Viedais spilvens: 3 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:58

Šajā pamācībā ir aprakstīts, kā izveidot gudru spilvenu, kas ir jutīgs pret krākšanu!

Gudrais spilvens balstās uz vibrāciju, lai gulētājam norādītu, kad viņš miega laikā krāk. Tas darbojas automātiski, kad cilvēks uzliek galvu uz spilvena.

Krākšana ir neveiksmīgs stāvoklis, jo tas skar ne tikai krācēju, bet arī cilvēkus, kas guļ ap viņu. Krākšana ASV ir atzīta par lielāko medicīnisko iemeslu laulības šķiršanai. Turklāt miega apnoja var izraisīt plašu veselības problēmu klāstu, ko var mazināt, nodrošinot, ka gulētājs neizvēlas stāvokli, kas izraisa krākšanu.

Šajā instrukcijā mēs izveidosim sistēmu, kas var noteikt un analizēt skaņas. Analizējot krākšanas skaņu, tā ieslēgs vibrācijas motoru, lai gulētājs pamostos. Kad guļošais pacels galvu no spilvena, vibrācijas motors apstāsies. Kad gulētājs maina gulēšanas stāvokli, viņi, visticamāk, nonāks citā stāvoklī, kas novērsīs krākšanu.

1. darbība: spilvenu uzdevumi:

• Spilvenam ir pieskāriena sensors, lai sistēma tiktu automātiski iespējota, kad persona noliek galvu uz spilvena, un dīkstāvē, kad paceltu galvu uz augšu.
• Kad sistēma konstatē krākšanas skaņu vai jebkuru citu kakofonisku skaņu, tiek ieslēgts vibrators, lai pamodinātu gulētāju.
• Piedāvā 2 lietotāja iestatītus vibrācijas režīmus: nepārtrauktu vai impulsu. Sistēma ir noderīga cilvēkiem, kuri cieš no krākšanas. Drošības nolūkos sistēmu var izmantot arī cilvēki, kuri cieš no ļoti dziļa miega, jo tā var noteikt durvju zvanus, zvana tālruņus vai raudošus mazuļus.

Mēs īstenojām šo projektu ar Silego SLG46620V CMIC, skaņas sensoru, vibrācijas motoru, spēka jutīgu rezistoru un dažiem pasīviem komponentiem.

Kopējais šī dizaina komponentu skaits ir diezgan minimāls, neskatoties uz to, ka netiek izmantots mikrokontrolleris. Tā kā GreenPAK CMIC ir lēti un patērē maz enerģijas, tie ir ideāla sastāvdaļa šim risinājumam. To mazais izmērs arī ļautu tos viegli integrēt spilvenā, neraizējoties par ražošanu.

Lielākajai daļai projektu, kas ir atkarīgi no skaņas noteikšanas, ir "viltus sprūda ātrums", kas ir nepieciešams, jo ir iespējama kļūda dažādu sensoru vidū. Ar šo projektu saistītie sensori tikai nosaka skaņas līmeni; tie neatklāj skaņas veidu vai tās izcelsmes raksturu. Līdz ar to viltus sprūda cēlonis var būt darbība, piemēram, klapēšana, klauvēšana vai cits ar krākšanu nesaistīts troksnis, ko var noteikt sensors.

Šajā projektā sistēma ignorēs īsās skaņas, kas izraisa nepatiesu sprūda ātrumu, tāpēc mēs izveidosim digitālo filtru, kas var noteikt skaņas segmentu, piemēram, krākšanas skaņu.

Apskatiet grafisko līkni 1. attēlā, kas attēlo krākšanas skaņu.

Mēs redzam, ka tas sastāv no divām sadaļām, kuras tiek atkārtotas un saistītas ar laiku. Pirmā sadaļa atklāj krākšanu; tā ir īsu impulsu secība, kas ilgst 0,5–4 sekundes, kam seko klusuma periods, kas ilgst 0,4–4 sekundes un var saturēt fona troksni.

Tāpēc, lai filtrētu citus trokšņus, sistēmai ir jānosaka krākšanas segments, kas ilgst vairāk nekā 0,5 sekundes, un jāignorē jebkurš īsāks skaņas segments. Lai padarītu sistēmu stabilāku, jāievieš skaitītājs, kas saskaita krākšanas segmentus, lai iedarbinātu trauksmi pēc divu secīgu krākšanas segmentu noteikšanas.

Šajā gadījumā, pat ja skaņa ilgst vairāk nekā 0,5 sekundes, sistēma to filtrēs, ja vien tā netiks atkārtota noteiktā laika posmā. Tādā veidā mēs varam filtrēt skaņu, ko var izraisīt kustība, klepus vai pat īsi trokšņa signāli.

2. solis: ieviešanas plāns

Šī projekta dizains sastāv no divām sadaļām; pirmā sadaļa ir atbildīga par skaņas noteikšanu un analizē to, lai noteiktu krākšanas skaņu, lai brīdinātu gulētāju.

Otrā sadaļa ir pieskāriena sensors; tā ir atbildīga par sistēmas automātisku iespējošanu, kad cilvēks uzliek galvu uz spilvena, un par sistēmas atspējošanu, kad guļošais pacel galvu no spilvena.

Viedo spilvenu var ļoti viegli ieviest, izmantojot vienu GreenPAK konfigurējamu jaukta signāla IC (CMIC).

Jūs varat veikt visas darbības, lai saprastu, kā GreenPAK mikroshēma ir ieprogrammēta, lai kontrolētu viedo spilvenu. Tomēr, ja vēlaties vienkārši izveidot viedo spilvenu, nesaprotot visu iekšējo shēmu, lejupielādējiet bezmaksas GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto viedā spilvena GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet datoru GreenPAK attīstības komplektam un nospiediet programmu, lai izveidotu pielāgotu IC viedā spilvena vadīšanai. Kad IC ir izveidots, varat izlaist nākamo soli. Nākamajā solī tiks apspriesta loģika, kas atrodas Smart Pillow GreenPAK dizaina failā tiem, kuri ir ieinteresēti izprast ķēdes darbību.

Kā tas strādā?

Ikreiz, kad cilvēks uzliek galvu uz spilvena, skārienjutīgais sensors nosūta aktivizācijas signālu no Matrix2 uz Matrix1 caur P10, lai aktivizētu ķēdi un sāktu paraugu ņemšanu no skaņas sensora.

Sistēma ņem paraugu no skaņas sensora ik pēc 30 ms 5 ms laika posmā. Tādā veidā tiks ietaupīts enerģijas patēriņš un tiks filtrēti īsi skaņas impulsi.

Ja mēs atklājam 15 secīgus skaņas paraugus (neviens klusums ilgst vairāk nekā 400 ms starp nevienu paraugu), tiek secināts, ka skaņa ir noturīga. Šajā gadījumā skaņas segments tiks uzskatīts par krākšanas segmentu. Kad šī darbība atkārtojas pēc klusuma, kas ilgst vairāk nekā 400 ms un mazāk nekā 6 sekundes, uztvertā skaņa tiks uzskatīta par krākšanu un gulētājs tiks brīdināts par vibrāciju.

Jūs varat atlikt brīdinājumu vairāk nekā 2 krākšanas segmentiem, lai palielinātu pipedelay0 konfigurācijas precizitāti dizainā, taču tas var palielināt atbildes laiku. Būtu jāpalielina arī 6 sek. Kadrs.

3. solis: GreenPAK dizains

Pirmā sadaļa: Krākšanas atklāšana

Skaņas sensora izeja tiks savienota ar Pin6, kas ir konfigurēta kā analogā ieeja. Signāls tiks nogādāts no tapas uz ACMP0 ieeju. Cita ACMP0 ievade ir konfigurēta kā 300mV atsauce.

ACMP0 izeja tiek apgriezta un pēc tam savienota ar CNT/DLY0, kas ir iestatīta kā augšupejoša aizkave ar aizkavēšanos, kas vienāda ar 400 ms. CNT0 izeja būs augsta, ja klusuma noteikšana ilgst vairāk nekā 400 ms. Tās izeja ir savienota ar augšupejošu malu detektoru, kas pēc klusuma noteikšanas ģenerēs īsu atiestatīšanas impulsu.

CNT5 un CNT6 ir atbildīgi par laika vārtu atvēršanu, kas ilgst 5 ms ik pēc 30 ms, lai ņemtu skaņas paraugus; šo 5 ms laikā, ja tiek atklāts skaņas signāls, DFF0 izeja dod impulsu skaitītājam CNT9. CNT9 tiks atiestatīts, ja klusuma noteikšana ilgst vairāk nekā 400 ms, un tas atsāks skaņas paraugu skaitīšanu.

CNT9 izeja ir savienota ar DFF2, ko izmanto kā punktu krākšanas segmenta noteikšanai. Kad tiek atklāts krākšanas segments, DFF2 izvade pagriežas HI, lai aktivizētu CNT2/Dly2, kas ir konfigurēts darbam kā "krītošās malas aizture" ar aizkavi, kas vienāds ar 6 sekundēm.

DFF2 tiks atiestatīts pēc klusuma noteikšanas, kas ilgst vairāk nekā 400 ms. Pēc tam tas atkal sāks atklāt krākšanas segmentu.

DFF2 izeja iet caur Pipedelay, kas ir savienots ar pin9 caur LUT1. Pin9 tiks savienots ar vibrācijas motoru.

Pipedelay izeja pāriet no zema uz augstu, kad CNT2 laika vārtos tiek konstatēti divi secīgi krākšanas segmenti (6 sekundes).

LUT3 tiek izmantots, lai atiestatītu Pipedelay, tāpēc tā jauda būs zema, ja guļošais pacels galvu no spilvena. Šajā gadījumā CNT2 laika vārti ir pabeigti pirms divu secīgu krākšanas segmentu noteikšanas.

Pin3 ir konfigurēts kā ieeja un ir savienots ar "Vibrācijas režīma pogu". Signāls, kas nāk no pin3, iet caur DFF4 un DFF5 konfigurē vibrācijas modeli vienā no diviem modeļiem: mode1 un mode2. 1. režīma gadījumā: atklājot krākšanu, vibrācijas motoram tiek nosūtīts nepārtraukts signāls, kas nozīmē, ka motors darbojas nepārtraukti.

Mode2 gadījumā: kad tiek konstatēts krākšana, vibrācijas motors tiek pulsēts ar CNT6 izvades laiku.

Tātad, kad DFF5 izvade ir augsta, 1. režīms tiks aktivizēts. Kad tas ir zems (2. režīms), DFF4 izvade ir augsta, un CNT6 izeja parādīsies uz pin9 līdz LUT1.

Jutību pret skaņas sensoru kontrolē ar potenciometru, kas ir iestatīts modulī. Pirmo reizi sensors jāinicializē manuāli, lai iegūtu nepieciešamo jutību.

PIN10 ir pievienots ACMP0 izejai, kas ir ārēji savienota ar gaismas diodi. Kad skaņas sensors ir kalibrēts, pin10 izejai jābūt diezgan zemai, kas nozīmē, ka uz ārējās gaismas diodes, kas ir pievienota topin10, nav mirgošanas. Tādā veidā mēs varam garantēt, ka skaņas sensora ģenerētais spriegums klusumā nepārsniedz 300 mv ACMP0 slieksni.

Ja papildus vibrācijai ir nepieciešams vēl viens trauksmes signāls, varat pieslēgt skaņas signālu pin9, lai tiktu aktivizēts arī skaņas signāls.

Otrā sadaļa: pieskāriena sensors

Mūsu uzbūvētais skārienjutīgais sensors izmanto spēka sensoru (FSR). Spēku uztverošie rezistori sastāv no vadoša polimēra, kas paredzami maina pretestību pēc spēka iedarbības uz tās virsmu. Sensoru plēve sastāv gan no elektriski vadošām, gan nevadošām daļiņām, kas suspendētas matricā. Spēka pielietošana uz jutīgās plēves virsmas liek daļiņām pieskarties vadošajiem elektrodiem, mainot plēves pretestību. FSR ir dažādi izmēri un formas (aplis un kvadrāts).

Pretestība pārsniedza 1 MΩ bez spiediena un svārstījās no aptuveni 100 kΩ līdz dažiem simtiem omu, jo spiediens mainījās no viegla līdz smagam. Mūsu projektā FSR tiks izmantots kā galvas pieskāriena sensors, un tas atrodas spilvena iekšpusē. Cilvēka vidējais galvas svars ir no 4,5 līdz 5 kg. Kad lietotājs uzliek galvu uz spilvena, FSR tiek pielikts spēks un tā pretestība mainās. GPAK nosaka šīs izmaiņas un sistēma ir iespējota.

Veids, kā savienot pretestības sensoru, ir savienot vienu galu ar strāvu, bet otru-ar nolaižamu rezistoru zemē. Tad punkts starp fiksēto nolaižamo rezistoru un mainīgo FSR rezistoru tiek savienots ar GPAK (Pin12) analogo ieeju, kā parādīts 7. attēlā. Signāls no tapas tiks pārnests uz ACMP1 ieeju. Cita ACMP1 ieeja ir pievienota 1200mV atsauces iestatījumam. Salīdzinājuma rezultāts tiek saglabāts DFF6. Kad tiek konstatēts galvas pieskāriens, DFF2 izvade pagriežas HI, lai aktivizētu CNT2/Dly2, kas ir konfigurēts darboties kā "krītošās malas aizkave" ar aizkavi, kas vienāda ar 1,5 sek. Šajā gadījumā, ja gulētājs pārvietojas vai pagriežas no vienas puses uz otru un FSR tiek pārtraukts mazāk nekā 1,5 sekundes, sistēma joprojām tiek aktivizēta un atiestatīšana nenotiek. CNT7 un CNT8 tiek izmantoti, lai iespējotu FSR un ACMP1 50 mS ik pēc 1 sekundes, lai samazinātu enerģijas patēriņu.

Secinājums

Šajā projektā mēs izgatavojām gudru spilvenu, ko izmanto krākšanas noteikšanai, lai brīdinātu guļošo cilvēku par vibrāciju.

Mēs arī izveidojām pieskāriena sensoru, izmantojot FSR, lai automātiski aktivizētu sistēmu, lietojot spilvenu. Vēl viena uzlabošanas iespēja varētu būt paralēlu FSR projektēšana, lai ietilptu lielāka izmēra spilveni. Mēs arī izveidojām digitālos filtrus, lai samazinātu viltus trauksmju rašanos.