כרית חכמה: 3 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

מדריך זה מתאר כיצד להכין כרית חכמה שרגישה לנחירות!

הכרית החכמה נשענת על רטט כדי להצביע על השינה כשהוא נוחר בזמן השינה. זה עובד באופן אוטומטי כאשר אדם מניח את ראשו על הכרית.

נחירה היא מצב מצער מכיוון שהיא משפיעה לא רק על האדם הנוחר, אלא גם על אנשים שישנים סביבו. נחירה נבחרה כסיבה הרפואית הגדולה ביותר מאחורי גירושין בארצות הברית. בנוסף, דום נשימה בשינה יכול לגרום למגוון רחב של בעיות בריאות שניתן להקל עליהם על ידי הבטחת שינה לא בוחר במיקום המוביל לנחירות.

במדריך זה נבנה מערכת שתוכל לזהות ולנתח צלילים. כאשר הוא מנתח צליל נחירה, הוא יפעיל מנוע רטט כך שהשינה תתעורר. כאשר האדם הישן מרים את ראשו מהכרית, מנוע הרטט יפסיק. כאשר ישן שינה את תנוחת השינה שלו סביר יותר שהוא יתמקם בעמדה אחרת שתמנע נחירות.

שלב 1: משימות כרית:

• לכרית יש חיישן מגע כך שהמערכת מופעלת באופן אוטומטי כאשר האדם מניח את ראשו על הכרית, ובטלה כשהוא מרים את ראשו כלפי מעלה.
• כאשר המערכת מזהה צליל נחירות או כל צליל קקופוני אחר, מופעל רטט כדי להעיר את השינה.
• כולל 2 מצבי רטט מתכווננים למשתמש: רציף או דופק. המערכת שימושית לאנשים הסובלים מנחירות. ליתר ביטחון, אנשים הסובלים משינה עמוקה מאוד יכולים להשתמש במערכת גם מכיוון שהיא יכולה לזהות פעמוני דלתות, טלפונים מצלצלים או תינוקות בוכים.

יישמנו את הפרויקט הזה עם Silego SLG46620V CMIC, חיישן צליל, מנוע רטט, נגד חישת כוח וכמה רכיבים פסיביים.

המספר הכולל של הרכיבים לעיצוב זה הוא מינימלי למדי, למרות שאינו משתמש במיקרו -בקר. מכיוון של GreenPAK CMIC הם בעלות נמוכה וצריכת חשמל נמוכה, הם מהווים מרכיב אידיאלי לפתרון זה. גודלם הקטן גם יאפשר להם להשתלב בקלות בתוך הכרית ללא חששות בייצור.

לרוב הפרויקטים התלויים בזיהוי צליל יש "קצב טריגר שקרי", דבר הנחוץ בשל אפשרות הטעות בקרב מגוון חיישנים. החיישנים הקשורים לפרויקט זה רק מזהים רמת צליל; הם אינם מזהים את סוג הצליל או את אופי מוצאו. כתוצאה מכך, טריגר שקרי יכול להיגרם על ידי מעשה כגון מחיאות כפיים, דפיקות או רעש אחר שאינו קשור לנחירות שעשוי להיות מזוהה על ידי החיישן.

בפרויקט זה המערכת תתעלם מהצלילים הקצרים הגורמים לקצב טריגר שקרי, ולכן נבנה פילטר דיגיטלי שיכול לזהות קטע צליל כמו צליל נחירות.

תסתכל על העקומה הגרפית באיור 1 המייצג את קול הנחירות.

אנו יכולים לראות שהוא מורכב משני חלקים שחוזרים על עצמם והזמן מתואם. החלק הראשון מזהה נחירות; זהו רצף של פולסים קצרים שנמשך 0.5 עד 4 שניות, ואחריו תקופת השתקה שנמשכת בין 0.4 ל -4 שניות ועשויה להכיל רעשי רקע.

לכן, כדי לסנן רעשים אחרים על המערכת לזהות קטע נחירות, הנמשך יותר מ -0.5 שניות, ולהתעלם מקטע צליל קצר יותר. כדי להפוך את המערכת ליציבה יותר, יש ליישם מונה אשר סופר את קטעי הנחירות להפעלת האזעקה לאחר גילוי שני מקטעי נחירה עוקבים.

במקרה זה, גם אם צליל נמשך יותר מ- 0.5 שניות, המערכת תסנן אותו אלא אם כן הוא יחזור על עצמו בתוך מסגרת זמן מסוימת. בדרך זו אנו יכולים לסנן את הצליל שיכול להיגרם כתוצאה מתנועה, שיעול או אפילו אותות רעש קצרים.

שלב 2: תוכנית יישום

עיצוב הפרויקט מורכב משני חלקים; החלק הראשון אחראי על זיהוי צליל ומנתח אותו כדי לזהות את רעש הנחירות כדי להתריע על השינה.

החלק השני הוא חיישן מגע; היא אחראית לאפשר את המערכת באופן אוטומטי כאשר אדם מניח את ראשו על הכרית, ולהשבית את המערכת כאשר האדם הישן מוריד את ראשו מהכרית.

ניתן ליישם כרית חכמה בקלות רבה באמצעות IC אחת (GreenPAK) מעורבת עם אות מעורב (CMIC).

אתה יכול לעבור את כל השלבים כדי להבין כיצד תוכנן שבב GreenPAK לשליטה בכרית החכמה. עם זאת, אם אתה רק רוצה ליצור בקלות את הכרית החכמה מבלי להבין את כל המעגלים הפנימיים, הורד תוכנת GreenPAK בחינם כדי לצפות בקובץ העיצוב החכם של SmartPillow GreenPAK שכבר הושלם. חבר את המחשב שלך לערכת הפיתוח של GreenPAK והקש על התוכנית כדי ליצור את ה- IC המותאם אישית לשליטה בכרית החכמה שלך. לאחר יצירת ה- IC, תוכל לדלג על השלב הבא. השלב הבא ידון בהיגיון הנמצא בתוך קובץ העיצוב החכם של SmartPillow GreenPAK למי שמעוניין להבין כיצד פועל המעגל.

איך זה עובד?

בכל פעם שאדם מניח את הראש על הכרית, חיישן המגע שולח אות הפעלה מטריקס 2 למטריקס 1 דרך P10 כדי להפעיל את המעגל ולהתחיל לקחת דגימות מחיישן הקול.

המערכת לוקחת מדגם מחיישן הקול כל 30 ms בתוך מסגרת זמן של 5 ms. בדרך זו, צריכת האנרגיה תיחסך ופעימות צליל קצרות יסננו.

אם אנו מזהים 15 דוגמאות צליל עוקבות (אין שתיקה נמשכת יותר מ -400 אלפיות השנייה בין כל הדגימות), המסקנה היא שהצליל מתמשך. במקרה זה, קטע הצליל ייחשב כקטע נחירות. כאשר פעולה זו חוזרת על עצמה לאחר שתיקה, שנמשכת יותר מ -400 ms ופחות מ -6 שניות, הצליל שצולם ייחשב לנחירות והשינה תתריע על ידי רטט.

אתה יכול לדחות אזהרה ליותר משני מקטעי נחירה כדי להעלות את הדיוק מתצורת pipedelay0 בעיצוב, אך הדבר עשוי להגדיל את זמן התגובה. יהיה צורך להגדיל גם את המסגרת של 6 שניות.

שלב 3: עיצוב GreenPAK

חלק ראשון: איתור נחירות

הפלט של חיישן הקול יחובר ל- Pin6 שמוגדר ככניסה אנלוגית. האות יובא מהסיכה לקלט ACMP0. הקלט השני של ACMP0 מוגדר כהפניה של 300mv.

הפלט של ACMP0 הפוך ולאחר מכן מחובר ל- CNT/DLY0, המוגדר כעיכוב קצה עולה עם עיכוב השווה ל- 400ms. התפוקה של CNT0 תהיה גבוהה כאשר זיהוי השקט יימשך יותר מ- 400ms. הפלט שלו מחובר לגלאי קצה עולה, שייצור דופק איפוס קצר לאחר זיהוי שתיקה.

CNT5 ו- CNT6 אחראים על פתיחת שער זמן הנמשך 5 ms כל 30 ms כדי לקחת דוגמאות קול; במהלך 5ms אלה אם יש זיהוי של אות קול, הפלט של DFF0 נותן דופק למונה CNT9. CNT9 יתאפס אם זיהוי שתיקה יימשך יותר מ- 400 ms, ואז הוא יפעיל מחדש את ספירת דגימות הקול.

הפלט של CNT9 מחובר ל- DFF2 המשמש כנקודה לאיתור קטע נחירות. כאשר מתגלה קטע נחירות, הפלט של DFF2 הופך את HI להפעלת CNT2/Dly2, אשר מוגדר לפעול כ"עיכוב קצה נופל "עם עיכוב השווה ל -6 שניות.

DFF2 יתאפס לאחר זיהוי שתיקה שנמשך יותר מ- 400 ms. לאחר מכן הוא יתחיל לזהות שוב עבור קטע נחירות.

הפלט של DFF2 עובר דרך Pipedelay, המחובר ל- pin9 דרך LUT1. Pin9 יחובר למנוע הרטט.

תפוקת המעברים של Pipedelay מ- Low to High כאשר היא מזהה שני קטעי נחירה עוקבים בתוך שער הזמן עבור CNT2 (6 שניות).

LUT3 משמש לאיפוס ה- Pipedelay, כך שהתפוקה שלו תהיה נמוכה אם האדם הישן ירים את ראשו מהכרית. במקרה זה, שער הזמן של CNT2 מסתיים לפני זיהוי שני מקטעי נחירה עוקבים.

Pin3 מוגדר ככניסה ומחובר ל"כפתור מצב רטט ". האות שמגיע מ- pin3 עובר דרך DFF4 ו- DFF5 מגדיר את תבנית הרטט לאחד משני דפוסים: mode1 ו- mode2. במקרה של מצב 1: כאשר מתגלה נחירה, נשלח אות רציף אל מנוע הרטט, כלומר המנוע פועל ברציפות.

במקרה של mode2: כאשר מתגלה נחירה, מנוע הרטט דופק עם העיתוי של פלט CNT6.

אז כשהפלט של DFF5 גבוה, מצב 1 יופעל. כשהוא נמוך (מצב 2), הפלט של DFF4 גבוה והפלט של CNT6 יופיע ב- pin9 דרך LUT1.

הרגישות לחיישן הקול נשלטת על ידי פוטנציומטר המוגדר במודול. חייבים לאתחל את החיישן באופן ידני בפעם הראשונה כדי לקבל את הרגישות הנדרשת.

PIN10 מחובר לפלט של ACMP0, המחובר חיצונית לנורית LED. כאשר חיישן הקול מכויל, הפלט של pin10 צריך להיות נמוך למדי, כלומר אין הבהוב על הנורית החיצונית המחוברת topin10. בדרך זו אנו יכולים להבטיח שהמתח שנוצר על ידי חיישן הקול בשתיקה לא יעלה על סף ACMP0 של 300mv.

אם אתה צריך אזעקה נוספת בנוסף לרטט, אתה יכול לחבר זמזם ל- pin9 כך שגם אזעקת קול תופעל.

חלק שני: חיישן מגע

חיישן המגע שבנינו משתמש בנגד לחישת כוח (FSR). נגדים לחישת כוח מורכבים מפולימר מוליך שמשנה את ההתנגדות באופן צפוי לאחר הפעלת כוח על פני השטח שלו. סרט החישה מורכב מחלקיקים מוליכים חשמלית וחלק בלתי מוליכים התלויים במטריצה. הפעלת כוח על פני השטח של הסרט החישה גורמת לחלקיקים לגעת באלקטרודות המוליכות, ולשנות את ההתנגדות של הסרט. FSR מגיע עם גדלים וצורות שונות (עיגול ומרובע).

ההתנגדות עלתה על 1 MΩ ללא לחץ מופעל ונעה סביב 100 kΩ לכמה מאות אוהם כאשר הלחץ משתנה בין קל לכבד. בפרויקט שלנו, FSR ישמש כחיישן מגע לראש והוא ממוקם בתוך הכרית. משקל ראש האדם הממוצע נע בין 4.5 ל -5 ק ג. כאשר המשתמש מניח את ראשו על הכרית, כוח מופעל על ה- FSR והתנגדותו משתנה. GPAK מזהה שינוי זה והמערכת מופעלת.

הדרך לחבר חיישן התנגדות היא לחבר קצה אחד ל- Power והשני לנגד משיכה לאדמה. ואז הנקודה בין הנגד הקבוע כלפי מטה ונגד ה FSR המשתנה מחוברת לכניסה האנלוגית של GPAK (Pin12) כפי שמוצג באיור 7. האות יובא מהפין אל הקלט של ACMP1. הקלט השני של ACMP1 מחובר להגדרת ייחוס של 1200mv. תוצאת ההשוואה מאוחסנת ב- DFF6. כאשר מתגלה מגע ראש, הפלט של DFF2 הופך את HI להפעלת CNT2/Dly2, אשר מוגדר לפעול כ"עיכוב קצה נופל "עם עיכוב השווה ל- 1.5 שניות. במקרה זה, אם השינה זזה או מסתובבת מצד לצד וה- FSR נקטע פחות מ -1.5 שניות, המערכת עדיין מופעלת ולא מתבצע איפוס. CNT7 ו- CNT8 משמשים לאפשר FSR ו- ACMP1 למשך 50 מיליוני שניות כל 1 שניות על מנת להפחית את צריכת החשמל.

סיכום

בפרויקט זה הכנו כרית חכמה המשמשת לאיתור נחירות כדי להתריע בפני האדם הישן על ידי רטט.

יצרנו גם חיישן מגע באמצעות FSR כדי להפעיל את המערכת באופן אוטומטי בעת השימוש בכרית. אפשרות שיפור נוספת יכולה להיות עיצוב במקביל ל- FSR כך שיתאימו לכריות גדולות יותר. כמו כן ייצרנו מסננים דיגיטליים כדי למזער את התרחשותן של אזעקות שווא.