Slim kussen: 3 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Deze Instructable beschrijft hoe je een slim kussen maakt dat gevoelig is voor snurken!

Het slimme kussen vertrouwt op trillingen om de slaper aan te geven wanneer hij snurkt tijdens het slapen. Het werkt automatisch wanneer een persoon zijn hoofd op het kussen legt.

Snurken is een ongelukkige aandoening omdat het niet alleen de snurkende persoon treft, maar ook mensen die om hem heen slapen. Snurken is uitgeroepen tot de grootste medische reden achter echtscheiding in de VS. Bovendien kan slaapapneu een breed scala aan gezondheidsproblemen veroorzaken die kunnen worden verzacht door ervoor te zorgen dat een slaper geen houding kiest die tot snurken leidt.

In deze Instructable zullen we een systeem bouwen dat geluiden kan detecteren en analyseren. Wanneer het een snurkgeluid analyseert, zal het een vibratiemotor inschakelen zodat de slaper wakker wordt. Wanneer de slapende persoon zijn hoofd van het kussen tilt, stopt de vibratiemotor. Wanneer een slaper zijn slaaphouding verandert, is de kans groter dat hij zich in een andere houding nestelt die snurken zal voorkomen.

Stap 1: Kussentaken:

• Het kussen heeft een aanraaksensor zodat het systeem automatisch wordt ingeschakeld wanneer de persoon zijn/haar hoofd op het kussen legt, en inactief is wanneer hij zijn hoofd opheft.
• Wanneer het systeem een snurkgeluid of een ander kakofoon geluid detecteert, wordt een vibrator ingeschakeld om de slaper wakker te maken.
• Beschikt over 2 door de gebruiker instelbare vibratiestanden: continu of pulserend. Het systeem is handig voor mensen die last hebben van snurken. Voor de veiligheid kunnen ook mensen die last hebben van een zeer diepe slaap het systeem gebruiken omdat het deurbellen, rinkelende telefoons of huilende baby's kan detecteren.

We hebben dit project uitgevoerd met een Silego SLG46620V CMIC, een geluidssensor, een vibratiemotor, krachtgevoelige weerstand en enkele passieve componenten.

Het totale aantal componenten voor dit ontwerp is vrij minimaal, ondanks dat er geen microcontroller wordt gebruikt. Aangezien GreenPAK CMIC's goedkoop zijn en een laag stroomverbruik hebben, zijn ze een ideaal onderdeel voor deze oplossing. Door hun kleine formaat kunnen ze ook gemakkelijk in het kussen worden geïntegreerd zonder productieproblemen.

De meeste projecten die afhankelijk zijn van geluidsdetectie hebben een "false trigger rate", wat nodig is vanwege de mogelijkheid van fouten tussen verschillende sensoren. De sensoren die bij dit project horen, detecteren slechts een geluidsniveau; ze detecteren het type geluid of de aard van de oorsprong niet. Dientengevolge kan een valse trigger worden veroorzaakt door een handeling zoals klappen, kloppen of ander geluid dat geen verband houdt met snurken en dat door de sensor kan worden gedetecteerd.

In dit project negeert het systeem de korte geluiden die een valse triggerfrequentie veroorzaken, dus zullen we een digitaal filter bouwen dat een geluidssegment zoals het geluid van snurken kan detecteren.

Kijk naar de grafische curve in figuur 1 die het geluid van snurken weergeeft.

We kunnen zien dat het bestaat uit twee secties die worden herhaald en tijd gecorreleerd. De eerste sectie detecteert snurken; het is een opeenvolging van korte pulsen die 0,5 tot 4 seconden duurt, gevolgd door een stilteperiode die 0,4 tot 4 seconden duurt en achtergrondgeluid kan bevatten.

Om andere geluiden uit te filteren, moet het systeem daarom een snurksegment detecteren, dat langer dan 0,5 sec duurt, en elk korter geluidssegment negeren. Om het systeem stabieler te maken, moet een teller worden geïmplementeerd die de snurksegmenten telt om het alarm te starten na de detectie van twee opeenvolgende snurksegmenten.

In dit geval, zelfs als een geluid langer dan 0,5 sec duurt, zal het systeem het filteren, tenzij het binnen een bepaald tijdsbestek wordt herhaald. Op deze manier kunnen we het geluid filteren dat kan worden veroorzaakt door een beweging, hoesten of zelfs korte geluidssignalen.

Stap 2: Implementatieplan

Het ontwerp van dit project bestaat uit twee delen; de eerste sectie is verantwoordelijk voor het detecteren van geluid en analyseert het om het geluid van snurken te detecteren om de slaper te waarschuwen.

Het tweede deel is een aanraaksensor; het is verantwoordelijk voor het automatisch inschakelen van het systeem wanneer een persoon zijn hoofd op het kussen legt, en voor het uitschakelen van het systeem wanneer de slapende persoon zijn hoofd van het kussen tilt.

Een slim kussen kan heel eenvoudig worden geïmplementeerd met een enkele GreenPAK configureerbare mixed-signal IC (CMIC).

U kunt alle stappen doorlopen om te begrijpen hoe de GreenPAK-chip is geprogrammeerd om de Smart Pillow te bedienen. Als u echter eenvoudig het Smart Pillow wilt maken zonder alle interne circuits te begrijpen, download dan gratis GreenPAK-software om het reeds voltooide Smart Pillow GreenPAK-ontwerpbestand te bekijken. Sluit uw computer aan op de GreenPAK Development Kit en klik op programma om de aangepaste IC te maken om uw Smart Pillow te bedienen. Zodra het IC is gemaakt, kunt u de volgende stap overslaan. De volgende stap zal de logica in het Smart Pillow GreenPAK-ontwerpbestand bespreken voor diegenen die geïnteresseerd zijn om te begrijpen hoe het circuit werkt.

Hoe het werkt?

Telkens wanneer een persoon zijn hoofd op het kussen legt, stuurt de aanraaksensor een activeringssignaal van Matrix2 naar Matrix1 via P10 om het circuit te activeren en om samples van de geluidssensor te nemen.

Het systeem neemt elke 30 ms een sample van de geluidssensor binnen een tijdsbestek van 5 ms. Op deze manier wordt energieverbruik bespaard en worden korte geluidspulsen gefilterd.

Als we 15 opeenvolgende geluidssamples detecteren (geen stilte duurt meer dan 400 ms tussen een van de samples), wordt geconcludeerd dat het geluid persistent is. In dit geval wordt het geluidssegment beschouwd als een snurksegment. Wanneer deze actie zich herhaalt na een stilte, die meer dan 400 ms en minder dan 6 s duurt, wordt het vastgelegde geluid als snurken beschouwd en wordt de slaper gewaarschuwd door trillingen.

U kunt de waarschuwing voor meer dan 2 snurksegmenten uitstellen om de nauwkeurigheid van de pipedelay0-configuratie in het ontwerp te verhogen, maar dit kan de reactietijd verlengen. 6sec frame zou ook moeten worden verhoogd.

Stap 3: GreenPAK-ontwerp

Eerste deel: Detectie van snurken

De uitgang van de geluidssensor wordt aangesloten op Pin6 die is geconfigureerd als een analoge ingang. Het signaal wordt van de pin naar de ingang van ACMP0 gebracht. De andere ingang van ACMP0 is geconfigureerd als een 300mv-referentie.

De uitgang van ACMP0 wordt geïnverteerd en vervolgens verbonden met CNT/DLY0, die is ingesteld als een stijgende flankvertraging met een vertraging gelijk aan 400 ms. De uitgang van CNT0 zal hoog zijn wanneer de detectie van stilte langer dan 400 ms duurt. De uitgang is verbonden met een stijgende-flankdetector, die een korte resetpuls genereert na het detecteren van stilte.

CNT5 & CNT6 zijn verantwoordelijk voor het openen van een tijdpoort die elke 30ms 5ms duurt om geluidssamples te nemen; tijdens deze 5ms als er een geluidssignaal wordt gedetecteerd, geeft de uitgang van DFF0 een puls aan de teller CNT9. CNT9 wordt gereset als een stiltedetectie langer dan 400 ms duurt, waarna het tellen van geluidssamples opnieuw wordt gestart.

De uitgang van CNT9 is verbonden met DFF2 die wordt gebruikt als een punt om een snurksegment te detecteren. Wanneer een snurksegment wordt gedetecteerd, wordt de uitvoer van DFF2 HOOG om CNT2/Dly2 te activeren, die is geconfigureerd om te werken als "dalende flankvertraging" met een vertraging gelijk aan 6 sec.

DFF2 wordt gereset na een stiltedetectie die langer dan 400 ms duurt. Het zal dan opnieuw beginnen te detecteren voor een snurksegment.

De uitgang van DFF2 gaat door Pipedelay, die via LUT1 op pin9 is aangesloten. Pin9 wordt aangesloten op de vibratiemotor.

De uitvoer van Pipedelay gaat van Laag naar Hoog wanneer het twee opeenvolgende snurksegmenten detecteert binnen de tijdpoort voor CNT2 (6 sec).

LUT3 wordt gebruikt om de Pipedelay te resetten, zodat de output Laag is als de slapende persoon zijn hoofd van het kussen tilt. In dit geval is de tijdpoort van CNT2 voltooid voordat twee opeenvolgende snurksegmenten worden gedetecteerd.

Pin3 is geconfigureerd als een ingang en is verbonden met een "Trillingsmodusknop". Het signaal dat van pin3 komt, gaat door DFF4 en DFF5 configureert het trillingspatroon in een van de twee patronen: mode1 en mode2. In geval van modus1: wanneer snurken wordt gedetecteerd, wordt er een continu signaal naar de vibratiemotor gestuurd, wat betekent dat de motor continu draait.

In het geval van mode2: wanneer snurken wordt gedetecteerd, wordt de vibratiemotor gepulseerd met de timing van CNT6-uitvoer.

Dus als de output van DFF5 hoog is, wordt mode1 geactiveerd. Als het laag is (modus 2), is de uitvoer van DFF4 hoog en verschijnt de uitvoer van CNT6 op pin9 tot en met LUT1.

De gevoeligheid voor de geluidssensor wordt geregeld door een potentiometer die in de module is ingesteld. De sensor moet de eerste keer handmatig worden geïnitialiseerd om de vereiste gevoeligheid te krijgen.

PIN10 wordt aangesloten op de uitgang van ACMP0, die extern is aangesloten op een LED. Wanneer de geluidssensor is gekalibreerd, moet de output van pin10 vrij laag zijn, wat betekent dat er geen flikkering is op de externe LED die op pin10 is aangesloten. Op deze manier kunnen we garanderen dat de spanning die in stilte door de geluidssensor wordt gegenereerd, de drempel van 300mv ACMP0 niet overschrijdt.

Als je naast trillen nog een alarm nodig hebt, kun je een zoemer op pin9 aansluiten zodat er ook een geluidsalarm wordt geactiveerd.

Tweede deel: Aanraaksensor

De aanraaksensor die we hebben gebouwd, maakt gebruik van Force-sensing-weerstand (FSR). Krachtgevoelige weerstanden bestaan uit een geleidend polymeer dat de weerstand op een voorspelbare manier verandert na het uitoefenen van kracht op het oppervlak. De detectiefilm bestaat uit zowel elektrisch geleidende als niet-geleidende deeltjes die in een matrix zijn gesuspendeerd. Door een kracht uit te oefenen op het oppervlak van de sensorfilm, raken deeltjes de geleidende elektroden, waardoor de weerstand van de film verandert. FSR wordt geleverd met verschillende maten en vormen (cirkel & vierkant).

De weerstand overschreed 1 MΩ zonder toegepaste druk en varieerde van ongeveer 100 kΩ tot een paar honderd Ohm, aangezien de druk varieerde van licht tot zwaar. In ons project wordt FSR gebruikt als hoofdaanraaksensor en bevindt deze zich in het kussen. Het gemiddelde gewicht van het menselijk hoofd ligt tussen de 4,5 en 5 kg. Wanneer de gebruiker zijn hoofd op het kussen legt, wordt er een kracht uitgeoefend op de FSR en verandert de weerstand. GPAK detecteert deze wijziging en het systeem wordt ingeschakeld.

De manier om een resistieve sensor aan te sluiten, is door het ene uiteinde op Power en het andere op een pull-down-weerstand op aarde aan te sluiten. Vervolgens wordt het punt tussen de vaste pull-down weerstand en de variabele FSR-weerstand aangesloten op de analoge ingang van een GPAK (Pin12) zoals weergegeven in figuur 7. Het signaal wordt van de pin naar de ingang van ACMP1 gebracht. De andere ingang van ACMP1 is verbonden met een 1200mv referentie-instelling. Het vergelijkingsresultaat wordt opgeslagen in DFF6. Wanneer een aanraking van het hoofd wordt gedetecteerd, wordt de uitvoer van DFF2 HI om CNT2/Dly2 te activeren, die is geconfigureerd om te werken als "dalende flankvertraging" met een vertraging gelijk aan 1,5 sec. In dit geval, als de slaper van links naar rechts beweegt of draait en de FSR minder dan 1,5 sec wordt onderbroken, wordt het systeem nog steeds geactiveerd en vindt er geen reset plaats. CNT7 en CNT8 worden gebruikt om FSR en ACMP1 voor 50 mS elke 1sec in te schakelen om het stroomverbruik te verminderen.

Conclusie

In dit project hebben we een slim kussen gemaakt dat wordt gebruikt voor snurkdetectie om de slapende persoon te waarschuwen door trillingen.

We hebben ook een aanraaksensor gemaakt met FSR om het systeem automatisch te activeren bij gebruik van het kussen. Een verdere verbeteringsoptie zou kunnen zijn om parallel FSR's te ontwerpen voor grotere kussens. We hebben ook digitale filters gemaakt om het optreden van valse alarmen te minimaliseren.