بالش هوشمند: 3 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

این دستورالعمل نحوه ساخت یک بالش هوشمند حساس به خروپف را توضیح می دهد!

بالش هوشمند به ارتعاش متکی است تا هنگام خواب خروپف کردن را به خواب نشان دهد. وقتی فردی سر خود را روی بالش می گذارد به طور خودکار کار می کند.

خروپف یک وضعیت ناگوار است زیرا نه تنها بر فرد خروپف بلکه در افرادی که در اطراف او خوابیده اند نیز تأثیر می گذارد. خروپف به عنوان بزرگترین دلیل پزشکی طلاق در ایالات متحده شناخته شده است. علاوه بر این ، آپنه خواب می تواند طیف وسیعی از مشکلات سلامتی را ایجاد کند که می توان با اطمینان از عدم انتخاب موقعیتی که منجر به خروپف می شود را کاهش داد.

در این دستورالعمل ، ما سیستمی خواهیم ساخت که می تواند صداها را تشخیص داده و تجزیه و تحلیل کند. هنگامی که صدای خروپف را تجزیه و تحلیل می کند ، یک موتور لرزش را روشن می کند تا خواب آور از خواب بیدار شود. هنگامی که فرد خوابیده سر خود را از روی بالش بر می دارد ، موتور ارتعاش متوقف می شود. هنگامی که یک فرد خوابیده موقعیت خواب خود را تغییر می دهد ، به احتمال زیاد در موقعیت متفاوتی قرار می گیرد که از خروپف جلوگیری می کند.

مرحله 1: وظایف بالش:

• بالش دارای سنسور لمسی است به طوری که هنگامی که فرد سر خود را روی بالش می گذارد ، سیستم به طور خودکار فعال می شود و هنگامی که سر خود را بالا می آورد ، بیکار است.
• هنگامی که سیستم صدای خروپف یا هر صدای کاکوفونیک دیگر را تشخیص می دهد ، یک ویبراتور روشن می شود تا خواب را بیدار کند.
• دارای 2 حالت ارتعاش قابل تنظیم کاربر: پیوسته یا ضربان دار. این سیستم برای افرادی که از خروپف رنج می برند مفید است. برای ایمنی ، افرادی که از خواب بسیار عمیق رنج می برند نیز می توانند از این سیستم استفاده کنند زیرا می تواند زنگ در ، زنگ تلفن یا گریه نوزادان را تشخیص دهد.

ما این پروژه را با Silego SLG46620V CMIC ، سنسور صدا ، موتور ارتعاش ، مقاومت حسگر نیرو و برخی از اجزای غیرفعال اجرا کردیم.

تعداد کل اجزای این طرح ، علی رغم عدم استفاده از میکروکنترلر ، بسیار ناچیز است. از آنجا که GreenPAK CMIC کم هزینه و دارای مصرف برق کم هستند ، جزء ایده آل برای این راه حل هستند. اندازه کوچک آنها همچنین به آنها اجازه می دهد بدون نگرانی در تولید ، به راحتی داخل بالش قرار بگیرند.

اکثر پروژه های وابسته به تشخیص صدا دارای "نرخ تحریک کاذب" هستند ، که به دلیل احتمال خطا در انواع سنسورها ضروری است. سنسورهای مرتبط با این پروژه فقط سطح صدا را تشخیص می دهند. آنها نوع صدا یا ماهیت منشأ آن را تشخیص نمی دهند. در نتیجه ، یک ماشه کاذب می تواند در اثر عملی مانند کف زدن ، ضربه زدن یا سایر صداهای غیر مرتبط با خروپف ایجاد شود که ممکن است توسط سنسور تشخیص داده شود.

در این پروژه سیستم صداهای کوتاهی را که باعث ایجاد نرخ تحریک کاذب می شوند نادیده می گیرد ، بنابراین ما یک فیلتر دیجیتالی ایجاد می کنیم که می تواند بخش صوتی مانند صدای خروپف را تشخیص دهد.

به منحنی گرافیکی شکل 1 نگاه کنید که صدای خروپف را نشان می دهد.

ما می توانیم ببینیم که شامل دو بخش تکراری و مرتبط با زمان است. بخش اول خروپف را تشخیص می دهد. این یک دنباله از پالس های کوتاه است که به مدت 0.5 تا 4 ثانیه طول می کشد ، و پس از آن یک دوره سکوت که به مدت 0.4 تا 4 ثانیه طول می کشد و ممکن است حاوی نویز زمینه باشد.

بنابراین ، برای فیلتر کردن سایر صداها ، سیستم باید یک قسمت خروپف را تشخیص دهد که بیش از 0.5 ثانیه طول می کشد و هر بخش کوتاه تر صدا را نادیده بگیرد. برای ثبات بیشتر سیستم ، باید یک شمارنده اجرا شود که بخش خروپف را شمارش می کند تا پس از تشخیص دو بخش خروپف متوالی ، زنگ هشدار را راه اندازی کند.

در این حالت ، حتی اگر صدایی بیش از 0.5 ثانیه طول بکشد ، سیستم آن را فیلتر می کند مگر اینکه در یک بازه زمانی خاص تکرار شود. به این ترتیب ، ما می توانیم صوتی را که می تواند در اثر حرکت ، سرفه یا حتی سیگنال های نویز کوتاه ایجاد شود ، فیلتر کنیم.

مرحله 2: برنامه اجرا

طراحی این پروژه شامل دو بخش است. بخش اول وظیفه تشخیص صدا را بر عهده دارد و آن را برای تشخیص صدای خروپف به منظور هشدار به خواب تحلیل می کند.

بخش دوم یک سنسور لمسی است. هنگامی که فرد سر خود را روی بالش می گذارد ، سیستم را به طور خودکار فعال می کند و هنگامی که فرد خوابیده سر خود را از روی بالش بر می دارد ، سیستم را غیرفعال می کند.

یک بالش هوشمند را می توان به راحتی با یک IC سیگنال مختلط (CMIC) با قابلیت تنظیم GreenPAK پیاده سازی کرد.

شما می توانید تمام مراحل را برای درک نحوه برنامه ریزی تراشه GreenPAK برای کنترل Smart Pillow انجام دهید. با این حال ، اگر می خواهید به راحتی بالش هوشمند را بدون درک تمام مدارهای داخلی ایجاد کنید ، نرم افزار GreenPAK رایگان را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK Smart Pillow را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کامپیوتر خود را به GreenPAK Development Kit وصل کرده و برنامه را فشار دهید تا IC سفارشی برای کنترل بالش هوشمند شما ایجاد شود. پس از ایجاد IC ، می توانید مرحله بعدی را رد کنید. مرحله بعدی منطق موجود در فایل طراحی Smart Pillow GreenPAK را برای کسانی که علاقه مند به درک نحوه عملکرد مدار هستند ، مورد بحث قرار می دهد.

چگونه کار می کند؟

هر زمان که فردی سر خود را روی بالش می گذارد ، سنسور لمسی یک سیگنال فعال سازی را از Matrix2 به Matrix1 از طریق P10 ارسال می کند تا مدار را فعال کرده و نمونه برداری را از سنسور صدا شروع کند.

این سیستم هر 30 میلی ثانیه در یک بازه زمانی 5 میلی متری از سنسور صدا نمونه می گیرد. به این ترتیب ، در مصرف انرژی صرفه جویی می شود و پالس های صوتی کوتاه فیلتر می شوند.

اگر 15 نمونه صدای متوالی را تشخیص دهیم (هیچ سکوت بیش از 400 میلی ثانیه بین هیچ یک از نمونه ها دوام نمی آورد) ، نتیجه می شود که صدا پایدار است. در این حالت ، بخش صدا به عنوان بخش خروپف در نظر گرفته می شود. هنگامی که این عمل پس از سکوت ، که بیش از 400 میلی ثانیه و کمتر از 6 ثانیه طول می کشد ، تکرار شود ، صدای ضبط شده خروپف در نظر گرفته می شود و خواب با ارتعاش هشدار می دهد.

شما می توانید هشدار را برای بیش از 2 بخش خروپف به تاخیر بیاندازید تا دقت پیکربندی pipedelay0 را در طراحی افزایش دهید ، اما این ممکن است زمان پاسخ را افزایش دهد. قاب 6 ثانیه نیز باید افزایش یابد.

مرحله 3: طراحی GreenPAK

بخش اول: تشخیص خروپف

خروجی سنسور صدا به Pin6 متصل می شود که به عنوان ورودی آنالوگ پیکربندی شده است. سیگنال از پین به ورودی ACMP0 منتقل می شود. ورودی دیگر ACMP0 به عنوان مرجع 300mv پیکربندی شده است.

خروجی ACMP0 وارونه است و سپس به CNT/DLY0 متصل می شود ، که با تاخیر برابر 400ms به عنوان تاخیر در لبه بالا رونده تنظیم می شود. هنگامی که تشخیص سکوت بیش از 400 میلی ثانیه طول بکشد ، خروجی CNT0 بالا خواهد بود. خروجی آن به یک آشکارساز لبه بالا متصل است ، که پس از تشخیص سکوت یک پالس تنظیم مجدد کوتاه ایجاد می کند.

CNT5 و CNT6 مسئول بازکردن یک دروازه زمانی هستند که 5 میلی ثانیه در هر 30 میلی ثانیه طول می کشد تا نمونه های صدا گرفته شود. در طول این 5ms در صورت تشخیص سیگنال صوتی ، خروجی DFF0 به شمارنده CNT9 یک پالس می دهد. اگر تشخیص سکوت بیش از 400 میلی ثانیه طول بکشد ، CNT9 بازنشانی می شود ، در این مرحله شمارش نمونه های صوتی را دوباره آغاز می کند.

خروجی CNT9 به DFF2 متصل است که به عنوان نقطه ای برای تشخیص بخش خروپف استفاده می شود. هنگامی که بخش خروپف تشخیص داده می شود ، خروجی DFF2 HI را فعال می کند تا CNT2/Dly2 فعال شود ، که به عنوان "تاخیر لبه در حال سقوط" با تاخیر معادل 6 ثانیه پیکربندی شده است.

DFF2 پس از تشخیص سکوت که بیش از 400 میلی ثانیه طول می کشد ، بازنشانی می شود. سپس دوباره برای بخش خروپف تشخیص داده می شود.

خروجی DFF2 از طریق Pipedelay عبور می کند که از طریق LUT1 به pin9 متصل است. Pin9 به موتور ارتعاش متصل می شود.

خروجی Pipedelay زمانی از حالت Low به High تغییر می کند که دو بخش خروپف متوالی را در دروازه زمان برای CNT2 (6 ثانیه) تشخیص دهد.

LUT3 برای تنظیم مجدد Pipedelay استفاده می شود ، بنابراین اگر فرد خوابیده سر خود را از روی بالش بلند کند خروجی آن کم خواهد بود. در این حالت ، دروازه زمانی CNT2 قبل از تشخیص دو بخش خروپف متوالی به پایان می رسد.

Pin3 به عنوان ورودی پیکربندی شده است و به "دکمه حالت ارتعاش" متصل شده است. سیگنال از pin3 از DFF4 عبور می کند و DFF5 الگوی ارتعاش را به یکی از دو الگو پیکربندی می کند: mode1 و mode2. در مورد حالت 1: هنگام تشخیص خروپف ، یک سیگنال پیوسته به موتور ارتعاش ارسال می شود ، به این معنی که موتور به طور مداوم کار می کند.

در مورد حالت 2: هنگامی که خروپف تشخیص داده می شود ، موتور ارتعاش با زمان خروجی CNT6 پالس می کند.

بنابراین وقتی خروجی DFF5 زیاد است ، حالت 1 فعال می شود. وقتی کم است (حالت 2) ، خروجی DFF4 زیاد است و خروجی CNT6 در pin9 تا LUT1 ظاهر می شود.

حساسیت به سنسور صدا توسط پتانسیومتری که در ماژول تنظیم شده است کنترل می شود. سنسور باید برای اولین بار به صورت دستی راه اندازی شود تا حساسیت مورد نیاز را بدست آورد.

PIN10 به خروجی ACMP0 متصل است که از خارج به LED متصل است. هنگامی که سنسور صدا کالیبره می شود ، خروجی pin10 باید بسیار کم باشد ، به این معنی که در LED خارجی که به بالا متصل شده است ، سوسو زدن وجود ندارد. به این ترتیب ، ما می توانیم تضمین کنیم که ولتاژ تولید شده توسط سنسور صدا در سکوت از آستانه 300mv ACMP0 فراتر نمی رود.

اگر علاوه بر لرزش به زنگ هشدار دیگری نیاز دارید ، می توانید زنگ را به pin9 وصل کنید تا زنگ صدا نیز فعال شود.

بخش دوم: سنسور لمسی

سنسور لمسی که ساخته ایم از مقاومت سنجش نیروی (FSR) استفاده می کند. مقاومتهای حسگر نیرو از یک پلیمر رسانا تشکیل شده است که به دنبال اعمال نیرو به سطح آن ، مقاومت را به طور قابل پیش بینی تغییر می دهد. فیلم سنجش شامل ذرات رسانای الکتریکی و غیر رسانا است که در یک ماتریس معلق هستند. اعمال نیرویی به سطح فیلم سنجش باعث می شود ذرات با الکترودهای رسانا تماس پیدا کرده و مقاومت فیلم را تغییر دهند. FSR با اندازه ها و شکل های مختلف (دایره و مربع) ارائه می شود.

مقاومت بدون فشار اعمال شده از 1 MΩ فراتر رفت و از 100 کیلو اهم تا چند صد اهم متغیر بود زیرا فشار از سبک تا سنگین متغیر بود. در پروژه ما ، FSR به عنوان حسگر لمس سر استفاده می شود و در داخل بالش قرار دارد. میانگین وزن سر انسان بین 4.5 تا 5 کیلوگرم است. هنگامی که کاربر سر خود را روی بالش می گذارد ، نیرویی به FSR وارد می شود و مقاومت آن تغییر می کند. GPAK این تغییر را تشخیص داده و سیستم فعال می شود.

راه اتصال سنسور مقاومتی این است که یک سر آن را به Power و سر دیگر را به یک مقاومت کششی به زمین وصل کنید. سپس نقطه بین مقاومت کششی ثابت و مقاومت FSR متغیر به شکل 7 به ورودی آنالوگ GPAK (Pin12) متصل می شود. سیگنال از پین به ورودی ACMP1 منتقل می شود. ورودی دیگر ACMP1 به یک تنظیم مرجع 1200mv متصل است. نتیجه مقایسه در DFF6 ذخیره می شود. هنگامی که یک لمس سر تشخیص داده می شود ، خروجی DFF2 HI را فعال می کند تا CNT2/Dly2 فعال شود ، که پیکربندی شده است به عنوان "تاخیر لبه در حال سقوط" با تاخیر معادل 1.5 ثانیه کار می کند. در این حالت ، اگر دستگاه خواب از طرفی به طرف دیگر حرکت کند یا بچرخد و FSR کمتر از 1.5 ثانیه قطع شود ، سیستم همچنان فعال است و هیچ تنظیم مجدد رخ نمی دهد. CNT7 و CNT8 برای فعال کردن FSR و ACMP1 برای 50 میلی ثانیه در هر 1 ثانیه به منظور کاهش مصرف برق استفاده می شود.

نتیجه

در این پروژه ما یک بالش هوشمند ساخته ایم که برای تشخیص خروپف استفاده می شود تا فرد را در معرض ارتعاش هشدار دهد.

ما همچنین با استفاده از FSR سنسور لمسی را برای فعال سازی خودکار سیستم هنگام استفاده از بالش ایجاد کردیم. یک گزینه پیشرفته تر می تواند طراحی موازی FSR برای قرار دادن بالش های بزرگتر باشد. ما همچنین فیلترهای دیجیتالی ایجاد کردیم تا وقوع زنگ هشدارهای کاذب به حداقل برسد.