الوسادة الذكية: 3 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

يصف Instructable كيفية صنع وسادة ذكية حساسة للشخير!

الوسادة الذكية تعتمد على الاهتزاز لتبيّن للنائم عندما يشخر أثناء النوم. يعمل تلقائيًا عندما يضع الشخص رأسه على الوسادة.

الشخير حالة مؤسفة لأنه لا يؤثر فقط على الشخص الشخير ولكن أيضًا على الأشخاص الذين ينامون من حوله. تم التصويت على الشخير باعتباره السبب الطبي الأكبر وراء الطلاق في الولايات المتحدة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يسبب توقف التنفس أثناء النوم مجموعة واسعة من المشاكل الصحية التي يمكن تخفيفها من خلال التأكد من أن النائم لا يختار وضعية تؤدي إلى الشخير.

في Instructable ، سنبني نظامًا يمكنه اكتشاف الأصوات وتحليلها. عندما يحلل صوت الشخير ، فإنه يقوم بتشغيل محرك اهتزاز حتى يستيقظ النائم. عندما يرفع الشخص النائم رأسه عن الوسادة ، سيتوقف محرك الاهتزاز. عندما يغير النائم وضع نومه ، فمن المرجح أن يستقر في وضع مختلف يمنع الشخير.

الخطوة الأولى: مهام الوسادة:

• تحتوي الوسادة على مستشعر باللمس بحيث يتم تمكين النظام تلقائيًا عندما يضع الشخص رأسه على الوسادة ، ويكون خاملاً عندما يرفع رأسه لأعلى.
• عندما يكتشف النظام صوت شخير أو أي صوت نشاز آخر ، يتم تشغيل هزاز لإيقاظ النائم.
• يتميز بوضعين للاهتزاز يمكن ضبطهما بواسطة المستخدم: مستمر أو نبضي. النظام مفيد للأشخاص الذين يعانون من الشخير. من أجل السلامة ، يمكن للأشخاص الذين يعانون من نوم عميق جدًا استخدام النظام لأنه يمكنه اكتشاف أجراس الباب أو رنين الهواتف أو بكاء الأطفال.

قمنا بتنفيذ هذا المشروع باستخدام Silego SLG46620V CMIC ، ومستشعر صوت ، ومحرك اهتزاز ، ومقاوم لاستشعار القوة وبعض المكونات السلبية.

العدد الإجمالي للمكونات لهذا التصميم ضئيل للغاية ، على الرغم من عدم استخدام متحكم دقيق. نظرًا لأن GreenPAK CMIC منخفضة التكلفة ولديها استهلاك منخفض للطاقة ، فهي مكون مثالي لهذا الحل. سيسمح حجمها الصغير أيضًا بدمجها بسهولة داخل الوسادة دون مخاوف التصنيع.

معظم المشاريع التي تعتمد على الكشف عن الصوت لديها "معدل تشغيل خاطئ" ، وهو أمر ضروري بسبب احتمال حدوث خطأ بين مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار. تقوم المستشعرات المرتبطة بهذا المشروع بالكشف عن مستوى الصوت ؛ لا يكتشفون نوع الصوت أو طبيعة مصدره. وبالتالي ، يمكن أن يكون سبب الزناد الخاطئ هو فعل مثل التصفيق أو الطرق أو أي ضجيج آخر غير مرتبط بالشخير قد يكتشفه المستشعر.

في هذا المشروع ، سيتجاهل النظام الأصوات القصيرة التي تسبب معدل إطلاق خاطئ ، لذلك سنقوم ببناء مرشح رقمي يمكنه اكتشاف مقطع صوتي مثل صوت الشخير.

انظر إلى المنحنى البياني في الشكل 1 والذي يمثل صوت الشخير.

نلاحظ أنها تتكون من قسمين متكررين ومرتبطين بالزمن ، القسم الأول يكشف عن الشخير ، هي عبارة عن سلسلة من النبضات القصيرة التي تستمر من 0.5 إلى 4 ثوانٍ ، تليها فترة صمت تدوم من 0.4 إلى 4 ثوانٍ وقد تحتوي على ضوضاء في الخلفية.

لذلك ، لتصفية الضوضاء الأخرى ، يجب على النظام اكتشاف مقطع الشخير ، والذي يستمر لأكثر من 0.5 ثانية ، وتجاهل أي مقطع صوتي أقصر. ولجعل النظام أكثر استقرارًا ، يجب عمل عداد يقوم بحساب مقاطع الشخير لإطلاق الإنذار بعد اكتشاف مقطعين شخير متتاليين.

في هذه الحالة ، حتى إذا استمر الصوت لأكثر من 0.5 ثانية ، فسيقوم النظام بترشيحه ما لم يتكرر خلال إطار زمني محدد. بهذه الطريقة ، يمكننا تصفية الصوت الذي يمكن أن يكون ناتجًا عن حركة أو سعال أو حتى إشارات ضوضاء قصيرة.

الخطوة الثانية: خطة التنفيذ

يتكون تصميم هذا المشروع من قسمين ؛ القسم الأول مسئول عن كشف الصوت وتحليله لكشف صوت الشخير لتنبيه النائم.

القسم الثاني هو مستشعر اللمس ؛ وهي مسؤولة عن تمكين النظام تلقائيًا عندما يضع الشخص رأسه على الوسادة ، وتعطيل النظام عندما يرفع الشخص النائم رأسه عن الوسادة.

يمكن تنفيذ الوسادة الذكية بسهولة شديدة باستخدام IC واحد مختلط الإشارات قابل للتكوين من GreenPAK (CMIC).

يمكنك متابعة جميع الخطوات لفهم كيفية برمجة شريحة GreenPAK للتحكم في الوسادة الذكية. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب فقط في إنشاء Smart Pillow بسهولة دون فهم جميع الدوائر الداخلية ، فقم بتنزيل برنامج GreenPAK المجاني لعرض ملف تصميم Smart Pillow GreenPAK المكتمل بالفعل. قم بتوصيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك بـ GreenPAK Development Kit واضغط على البرنامج لإنشاء IC مخصص للتحكم في وسادتك الذكية. بمجرد إنشاء IC ، يمكنك تخطي الخطوة التالية. ستناقش الخطوة التالية المنطق الموجود داخل ملف تصميم Smart Pillow GreenPAK لأولئك المهتمين بفهم كيفية عمل الدائرة.

كيف تعمل؟

عندما يضع شخص رأسه على الوسادة ، يرسل مستشعر اللمس إشارة تنشيط من Matrix2 إلى Matrix1 حتى P10 لتنشيط الدائرة والبدء في أخذ عينات من مستشعر الصوت.

يأخذ النظام عينة من مستشعر الصوت كل 30 مللي ثانية في إطار زمني 5 مللي ثانية. بهذه الطريقة ، سيتم توفير استهلاك الطاقة وسيتم تصفية النبضات الصوتية القصيرة.

إذا اكتشفنا 15 عينة صوت متسلسلة (لا يستمر الصمت لأكثر من 400 مللي ثانية بين أي من العينات) ، نخلص إلى أن الصوت ثابت. في هذه الحالة ، يعتبر المقطع الصوتي مقطعًا للشخير. عندما يتكرر هذا الإجراء بعد صمت ، والذي يستمر لأكثر من 400 مللي ثانية وأقل من 6 ثوانٍ ، فسيتم اعتبار الصوت الملتقط شخيرًا وسيتم تنبيه النائم بالاهتزاز.

يمكنك تأخير التحذير لأكثر من جزأين من الشخير لزيادة الدقة من تكوين pipedelay0 في التصميم ، ولكن هذا قد يزيد من وقت الاستجابة. يجب زيادة إطار 6 ثوانٍ أيضًا.

الخطوة 3: تصميم GreenPAK

المبحث الأول: كشف الشخير

سيتم توصيل خرج مستشعر الصوت بـ Pin6 الذي تم تكوينه كمدخل تناظري. سيتم إحضار الإشارة من الدبوس إلى إدخال ACMP0. تم تكوين الإدخال الآخر لـ ACMP0 كمرجع 300mv.

يتم عكس إخراج ACMP0 ثم توصيله بـ CNT / DLY0 ، والذي تم تعيينه على أنه تأخير حافة صاعد مع تأخير يساوي 400 مللي ثانية. سيكون خرج CNT0 مرتفعًا عندما يستمر اكتشاف الصمت لأكثر من 400 مللي ثانية. يتم توصيل مخرجاته بكاشف الحافة الصاعدة ، والذي سيولد نبضًا قصيرًا لإعادة الضبط بعد اكتشاف الصمت.

CNT5 و CNT6 مسؤولان عن فتح بوابة زمنية تدوم لمدة 5 مللي ثانية كل 30 مللي ثانية لأخذ عينات صوتية ؛ خلال هذه 5 مللي ثانية إذا كان هناك اكتشاف لإشارة صوتية ، فإن إخراج DFF0 يعطي نبضًا للعداد CNT9. سيتم إعادة تعيين CNT9 إذا استمر اكتشاف الصمت لأكثر من 400 مللي ثانية ، وعند هذه النقطة سيتم إعادة تشغيل عد عينات الصوت.

يتم توصيل ناتج CNT9 بـ DFF2 والذي يستخدم كنقطة لاكتشاف مقطع الشخير. عند اكتشاف مقطع شخير ، يتحول إخراج DFF2 إلى HI لتنشيط CNT2 / Dly2 ، والذي تم تكوينه للعمل على أنه "تأخير حافة السقوط" مع تأخير يساوي 6 ثوانٍ.

سيتم إعادة ضبط DFF2 بعد اكتشاف الصمت الذي يستمر لأكثر من 400 مللي ثانية. سيبدأ بعد ذلك في اكتشاف قطعة الشخير مرة أخرى.

يمر إخراج DFF2 عبر Pipedelay ، وهو متصل بـ pin9 من خلال LUT1. سيتم توصيل Pin9 بمحرك الاهتزاز.

ناتج انتقالات Pipedelay من منخفض إلى مرتفع عندما يكتشف مقطعين من الشخير المتسلسل داخل البوابة الزمنية لـ CNT2 (6 ثوانٍ).

يستخدم LUT3 لإعادة تعيين Pipedelay ، لذلك سيكون ناتجه منخفضًا إذا رفع الشخص النائم رأسه عن الوسادة. في هذه الحالة ، تنتهي البوابة الزمنية لـ CNT2 قبل اكتشاف مقطعين من الشخير المتسلسل.

يتم تكوين Pin3 كإدخال ومتصل بـ "زر وضع الاهتزاز". تمر الإشارة الواردة من pin3 عبر DFF4 و DFF5 بتكوين نمط الاهتزاز إلى أحد نمطين: mode1 و mode2. في حالة الوضع 1: عند اكتشاف الشخير ، يتم إرسال إشارة مستمرة إلى محرك الاهتزاز ، مما يعني أن المحرك يعمل بشكل مستمر.

في حالة الوضع 2: عند اكتشاف الشخير ، ينبض محرك الاهتزاز مع توقيت خرج CNT6.

لذلك عندما يكون خرج DFF5 مرتفعًا ، سيتم تنشيط mode1. عندما يكون منخفضًا (الوضع 2) ، يكون ناتج DFF4 مرتفعًا ، وسيظهر إخراج CNT6 على pin9 عبر LUT1.

يتم التحكم في الحساسية لمستشعر الصوت بواسطة مقياس جهد يتم ضبطه في الوحدة. يجب تهيئة المستشعر يدويًا لأول مرة للحصول على الحساسية المطلوبة.

يتم توصيل PIN10 بإخراج ACMP0 ، المتصل خارجيًا بمصباح LED. عندما يتم معايرة مستشعر الصوت ، يجب أن يكون خرج pin10 منخفضًا جدًا ، مما يعني أنه لا يوجد وميض على مؤشر LED الخارجي المتصل topin10. وبهذه الطريقة ، يمكننا أن نضمن أن الجهد الناتج عن مستشعر الصوت في صمت لا يتجاوز 300mv ACMP0.

إذا كنت بحاجة إلى إنذار آخر بالإضافة إلى الاهتزاز ، فيمكنك توصيل الجرس بـ pin9 حتى يتم تنشيط إنذار الصوت أيضًا.

القسم الثاني: حساس اللمس

يستخدم مستشعر اللمس الذي أنشأناه مقاومًا لاستشعار القوة (FSR). تتكون مقاومات استشعار القوة من بوليمر موصل يغير المقاومة بطريقة يمكن التنبؤ بها بعد تطبيق القوة على سطحه. يتكون فيلم الاستشعار من جسيمات موصلة كهربائياً وغير موصلة معلقة في مصفوفة. يؤدي تطبيق قوة على سطح فيلم الاستشعار إلى لمس الجسيمات للأقطاب الكهربائية الموصلة ، مما يؤدي إلى تغيير مقاومة الفيلم. تأتي FSR بأحجام وأشكال مختلفة (دائرة ومربعة).

تجاوزت المقاومة 1 MΩ مع عدم وجود ضغط مطبق وتراوحت من حوالي 100 kΩ إلى بضع مئات أوم حيث تفاوت الضغط من خفيف إلى ثقيل. في مشروعنا ، سيتم استخدام FSR كمستشعر لمس الرأس ويقع داخل الوسادة. يتراوح متوسط وزن رأس الإنسان بين 4.5 و 5 كجم. عندما يضع المستخدم رأسه على الوسادة ، يتم تطبيق قوة على FSR وتتغير مقاومته. يكتشف GPAK هذا التغيير ويتم تمكين النظام.

تتمثل طريقة توصيل مستشعر مقاوم في توصيل أحد طرفيه بالطاقة والآخر بمقاوم منسدل بالأرض. ثم يتم توصيل النقطة بين المقاوم المنسدل الثابت ومقاوم FSR المتغير بالإدخال التناظري لـ GPAK (Pin12) كما هو موضح في الشكل 7. سيتم إحضار الإشارة من الدبوس إلى دخل ACMP1. المدخل الآخر لـ ACMP1 متصل بإعداد مرجعي 1200mv. يتم تخزين نتيجة المقارنة في DFF6. عند اكتشاف لمسة رأس ، يتحول إخراج DFF2 إلى HI لتنشيط CNT2 / Dly2 ، والذي تم تكوينه للعمل على أنه "تأخير الحافة المتساقطة" مع تأخير يساوي 1.5 ثانية. في هذه الحالة ، إذا تحرك النائم أو استدار من جانب إلى آخر وانقطع FSR لمدة تقل عن 1.5 ثانية ، فسيظل النظام نشطًا ولن تحدث إعادة تعيين. يتم استخدام CNT7 و CNT8 لتمكين FSR و ACMP1 لمدة 50 مللي ثانية كل ثانية واحدة من أجل تقليل استهلاك الطاقة.

استنتاج

في هذا المشروع صنعنا وسادة ذكية تستخدم للكشف عن الشخير لتنبيه النائم بالاهتزاز.

كما صنعنا مستشعرًا باللمس باستخدام FSR لتنشيط النظام تلقائيًا عند استخدام الوسادة. يمكن أن يتمثل خيار التحسين الإضافي في تصميم وحدات FSR متوازية لاستيعاب الوسائد ذات الحجم الأكبر. لقد صنعنا أيضًا فلاتر رقمية لتقليل حدوث الإنذارات الكاذبة.