχου κάθε 30ms σε ένα χρονικό πλαίσιο 5ms. Με αυτόν τον τρόπο, η κατανάλωση ενέργειας θα εξοικονομηθεί και οι σύντομοι παλμοί ήχου θα φιλτραριστούν.

Εάν εντοπίσουμε 15 διαδοχικά δείγματα ήχου (καμία σιωπή δεν διαρκεί περισσότερο από 400ms μεταξύ οποιουδήποτε δείγματος), συμπεραίνεται ότι ο ήχος είναι επίμονος. Σε αυτήν την περίπτωση, το τμήμα ήχου θα θεωρηθεί τμήμα ροχαλητού. Όταν αυτή η ενέργεια επαναληφθεί μετά από μια σιωπή, η οποία διαρκεί περισσότερο από 400ms και λιγότερο από 6s, ο ήχος που καταγράφεται θα θεωρείται ροχαλητό και ο κοιμισμένος θα ειδοποιείται από κραδασμούς.

Μπορείτε να καθυστερήσετε την προειδοποίηση για περισσότερα από 2 τμήματα ροχαλητού για να αυξήσετε την ακρίβεια από τη διαμόρφωση pipedelay0 στο σχεδιασμό, αλλά αυτό μπορεί να αυξήσει τον χρόνο απόκρισης. Το πλαίσιο 6 δευτερολέπτων θα πρέπει επίσης να αυξηθεί.

Βήμα 3: Σχεδιασμός GreenPAK

Πρώτη ενότητα: Ανίχνευση ροχαλητού

Η έξοδος του αισθητήρα ήχου θα συνδεθεί με το Pin6 το οποίο έχει διαμορφωθεί ως αναλογική είσοδος. Το σήμα θα μεταφερθεί από τον πείρο στην είσοδο του ACMP0. Η άλλη είσοδος του ACMP0 έχει διαμορφωθεί ως αναφορά 300mv.

Η έξοδος του ACMP0 αντιστρέφεται και στη συνέχεια συνδέεται με το CNT/DLY0, το οποίο ορίζεται ως καθυστέρηση ανερχόμενης ακμής με καθυστέρηση ίση με 400ms. Η έξοδος του CNT0 θα είναι υψηλή όταν ο εντοπισμός σιωπής διαρκέσει περισσότερο από 400ms. Η έξοδός του συνδέεται με ανιχνευτή ανερχόμενης ακμής, ο οποίος θα παράγει έναν σύντομο παλμό επαναφοράς μετά την ανίχνευση σιωπής.

Οι CNT5 & CNT6 είναι υπεύθυνοι για το άνοιγμα μιας χρονικής πύλης που διαρκεί 5ms κάθε 30ms για τη λήψη δειγμάτων ήχου. κατά τη διάρκεια αυτών των 5ms εάν υπάρχει ανίχνευση ηχητικού σήματος, η έξοδος του DFF0 δίνει παλμό στον μετρητή CNT9. Το CNT9 θα επαναρυθμιστεί εάν η ανίχνευση σιωπής διαρκέσει περισσότερο από 400ms, οπότε θα ξεκινήσει ξανά την καταμέτρηση δειγμάτων ήχου.

Η έξοδος του CNT9 συνδέεται με το DFF2 το οποίο χρησιμοποιείται ως σημείο για την ανίχνευση τμήματος ροχαλητού. Όταν εντοπιστεί ένα τμήμα ροχαλητού, η έξοδος του DFF2 μετατρέπει το HI για να ενεργοποιήσει το CNT2/Dly2, το οποίο έχει ρυθμιστεί να λειτουργεί ως "καθυστέρηση άκρης πτώσης" με καθυστέρηση ίση με 6 δευτερόλεπτα.

Το DFF2 θα επαναφερθεί μετά από ανίχνευση σιωπής που διαρκεί περισσότερο από 400ms. Στη συνέχεια, θα αρχίσει να εντοπίζεται ξανά για ένα τμήμα ροχαλητού.

Η έξοδος του DFF2 περνάει από το Pipedelay, το οποίο είναι συνδεδεμένο στο pin9 μέσω του LUT1. Το Pin9 θα συνδεθεί με τον κινητήρα δόνησης.

Η έξοδος του Pipedelay μεταβαίνει από Χαμηλό σε Υψηλό όταν ανιχνεύει δύο διαδοχικά τμήματα ροχαλητού εντός της χρονικής πύλης για CNT2 (6 δευτερόλεπτα).

Το LUT3 χρησιμοποιείται για την επαναφορά του Pipedelay, οπότε η έξοδός του θα είναι Χαμηλή εάν ο κοιμισμένος σηκώσει το κεφάλι του από το μαξιλάρι. Σε αυτήν την περίπτωση, η χρονική πύλη του CNT2 έχει ολοκληρωθεί πριν ανιχνευθούν δύο διαδοχικά τμήματα ροχαλητού.

Το Pin3 έχει ρυθμιστεί ως είσοδος και είναι συνδεδεμένο με ένα "Κουμπί λειτουργίας δόνησης". Το σήμα που προέρχεται από το pin3 διέρχεται από το DFF4 και το DFF5 διαμορφώνει το μοτίβο δόνησης σε ένα από τα δύο πρότυπα: mode1 και mode2. Σε περίπτωση λειτουργίας 1: όταν ανιχνεύεται ροχαλητό, αποστέλλεται ένα συνεχές σήμα στον κινητήρα δόνησης, πράγμα που σημαίνει ότι ο κινητήρας λειτουργεί συνεχώς.

Στην περίπτωση του τρόπου λειτουργίας 2: όταν ανιχνεύεται ροχαλητό, ο κινητήρας δόνησης πάλλεται με το χρονισμό της εξόδου CNT6.

Έτσι, όταν η έξοδος του DFF5 είναι υψηλή, η λειτουργία 1 θα ενεργοποιηθεί. Όταν είναι χαμηλή (λειτουργία 2), η έξοδος του DFF4 είναι υψηλή και η έξοδος του CNT6 θα εμφανιστεί στο pin9 έως το LUT1.

Η ευαισθησία στον αισθητήρα ήχου ελέγχεται από ένα ποτενσιόμετρο που είναι ρυθμισμένο στη μονάδα. Ο αισθητήρας θα πρέπει να προετοιμαστεί χειροκίνητα για πρώτη φορά για να αποκτήσει την απαιτούμενη ευαισθησία.

Το PIN10 είναι συνδεδεμένο στην έξοδο του ACMP0, το οποίο είναι εξωτερικά συνδεδεμένο με ένα LED. Όταν βαθμονομηθεί ο αισθητήρας ήχου, η έξοδος του pin10 θα πρέπει να είναι αρκετά χαμηλή, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει τρεμόπαιγμα στο εξωτερικό LED που είναι συνδεδεμένο στο επάνω μέρος10. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να εγγυηθούμε ότι η τάση που παράγεται από τον αισθητήρα ήχου σε σιωπή δεν υπερβαίνει το όριο 300mv ACMP0.

Εάν χρειάζεστε έναν άλλο συναγερμό εκτός από τους κραδασμούς, μπορείτε να συνδέσετε έναν βομβητή στο pin9, έτσι ώστε να ενεργοποιηθεί και ένας ηχητικός συναγερμός.

Δεύτερη ενότητα: Αισθητήρας αφής

Ο αισθητήρας αφής που κατασκευάσαμε χρησιμοποιεί αντίσταση ανίχνευσης δύναμης (FSR). Οι αντιστάσεις ανίχνευσης δύναμης αποτελούνται από ένα αγώγιμο πολυμερές το οποίο αλλάζει την αντίσταση με έναν προβλέψιμο τρόπο μετά την εφαρμογή δύναμης στην επιφάνειά του. Το φιλμ ανίχνευσης αποτελείται τόσο από ηλεκτρικά αγώγιμα όσο και από μη αγώγιμα σωματίδια που αιωρούνται σε μια μήτρα. Η εφαρμογή μιας δύναμης στην επιφάνεια της μεμβράνης ανίχνευσης προκαλεί σωματίδια να αγγίζουν τα αγώγιμα ηλεκτρόδια, αλλάζοντας την αντίσταση της μεμβράνης. Το FSR έρχεται με διαφορετικά μεγέθη και σχήματα (κύκλος & τετράγωνο).

Η αντίσταση ξεπέρασε το 1 MΩ χωρίς καμία πίεση και κυμάνθηκε από περίπου 100 kΩ έως μερικές εκατοντάδες Ohms καθώς η πίεση κυμαινόταν από ελαφριά σε βαριά. Στο έργο μας, το FSR θα χρησιμοποιηθεί ως αισθητήρας αφής κεφαλής και βρίσκεται μέσα στο μαξιλάρι. Το μέσο βάρος του ανθρώπινου κεφαλιού κυμαίνεται μεταξύ 4,5 και 5 κιλών. Όταν ο χρήστης βάζει το κεφάλι του στο μαξιλάρι, ασκείται δύναμη στο FSR και η αντίστασή του αλλάζει. Το GPAK εντοπίζει αυτήν την αλλαγή και το σύστημα είναι ενεργοποιημένο.

Ο τρόπος σύνδεσης ενός αισθητήρα αντίστασης είναι να συνδέσετε το ένα άκρο στο Power και το άλλο σε μια αντίσταση πτώσης στη γείωση. Στη συνέχεια, το σημείο μεταξύ της σταθερής αντίστασης έλξης προς τα κάτω και της μεταβλητής αντίστασης FSR συνδέεται με την αναλογική είσοδο ενός GPAK (Pin12) όπως φαίνεται στο σχήμα 7. Το σήμα θα μεταφερθεί από τον πείρο στην είσοδο του ACMP1. Η άλλη είσοδος του ACMP1 συνδέεται με μια ρύθμιση αναφοράς 1200mv. Το αποτέλεσμα σύγκρισης αποθηκεύεται στο DFF6. Όταν εντοπιστεί ένα άγγιγμα, η έξοδος του DFF2 μετατρέπει το HI για να ενεργοποιήσει το CNT2/Dly2, το οποίο έχει ρυθμιστεί να λειτουργεί ως "καθυστέρηση άκρης πτώσης" με καθυστέρηση ίση με 1,5 δευτερόλεπτο. Σε αυτήν την περίπτωση, εάν ο κοιμιστής μετακινείται ή γυρίζει από τη μία πλευρά στην άλλη και το FSR διακόπτεται λιγότερο από 1,5 δευτερόλεπτο, το σύστημα εξακολουθεί να είναι ενεργοποιημένο και δεν πραγματοποιείται επαναφορά. Τα CNT7 και CNT8 χρησιμοποιούνται για να ενεργοποιήσουν το FSR και το ACMP1 για 50 mS κάθε 1sec προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας.

συμπέρασμα

Σε αυτό το έργο φτιάξαμε ένα έξυπνο μαξιλάρι το οποίο χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ροχαλητού για να ειδοποιήσει τον κοιμισμένο από κραδασμούς.

Κάναμε επίσης αισθητήρα αφής χρησιμοποιώντας FSR για να ενεργοποιήσετε αυτόματα το σύστημα όταν χρησιμοποιείτε το μαξιλάρι. Μια περαιτέρω επιλογή βελτίωσης θα μπορούσε να είναι ο σχεδιασμός παράλληλα FSR για να φιλοξενήσει μαξιλάρια μεγαλύτερου μεγέθους. Κατασκευάσαμε επίσης ψηφιακά φίλτρα για να ελαχιστοποιήσουμε την εμφάνιση ψευδών συναγερμών.