Intelligens párna: 3 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Ez az útmutató leírja, hogyan lehet intelligens párnát készíteni, amely érzékeny a horkolásra!

Az intelligens párna rezgésekre támaszkodva jelzi az alvónak, hogy mikor horkol alvás közben. Automatikusan működik, ha valaki a párnára teszi a fejét.

A horkolás sajnálatos állapot, mert nemcsak a horkoló személyt érinti, hanem a körülötte alvókat is. Az Egyesült Államokban a horkolást választották a válás legnagyobb orvosi okának. Ezenkívül az alvási apnoe számos egészségügyi problémát okozhat, amelyek enyhíthetők annak biztosításával, hogy az alvó ne válasszon horkoláshoz vezető pozíciót.

Ebben az utasításban olyan rendszert fogunk építeni, amely érzékeli és elemzi a hangokat. A horkoló hang elemzésekor rezgőmotort kapcsol be, így az alvó felébred. Amikor az alvó ember felemeli a fejét a párnáról, a vibrációs motor leáll. Amikor az alvó megváltoztatja alvási helyzetét, nagyobb valószínűséggel helyezkedik el más helyzetben, amely megakadályozza a horkolást.

1. lépés: Párnafeladatok:

• A párna érintőérzékelővel rendelkezik, így a rendszer automatikusan bekapcsol, amikor a személy a párnára teszi a fejét, és tétlen, amikor felemeli a fejét.
• Amikor a rendszer horkoló hangot vagy más kakofonikus hangot észlel, a vibrátor bekapcsol, hogy felébressze az alvót.
• 2 felhasználó által beállítható rezgési mód: folyamatos vagy impulzusos. A rendszer hasznos azok számára, akik horkolástól szenvednek. A biztonság kedvéért a nagyon mély alvásban szenvedők is használhatják a rendszert, mert érzékeli az ajtócsengőt, a telefoncsörgést vagy a síró babákat.

Ezt a projektet egy Silego SLG46620V CMIC-vel, hangérzékelővel, vibrációs motorral, erőérzékelő ellenállással és néhány passzív komponenssel valósítottuk meg.

Ennek a kialakításnak az összes alkatrésze minimális, annak ellenére, hogy nem használ mikrokontrollert. Mivel a GreenPAK CMIC-ek olcsóak és alacsony energiafogyasztásúak, ideális elemei ennek a megoldásnak. Kis méretük lehetővé teszi számukra, hogy könnyen beépítsék őket a párnába, gyártási aggályok nélkül.

A legtöbb hangérzékeléstől függő projekt "hamis indítási gyakorisággal" rendelkezik, amelyre azért van szükség, mert számos érzékelő hibázhat. A projekthez kapcsolódó érzékelők pusztán egy hangszintet érzékelnek; nem érzékelik a hang típusát vagy eredetét. Következésképpen hamis kiváltó okot okozhat olyan cselekedet, mint a taps, kopogás vagy más, a horkoláshoz nem kapcsolódó zaj, amelyet az érzékelő észlelhet.

Ebben a projektben a rendszer figyelmen kívül hagyja a hamis indítási arányt okozó rövid hangokat, ezért digitális szűrőt építünk, amely képes felismerni egy olyan hangszegmenst, mint a horkolás hangja.

Nézze meg az 1. ábra grafikus görbéjét, amely a horkolás hangját képviseli.

Láthatjuk, hogy két szakaszból áll, amelyek ismétlődnek és időben korrelálnak. Az első szakasz horkolást észlel; ez egy rövid impulzusok sorozata, amely 0,5–4 másodpercig tart, majd egy csendes periódus következik, amely 0,4–4 másodpercig tart, és háttérzajt is tartalmazhat.

Ezért az egyéb zajok kiszűréséhez a rendszernek észlelnie kell a horkoló szegmenst, amely több mint 0,5 másodpercig tart, és figyelmen kívül hagyja a rövidebb hangszegmenseket. A rendszer stabilabbá tétele érdekében olyan számlálót kell alkalmazni, amely két horkoló szegmens észlelése után megszámolja a horkoló szegmenseket, és elindítja a riasztást.

Ebben az esetben, még akkor is, ha egy hang 0,5 másodpercnél tovább tart, a rendszer leszűri, kivéve, ha egy adott időkereten belül megismétlődik. Ily módon szűrhetjük a hangot, amelyet mozgás, köhögés vagy akár rövid zajjelzések okozhatnak.

2. lépés: Végrehajtási terv

A projekt tervezése két részből áll; az első szakasz felelős a hang észleléséért, és elemzi a horkolás hangját, hogy figyelmeztesse az alvót.

A második rész egy érintésérzékelő; felelős azért, hogy automatikusan engedélyezze a rendszert, amikor egy személy a párnára teszi a fejét, és letiltja a rendszert, amikor az alvó személy felemeli a fejét a párnáról.

Egy intelligens párna nagyon egyszerűen megvalósítható egyetlen GreenPAK konfigurálható vegyes jelű IC-vel (CMIC).

Az összes lépésen keresztül megértheti, hogyan programozták a GreenPAK chipet az intelligens párna vezérlésére. Ha azonban egyszerűen szeretné létrehozni az intelligens párnát anélkül, hogy megértené az összes belső áramkört, töltse le az ingyenes GreenPAK szoftvert a már elkészült Smart Pillow GreenPAK tervezési fájl megtekintéséhez. Csatlakoztassa számítógépét a GreenPAK fejlesztői készlethez, és nyomja meg a programot, hogy létrehozza az egyéni IC -t az intelligens párna vezérléséhez. Miután létrehozta az IC -t, kihagyhatja a következő lépést. A következő lépés a Smart Pillow GreenPAK tervezési fájlban található logikát tárgyalja azok számára, akik érdeklődnek az áramkör működésének megértése iránt.

Hogyan működik?

Amikor valaki a fejét a párnára teszi, az érintésérzékelő aktiváló jelet küld a Matrix2 -ről a Matrix1 -re a P10 -en keresztül, hogy aktiválja az áramkört, és elkezdjen mintát venni a hangérzékelőből.

A rendszer mintát vesz a hangérzékelőből 30 ms -onként 5 ms időtartamon belül. Ily módon megtakarítható az energiafogyasztás és szűrődnek a rövid hangimpulzusok.

Ha 15 egymást követő hangmintát észlelünk (400 ms -nál hosszabb ideig nem marad csend a minták között), arra a következtetésre jutunk, hogy a hang tartós. Ebben az esetben a hangszegmens horkoló szegmensnek minősül. Ha ez a művelet megismétlődik egy csend után, amely több mint 400 ms és kevesebb, mint 6 másodperc, a rögzített hang horkolásnak minősül, és az alvót rezgés jelzi.

Késleltetheti a figyelmeztetést több mint 2 horkoló szegmensre, hogy növelje a pipedelay0 konfiguráció pontosságát a tervezésben, de ez megnövelheti a válaszidőt. A 6 másodperces keretet is növelni kell.

3. lépés: GreenPAK tervezés

Első szakasz: A horkolás felderítése

A hangérzékelő kimenete az analóg bemenetként konfigurált Pin6 -hoz lesz csatlakoztatva. A jel a tűről az ACMP0 bemenetére kerül. Az ACMP0 másik bemenete 300mV referenciaként van konfigurálva.

Az ACMP0 kimenete megfordul, majd csatlakozik a CNT/DLY0 -hoz, amely növekvő él késleltetésként van beállítva 400 ms -os késleltetéssel. A CNT0 kimenete magas lesz, ha a csend észlelése több mint 400 ms -ig tart. Kimenete egy emelkedőélű érzékelőhöz van csatlakoztatva, amely a csend észlelése után rövid reset impulzust generál.

A CNT5 és a CNT6 felelős azért, hogy 30 ms -onként 5 ms -ig tartó időkaput nyisson, hogy hangmintákat vegyen; ezen 5 ms alatt, ha hangjelzést észlel, a DFF0 kimenete impulzust ad a CNT9 számlálónak. A CNT9 alaphelyzetbe áll, ha a csend észlelése több mint 400 ms -ig tart, ekkor újraindítja a hangminták számlálását.

A CNT9 kimenete a DFF2 -hez van csatlakoztatva, amely pontként szolgál a horkoló szegmens észlelésére. Amikor horkoló szegmenst észlel, a DFF2 kimenete HI -t forgat, hogy aktiválja a CNT2/Dly2 -t, amely úgy van konfigurálva, hogy "leeső él késleltetésként" működjön 6 másodperces késleltetéssel.

A DFF2 visszaáll a 400 ms -nál hosszabb ideig tartó csendérzékelés után. Ezután újra elkezd észlelni egy horkoló szegmenst.

A DFF2 kimenete áthalad a Pipedelay -n, amely a LUT1 -en keresztül csatlakozik a 9 -es érintkezőhöz. A Pin9 csatlakozik a vibrációs motorhoz.

A Pipedelay kimenete alacsonyról magasra vált, ha két egymást követő horkoló szegmenst észlel a CNT2 időkapun belül (6 mp).

A LUT3 a Pipedelay alaphelyzetbe állítására szolgál, így a kimenet alacsony lesz, ha az alvó személy felemeli a fejét a párnáról. Ebben az esetben a CNT2 időkapuja befejeződik, mielőtt két egymást követő horkoló szegmenst észlel.

A Pin3 bemenetként van konfigurálva, és egy "Rezgési mód gombhoz" van csatlakoztatva. A pin3 -ból érkező jel áthalad a DFF4 -en és a DFF5 konfigurálja a rezgésmintát a két minta egyikére: mode1 és mode2. 1. üzemmód esetén: horkolás észlelésekor folyamatos jelzés érkezik a vibrációs motorhoz, ami azt jelenti, hogy a motor folyamatosan működik.

A 2. mód esetén: horkolás észlelésekor a vibrációs motor pulzál a CNT6 kimenet időzítésével.

Tehát ha a DFF5 kimenete magas, az 1. mód aktiválódik. Ha alacsony (2. mód), akkor a DFF4 kimenete magas, és a CNT6 kimenete megjelenik a 9. érintkezőn keresztül a LUT1 -en.

A hangérzékelővel szembeni érzékenységet a modulban beállított potenciométer szabályozza. Az érzékelőt először manuálisan kell inicializálni, hogy elérje a szükséges érzékenységet.

A PIN10 az ACMP0 kimenetéhez van csatlakoztatva, amely kívülről egy LED -hez van csatlakoztatva. A hangérzékelő kalibrálásakor a pin10 kimenetének meglehetősen alacsonynak kell lennie, ami azt jelenti, hogy a topin10 -hez csatlakoztatott külső LED nem villog. Ily módon garantálhatjuk, hogy a hangérzékelő által csendben generált feszültség nem haladja meg a 300 mv ACMP0 küszöbértéket.

Ha a rezgésen kívül más riasztásra is szüksége van, akkor csipogót csatlakoztathat a pin9 -hez, így a hangriasztás is aktiválódik.

Második rész: Érintésérzékelő

Az általunk készített érintésérzékelő kényszerérzékelő ellenállást (FSR) használ. Az erõérzékelõ ellenállások egy vezetõ polimerbõl állnak, amely az ellenállást kiszámítható módon megváltoztatja az erõ felszínre történõ alkalmazása után. Az érzékelőfilm elektromosan vezető és nem vezető részecskékből áll, amelyek mátrixban vannak szuszpendálva. Ha erőt fejtünk ki az érzékelő film felületére, a részecskék megérintik a vezető elektródákat, megváltoztatva a film ellenállását. Az FSR különböző méretű és formájú (kör és négyzet).

Az ellenállás meghaladta az 1 MΩ -ot nyomás nélkül, és körülbelül 100 kΩ -tól néhány száz ohmig terjedt, mivel a nyomás a könnyűtől a nehézig változott. Projektünkben az FSR -t fejérintő érzékelőként használják, és a párna belsejében található. Az emberi fej átlagos súlya 4,5 és 5 kg között van. Amikor a felhasználó a párnára hajtja a fejét, az FSR -re erő hat, és az ellenállása megváltozik. A GPAK észleli ezt a változást, és a rendszer engedélyezve van.

Az ellenállásos érzékelő csatlakoztatásának módja az, hogy az egyik végét a tápellátáshoz, a másikat egy lehúzható ellenálláshoz kösse a földhöz. Ezután a rögzített lehúzó ellenállás és a változó FSR ellenállás közötti pontot egy GPAK (Pin12) analóg bemenetéhez kell csatlakoztatni, amint az a 7. ábrán látható. A jel a csapból az ACMP1 bemenetére kerül. Az ACMP1 másik bemenete 1200mV -os referencia -beállításhoz van csatlakoztatva. Az összehasonlítási eredményt a DFF6 tárolja. Fejérintés észlelésekor a DFF2 kimenete HI -t forgat, hogy aktiválja a CNT2/Dly2 -t, amely úgy van konfigurálva, hogy "leeső él késleltetésként" működjön, 1,5 másodperces késleltetéssel. Ebben az esetben, ha az alvó oldalról oldalra mozog vagy megfordul, és az FSR megszakad kevesebb mint 1,5 másodpercig, a rendszer továbbra is aktiválódik, és nem történik visszaállítás. A CNT7 és a CNT8 lehetővé teszi az FSR és az ACMP1 engedélyezését 50 mS -enként 1 másodpercenként az energiafogyasztás csökkentése érdekében.

Következtetés

Ebben a projektben egy intelligens párnát készítettünk, amelyet horkolás észlelésére használnak, hogy vibrációval figyelmeztesse az alvó embert.

Az érintőérzékelőt FSR segítségével is elkészítettük, hogy automatikusan aktiválja a rendszert a párna használatakor. További fejlesztési lehetőség lehet, ha párhuzamos FSR -eket tervezünk nagyobb méretű párnák elhelyezésére. Digitális szűrőket is készítettünk a téves riasztások előfordulásának minimalizálása érdekében.