Smart Pude: 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:30

Denne instruktionsbog beskriver, hvordan man laver en smart pude, der er følsom over for snorken!

Den smarte pude er afhængig af vibrationer for at indikere for den sovende, når han snorker, mens han sover. Det fungerer automatisk, når en person lægger hovedet på puden.

Snorken er en uheldig tilstand, fordi den ikke kun påvirker snorken, men også mennesker, der sover omkring ham. Snorken er blevet kåret som den største medicinske årsag bag skilsmisse i USA. Derudover kan søvnapnø forårsage en lang række sundhedsmæssige problemer, der kan afhjælpes ved at sikre, at en sovende ikke vælger en position, der fører til snorken.

I denne instruktive opbygger vi et system, der kan registrere og analysere lyde. Når den analyserer en snorken lyd, vil den tænde en vibrationsmotor, så den sovende vågner. Når den sovende person løfter hovedet af puden, stopper vibrationsmotoren. Når en sovende ændrer deres soveposition, er det mere tilbøjeligt til at slå sig ned i en anden position, der forhindrer snorken.

Trin 1: Pudeopgaver:

• Puden har en berøringssensor, så systemet aktiveres automatisk, når personen lægger sit hoved på puden, og er inaktiv, når han løfter hovedet op.
• Når systemet registrerer en snorken lyd eller anden kakofonisk lyd, tændes en vibrator for at vække den sovende.
• Indeholder 2 brugerindstillelige vibrationstilstande: kontinuerlig eller pulserende. Systemet er nyttigt for mennesker, der lider af snorken. Af sikkerhedsmæssige årsager kan mennesker, der lider af meget dyb søvn, også bruge systemet, fordi det kan registrere dørklokker, ringende telefoner eller grædende babyer.

Vi implementerede dette projekt med en Silego SLG46620V CMIC, en lydsensor, en vibrationsmotor, kraftfølende modstand og nogle passive komponenter.

Det samlede antal komponenter til dette design er ganske minimalt, på trods af at der ikke bruges en mikrokontroller. Da GreenPAK CMIC er billige og har et lavt strømforbrug, er de en ideel komponent til denne løsning. Deres lille størrelse ville også give dem mulighed for let at blive integreret inde i puden uden bekymringer ved fremstillingen.

De fleste projekter, der er afhængige af lyddetektering, har en "falsk trigger rate", hvilket er nødvendigt på grund af muligheden for fejl blandt en række forskellige sensorer. Sensorerne forbundet med dette projekt registrerer blot et lydniveau; de registrerer ikke lydtypen eller arten af dens oprindelse. Følgelig kan en falsk udløser være forårsaget af en handling som f.eks. Klappe, banke eller anden støj, der ikke er relateret til snorken, der kan detekteres af sensoren.

I dette projekt ignorerer systemet de korte lyde, der forårsager falsk triggerrate, så vi bygger et digitalt filter, der kan registrere et lydsegment som lyden af snorken.

Se på den grafiske kurve i figur 1, der repræsenterer lyden af snorken.

Vi kan se, at den består af to sektioner, der gentages og tid korrelerer. Det første afsnit registrerer snorken; det er en sekvens af korte impulser, der varer i 0,5 til 4 sekunder, efterfulgt af en stilhedsperiode, der varer i 0,4 til 4 sekunder og kan indeholde baggrundsstøj.

Derfor skal systemet for at filtrere andre lyde registrere et snorksegment, der varer i mere end 0,5 sek., Og ignorere ethvert kortere lydsegment. For at gøre systemet mere stabilt, bør der implementeres en tæller, der tæller snorksegmenterne til at starte alarmen efter detektering af to sekventielle snorksegmenter.

I dette tilfælde, selvom en lyd varer i mere end 0,5 sek, filtrerer systemet den, medmindre den gentages inden for en bestemt tidsramme. På denne måde kan vi filtrere den lyd, der kan skyldes bevægelse, hoste eller endda korte støjsignaler.

Trin 2: Implementeringsplan

Projektets design består af to sektioner; den første sektion er ansvarlig for at opdage lyd og analyserer den for at opdage lyden af snorken for at advare den sovende.

Det andet afsnit er en berøringssensor; det er ansvarligt for automatisk at aktivere systemet, når en person lægger hovedet på puden, og at deaktivere systemet, når den sovende person løfter hovedet af puden.

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

Du kan gennemgå alle trin for at forstå, hvordan GreenPAK -chippen er programmeret til at styre Smart Pillow. Men hvis du bare let vil oprette Smart Pillow uden at forstå alle de indre kredsløb, skal du downloade gratis GreenPAK -software for at se den allerede gennemførte Smart Pillow GreenPAK Design File. Tilslut din computer til GreenPAK Development Kit, og tryk på programmet for at oprette den brugerdefinerede IC til at styre din Smart Pillow. Når IC'en er oprettet, kan du springe det næste trin over. Det næste trin vil diskutere logikken i Smart Pillow GreenPAK -designfilen for dem, der er interesseret i at forstå, hvordan kredsløbet fungerer.

Hvordan det virker?

Når en person lægger hovedet på puden, sender berøringssensoren et aktiveringssignal fra Matrix2 til Matrix1 til og med P10 for at aktivere kredsløbet og begynde at tage prøver fra lydsensoren.

Systemet tager en prøve fra lydsensoren hver 30. ms inden for en 5 ms tidsramme. På denne måde spares energiforbruget, og korte lydimpulser filtreres.

Hvis vi registrerer 15 sekventielle lydprøver (ingen tavshed varer mere end 400 ms mellem nogen af prøverne), konkluderes det, at lyden er vedvarende. I dette tilfælde vil lydsegmentet blive betragtet som et snorksegment. Når denne handling gentages efter en stilhed, der varer mere end 400 ms og mindre end 6 sekunder, vil den fangede lyd blive betragtet som snorken, og den sovende vil blive advaret af vibrationer.

Du kan forsinke advarslen for mere end 2 snorksegmenter for at øge nøjagtigheden fra pipedelay0 -konfigurationen i designet, men dette kan øge responstiden. 6 sek. Ramme skulle også øges.

Trin 3: GreenPAK Design

Første afsnit: Påvisning af snorken

Udgangen fra lydsensoren tilsluttes Pin6, som er konfigureret som en analog indgang. Signalet bringes fra stiften til indgangen til ACMP0. Den anden input af ACMP0 er konfigureret som en 300mv reference.

Outputtet fra ACMP0 er inverteret og derefter forbundet til CNT/DLY0, der er indstillet som en stigende kantforsinkelse med en forsinkelse på 400 ms. Output fra CNT0 vil være høj, når detekteringen af stilhed varer mere end 400 ms. Dens output er forbundet til en stigende kantdetektor, som vil generere en kort nulstillingspuls efter at have registreret stilhed.

CNT5 og CNT6 er ansvarlige for at åbne en tidsport, der varer i 5 ms hver 30. ms for at tage lydprøver; i løbet af disse 5 ms, hvis der er en detektion af et lydsignal, giver output fra DFF0 en puls til tælleren CNT9. CNT9 nulstilles, hvis en tavshedsregistrering varer mere end 400 ms, hvorefter det genstarter optællingen af lydprøver.

Outputtet fra CNT9 er forbundet til DFF2, som bruges som et punkt til at detektere et snorksegment. Når et snorksegment detekteres, drejer output fra DFF2 HI for at aktivere CNT2/Dly2, som er konfigureret til at fungere som "faldende kantforsinkelse" med en forsinkelse på 6 sek.

DFF2 nulstilles efter en stilhedsregistrering, der varer i mere end 400 ms. Det vil derefter begynde at registrere igen for et snorksegment.

Outputtet af DFF2 passerer gennem Pipedelay, som er forbundet til pin9 gennem LUT1. Pin9 forbindes til vibrationsmotoren.

Outputtet fra Pipedelay overgår fra lav til høj, når den registrerer to sekventielle snorksegmenter inden for tidsporten i CNT2 (6 sek).

LUT3 bruges til at nulstille Pipedelay, så dens output vil være lav, hvis den sovende person løfter hovedet af puden. I dette tilfælde er tidsporten til CNT2 færdig, før der påvises to sekventielle snorksegmenter.

Pin3 er konfigureret som input og er forbundet til en "Vibration mode -knap". Signalet fra pin3 passerer gennem DFF4 og DFF5 konfigurerer vibrationsmønsteret til et af to mønstre: mode1 og mode2. I tilfælde af mode1: når der opdages snorken, sendes et kontinuerligt signal til vibrationsmotoren, hvilket betyder, at motoren kører kontinuerligt.

I tilfælde af mode2: når snorken detekteres, pulseres vibrationsmotoren med timingen af CNT6 -output.

Så når output fra DFF5 er højt, vil mode1 blive aktiveret. Når den er lav (tilstand 2), er output fra DFF4 høj, og output fra CNT6 vises på pin9 til og med LUT1.

Følsomhed over for lydsensoren styres af et potentiometer, der er indstillet i modulet. Sensoren skal initialiseres manuelt for første gang for at få den nødvendige følsomhed.

PIN10 er forbundet til output fra ACMP0, som er eksternt forbundet til en LED. Når lydsensoren er kalibreret, skal output fra pin10 være ret lav, hvilket betyder, at der ikke er flimmer på den eksterne LED, der er tilsluttet topin10. På denne måde kan vi garantere, at spændingen, der genereres af lydsensoren i stilhed, ikke overstiger 300mv ACMP0 -tærsklen.

Hvis du har brug for en anden alarm ud over vibrationer, kan du tilslutte en summer til pin9, så en lydalarm også aktiveres.

Andet afsnit: Berøringssensor

Den berøringssensor, vi byggede, bruger Force-sensing resistor (FSR). Kraftfølende modstande består af en ledende polymer, der ændrer modstand på en forudsigelig måde efter påføring af kraft på dens overflade. Følefilmen består af både elektrisk ledende og ikke-ledende partikler suspenderet i en matrix. Påføring af en kraft på overfladen af følefilmen får partikler til at røre ved de ledende elektroder, hvilket ændrer filmens modstand. FSR leveres med forskellige størrelser og former (cirkel og firkant).

Modstanden oversteg 1 MΩ uden påført tryk og varierede fra omkring 100 kΩ til et par hundrede ohm, da et tryk varierede fra let til tungt. I vores projekt vil FSR blive brugt som hovedberøringssensor, og den er placeret inde i puden. Den gennemsnitlige menneskelige hovedvægt er mellem 4,5 og 5 kg. Når brugeren lægger hovedet på puden, påføres en kraft på FSR og dens modstand ændres. GPAK registrerer denne ændring, og systemet er aktiveret.

Måden at tilslutte en resistiv sensor på er at slutte den ene ende til Power og den anden til en pull-down modstand til jorden. Derefter forbindes punktet mellem den faste nedtrapningsmodstand og den variable FSR -modstand til den analoge indgang på en GPAK (Pin12) som vist i figur 7. Signalet bringes fra stiften til indgangen til ACMP1. Den anden indgang på ACMP1 er forbundet til en 1200mv referenceindstilling. Sammenligningsresultatet gemmes i DFF6. Når der registreres et hovedberøring, drejer output fra DFF2 HI for at aktivere CNT2/Dly2, som er konfigureret til at fungere som "faldende kantforsinkelse" med en forsinkelse på 1,5 sek. I dette tilfælde, hvis svelleren bevæger sig eller drejer fra side til side, og FSR afbrydes mindre end 1,5 sek., Er systemet stadig aktiveret, og der foretages ingen nulstilling. CNT7 og CNT8 bruges til at aktivere FSR og ACMP1 i 50 mS hver 1 sekund for at reducere strømforbruget.

Konklusion

I dette projekt lavede vi en smart pude, der bruges til at opdage snorken for at advare den sovende person ved vibrationer.

Vi lavede også berøringssensor ved hjælp af FSR for at aktivere systemet automatisk, når du bruger puden. En yderligere forbedringsmulighed kunne være at designe i parallelle FSR’er til at rumme puder i større størrelse. Vi lavede også digitale filtre for at minimere forekomsten af falske alarmer.