Älykäs tyyny: 3 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tässä ohjeessa kuvataan, kuinka tehdä älykäs tyyny, joka on herkkä kuorsaukselle!

Älykäs tyyny luottaa tärinään, joka ilmoittaa nukkuvalle, kun hän kuorsaa nukkuessaan. Se toimii automaattisesti, kun henkilö laittaa päänsä tyynylle.

Kuorsaus on valitettava tila, koska se vaikuttaa kuorsaavan henkilön lisäksi myös hänen ympärillään nukkuviin ihmisiin. Kuorsaus on äänestetty Yhdysvaltojen suurimmaksi lääketieteelliseksi syyksi avioeron takana. Lisäksi uniapnea voi aiheuttaa monenlaisia terveysongelmia, joita voidaan lievittää varmistamalla, että nukkuja ei valitse kuorsausta johtavaa asentoa.

Tässä Instructable -ohjelmassa rakennamme järjestelmän, joka voi havaita ja analysoida ääniä. Kun se analysoi kuorsauksen ääntä, se käynnistää tärinämoottorin niin, että nukkuja herää. Kun nukkuva henkilö nostaa päänsä pois tyynystä, tärinämoottori pysähtyy. Kun nukkuja muuttaa nukkumisasentoaan, hän asettuu todennäköisemmin eri asentoon, joka estää kuorsauksen.

Vaihe 1: Tyynytehtävät:

• Tyynyssä on kosketusanturi, joten järjestelmä aktivoituu automaattisesti, kun henkilö asettaa päänsä tyynylle, ja on käyttämättömänä, kun hän nostaa päänsä ylös.
• Kun järjestelmä havaitsee kuorsaavan äänen tai muun kakofonisen äänen, tärylaite kytkeytyy päälle herättämään nukkuja.
• Ominaisuudet 2 käyttäjän asettamaa värähtelytilaa: jatkuva tai pulssi. Järjestelmä on hyödyllinen kuorsaamisesta kärsiville. Turvallisuuden vuoksi ihmiset, jotka kärsivät hyvin syvästä unesta, voivat myös käyttää järjestelmää, koska se voi tunnistaa ovikellot, soivat puhelimet tai itkevät vauvat.

Toteutimme tämän projektin Silego SLG46620V CMIC: llä, äänianturilla, tärinämoottorilla, voiman tunnistavalla vastuksella ja joillakin passiivisilla komponenteilla.

Tämän rakenteen komponenttien kokonaismäärä on melko vähäinen, vaikka se ei käytä mikro -ohjainta. Koska GreenPAK CMIC: t ovat edullisia ja virrankulutus on pieni, ne ovat ihanteellinen komponentti tähän ratkaisuun. Niiden pieni koko mahdollistaa myös niiden integroinnin tyynyn sisään ilman valmistusongelmia.

Useimmissa hankkeissa, jotka ovat riippuvaisia äänentunnistuksesta, on "väärä laukaisunopeus", mikä on välttämätöntä erilaisten antureiden virheiden vuoksi. Tähän projektiin liittyvät anturit havaitsevat vain äänen tason; ne eivät tunnista äänen tyyppiä tai sen alkuperää. Näin ollen väärä liipaisin voi johtua esimerkiksi taputuksesta, kolkuttamisesta tai muusta kuorsaamiseen liittymättömästä kohinasta, jonka anturi voi havaita.

Tässä projektissa järjestelmä jättää huomiotta lyhyet äänet, jotka aiheuttavat väärän laukaisunopeuden, joten rakennamme digitaalisen suodattimen, joka voi havaita kuorsauksen kaltaisen äänisegmentin.

Katso kuviossa 1 esitettyä graafista käyrää, joka kuvaa kuorsauksen ääntä.

Voimme nähdä, että se koostuu kahdesta osasta, jotka toistuvat ja aikakorreloivat. Ensimmäinen osa havaitsee kuorsauksen; se on lyhyiden pulssien sarja, joka kestää 0,5–4 sekuntia, jota seuraa hiljaisuusjakso, joka kestää 0,4–4 sekuntia ja saattaa sisältää taustamelua.

Tämän vuoksi järjestelmän on tunnistettava kuorsaussegmentti, joka kestää yli 0,5 sekuntia, ja jätettävä huomiotta kaikki lyhyemmät äänisegmentit, jotta muut melut voidaan suodattaa pois. Järjestelmän vakauttamiseksi on otettava käyttöön laskuri, joka laskee kuorsaussegmentit hälytyksen käynnistämiseksi kahden peräkkäisen kuorsausosan tunnistamisen jälkeen.

Tässä tapauksessa, vaikka ääni kestää yli 0,5 sekuntia, järjestelmä suodattaa sen, ellei sitä toisteta tietyn ajan kuluessa. Tällä tavalla voimme suodattaa äänen, joka voi johtua liikkeestä, yskästä tai jopa lyhyistä kohinasignaaleista.

Vaihe 2: Toteutussuunnitelma

Tämän hankkeen suunnittelu koostuu kahdesta osasta; ensimmäinen osa on vastuussa äänen havaitsemisesta ja analysoi sen kuorsauksen äänen havaitsemiseksi, joka varoittaa nukkujaa.

Toinen osa on kosketusanturi; sen tehtävänä on ottaa järjestelmä automaattisesti käyttöön, kun henkilö laittaa päänsä tyynylle, ja poistaa järjestelmän käytöstä, kun nukkuva henkilö nostaa päänsä tyynystä.

Älykäs tyyny voidaan toteuttaa erittäin helposti yhdellä GreenPAK-ohjelmoitavalla sekoitetun signaalin IC: llä (CMIC).

Voit käydä läpi kaikki vaiheet ymmärtääksesi, miten GreenPAK -siru on ohjelmoitu ohjaamaan Smart -tyynyä. Jos kuitenkin haluat vain luoda älykkään tyynyn helposti ymmärtämättä kaikkia sisäpiirejä, lataa ilmainen GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen Smart Pillow GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä tietokone GreenPAK -kehityssarjaan ja napsauta ohjelmaa luodaksesi mukautetun IC: n älykkään tyynyn ohjaamiseen. Kun IC on luotu, voit ohittaa seuraavan vaiheen.

Kuinka se toimii?

Aina kun henkilö laittaa päänsä tyynylle, kosketusanturi lähettää aktivointisignaalin Matrix2: sta Matrix1: een P10: n kautta aktivoidakseen piirin ja aloittaakseen näytteiden ottamisen äänianturista.

Järjestelmä ottaa näytteen äänianturista 30 sekunnin välein 5 sekunnin kuluessa. Tällä tavalla energiankulutus säästyy ja lyhyet äänipulssit suodatetaan.

Jos havaitsemme 15 peräkkäistä ääninäytettä (mikään hiljaisuus ei kestä yli 400 ms minkään näytteen välillä), päätellään, että ääni on jatkuva. Tässä tapauksessa äänisegmenttiä pidetään kuorsauksen segmenttinä. Kun tämä toiminto toistuu hiljaisuuden jälkeen, joka kestää yli 400 ms ja alle 6 sekuntia, tallennettua ääntä pidetään kuorsauksena ja nukkujaa varoitetaan tärinällä.

Voit lykätä varoitusta useammalle kuin kahdelle kuorsauselementille, jotta pipedelay0 -kokoonpanon tarkkuus paranee suunnittelussa, mutta tämä voi pidentää vasteaikaa. 6 sekunnin kehystä olisi myös lisättävä.

Vaihe 3: GreenPAK -suunnittelu

Ensimmäinen osa: Kuorsauksen havaitseminen

Äänianturin lähtö liitetään nastaan 6, joka on määritetty analogiseksi tuloksi. Signaali viedään nastasta ACMP0 -tuloon. ACMP0: n toinen tulo on määritetty 300 mv: n viitteeksi.

ACMP0: n lähtö käännetään ja liitetään sitten CNT/DLY0: een, joka on asetettu nousevan reunan viiveeksi 400 ms: n viiveellä. CNT0: n lähtö on korkea, kun hiljaisuuden havaitseminen kestää yli 400 ms. Sen lähtö on kytketty nousevan reunan ilmaisimeen, joka tuottaa lyhyen nollauspulssin hiljaisuuden havaitsemisen jälkeen.

CNT5 ja CNT6 ovat vastuussa 5 ms: n välein kuluvan aikaportin avaamisesta ääninäytteiden ottamiseksi; Näiden 5 ms: n aikana, jos äänisignaali havaitaan, DFF0: n lähtö antaa pulssin laskurille CNT9. CNT9 nollataan, jos hiljaisuuden tunnistus kestää yli 400 ms, jolloin se aloittaa ääninäytteiden laskennan uudelleen.

CNT9: n lähtö on kytketty DFF2: een, jota käytetään pisteenä kuorsaavan segmentin havaitsemiseen. Kun kuorsaava segmentti havaitaan, DFF2: n lähtö kääntää HI aktivoidakseen CNT2/Dly2, joka on määritetty toimimaan "putoavan reunan viiveenä" 6 sekunnin viiveellä.

DFF2 nollataan yli 400 ms kestävän hiljaisuuden havaitsemisen jälkeen. Sen jälkeen se alkaa jälleen havaita kuorsauksen segmenttiä.

DFF2: n ulostulo kulkee Pipedelayn kautta, joka on kytketty nastaan 9 LUT1: n kautta. Nasta 9 kytketään tärinämoottoriin.

Pipedelayn lähtö siirtyy matalasta korkeaan, kun se havaitsee kaksi peräkkäistä kuorsaussegmenttiä CNT2 -aikaportissa (6 sekuntia).

LUT3: a käytetään nollaamaan Pipedelay, joten sen teho on alhainen, jos nukkuva henkilö nostaa päänsä pois tyynystä. Tässä tapauksessa CNT2: n aikaportti on valmis, ennen kuin se havaitsee kaksi peräkkäistä kuorsaussegmenttiä.

Pin3 on määritetty tuloksi ja se on kytketty "Värinätila -painikkeeseen". Pin3: sta tuleva signaali kulkee DFF4: n ja DFF5: n kautta määrittää värähtelykuvion yhdeksi kahdesta kuviosta: mode1 ja mode2. Tila 1: kun kuorsaus havaitaan, tärinämoottorille lähetetään jatkuva signaali, mikä tarkoittaa, että moottori käy jatkuvasti.

Mode2: kun kuorsaus havaitaan, värähtelymoottori sykkii CNT6 -lähdön ajoituksella.

Joten kun DFF5: n lähtö on korkea, tila 1 aktivoituu. Kun se on alhainen (tila 2), DFF4: n lähtö on korkea ja CNT6: n ulostulo näkyy pin9 - LUT1.

Herkkyyttä äänianturille säädetään potentiometrillä, joka on asetettu moduuliin. Anturi on alustettava manuaalisesti ensimmäisen kerran vaaditun herkkyyden saavuttamiseksi.

PIN10 on kytketty ACMP0: n lähtöön, joka on liitetty ulkoisesti LED -valoon. Kun äänianturi on kalibroitu, nastan 10 ulostulon pitäisi olla melko alhainen, mikä tarkoittaa, että topin10: een liitetyssä ulkoisessa LED -valossa ei ole välkyntää. Tällä tavoin voimme taata, että äänianturin hiljaisuudessa tuottama jännite ei ylitä 300 mv ACMP0 -rajaa.

Jos tarvitset tärinän lisäksi toisen hälytyksen, voit liittää summerin nastaan 9, jotta myös äänihälytys aktivoituu.

Toinen osa: Kosketusanturi

Rakentamamme kosketusanturi käyttää voiman tunnistavaa vastusta (FSR). Voimaa tunnistavat vastukset koostuvat johtavasta polymeeristä, joka muuttaa vastustaan ennustettavalla tavalla sen jälkeen, kun sen pinnalle on kohdistettu voimaa. Tunnistuskalvo koostuu sekä sähköä johtavista että johtamattomista hiukkasista, jotka on suspendoitu matriisiin. Voiman kohdistaminen tunnistuskalvon pintaan saa hiukkaset koskettamaan johtavia elektrodeja ja muuttamaan kalvon vastusta. FSR: ssä on eri kokoja ja muotoja (ympyrä ja neliö).

Vastus ylitti 1 MΩ ilman painetta ja vaihteli välillä 100 kΩ - muutama sata ohmia, kun paine vaihteli kevyestä raskaaseen. Projektissamme FSR: ää käytetään pään kosketusanturina ja se sijaitsee tyynyn sisällä. Ihmisen pään keskimääräinen paino on 4,5–5 kg. Kun käyttäjä laittaa päänsä tyynylle, FSR kohdistuu voimaan ja sen vastus muuttuu. GPAK havaitsee tämän muutoksen ja järjestelmä on käytössä.

Tapa liittää resistiivinen anturi on kytkeä toinen pää virtalähteeseen ja toinen alasvetovastaukseen maadoitukseen. Tämän jälkeen kiinteän alasvetovastusvastuksen ja muuttuvan FSR -vastuksen välinen piste kytketään GPAK: n (Pin12) analogituloon kuvan 7 mukaisesti. Signaali viedään nastasta ACMP1: n tuloon. ACMP1: n toinen tulo on kytketty 1200 mv: n ohjearvoon. Vertailutulos tallennetaan DFF6: een. Kun pään kosketus havaitaan, DFF2: n lähtö kääntää HI aktivoidakseen CNT2/Dly2, joka on määritetty toimimaan "putoavan reunan viiveenä" 1,5 sekunnin viiveellä. Tässä tapauksessa, jos nukkuja siirtyy tai kääntyy sivulta toiselle ja FSR keskeytyy alle 1,5 sekuntia, järjestelmä on edelleen aktivoitu eikä kuittausta tapahdu. CNT7: tä ja CNT8: ta käytetään mahdollistamaan FSR ja ACMP1 50 mS: n välein 1 sekunnin ajan virrankulutuksen vähentämiseksi.

Johtopäätös

Tässä projektissa teimme älykkään tyynyn, jota käytetään kuorsauksen havaitsemiseen ja joka varoittaa nukkuvaa henkilöä tärinästä.

Teimme myös kosketusanturin FSR: n avulla järjestelmän aktivoimiseksi automaattisesti tyynyä käytettäessä. Toinen parannusvaihtoehto voisi olla suunnitella rinnakkain FSR: itä isompien tyynyjen mukauttamiseksi. Teimme myös digitaalisia suodattimia minimoidaksemme vääriä hälytyksiä.