Akıllı Yastık: 3 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Bu Eğitilebilir Tablo, horlamaya duyarlı akıllı bir yastığın nasıl yapıldığını açıklar!

Akıllı yastık, uyuyan kişiye uyurken horladığında bunu belirtmek için titreşime dayanır. Kişi başını yastığa koyduğunda otomatik olarak çalışır.

Horlama, sadece horlayan kişiyi değil, çevresinde uyuyan kişileri de etkilediği için talihsiz bir durumdur. Horlama, ABD'de boşanmanın arkasındaki en büyük tıbbi neden olarak seçildi. Ek olarak, uyku apnesi, uyuyan kişinin horlamaya neden olan bir pozisyon seçmemesini sağlayarak hafifletilebilecek çok çeşitli sağlık sorunlarına neden olabilir.

Bu Eğitilebilir Kitapta, sesleri algılayabilen ve analiz edebilen bir sistem oluşturacağız. Horlama sesini analiz ettiğinde, uyuyan kişinin uyanması için bir titreşim motorunu çalıştıracaktır. Uyuyan kişi başını yastıktan kaldırdığında titreşim motoru duracaktır. Uyuyan kişi uyku pozisyonunu değiştirdiğinde, horlamayı önleyecek farklı bir pozisyona yerleşme olasılığı daha yüksektir.

Adım 1: Yastık Görevleri:

• Yastığın dokunmatik sensörü vardır, böylece kişi başını yastığa koyduğunda sistem otomatik olarak devreye girer ve başını kaldırdığında boşta kalır.
• Sistem bir horlama sesi veya başka bir kakofonik ses algıladığında, uyuyan kişiyi uyandırmak için bir vibratör açılır.
• Özellikler 2 kullanıcı tarafından ayarlanabilen titreşim modu: sürekli veya darbeli. Sistem, horlamadan muzdarip insanlar için kullanışlıdır. Güvenlik için, kapı zillerini, çalan telefonları veya ağlayan bebekleri algılayabildiğinden, çok derin uykudan muzdarip kişiler de sistemi kullanabilir.

Bu projeyi Silego SLG46620V CMIC, ses sensörü, titreşim motoru, kuvvet algılayıcı direnç ve bazı pasif bileşenlerle hayata geçirdik.

Bu tasarım için toplam bileşen sayısı, bir mikro denetleyici kullanılmamasına rağmen oldukça azdır. GreenPAK CMIC'ler düşük maliyetli ve düşük güç tüketimine sahip olduklarından bu çözüm için ideal bir bileşendir. Küçük boyutları ayrıca, üretim endişesi olmadan yastığın içine kolayca entegre edilmelerini sağlar.

Ses algılamaya dayalı çoğu proje, çeşitli sensörler arasında hata olasılığı nedeniyle gerekli olan "yanlış tetikleme hızına" sahiptir. Bu projeyle ilişkili sensörler yalnızca bir ses seviyesini algılar; sesin türünü veya kaynağının doğasını tespit etmezler. Sonuç olarak, sensör tarafından algılanabilen, alkışlama, vurma veya horlamayla ilgisi olmayan diğer gürültüler gibi bir eylem yanlış bir tetiklemeye neden olabilir.

Bu projede sistem yanlış tetikleme oranına neden olan kısa sesleri görmezden gelecek, bu yüzden horlama sesi gibi bir ses segmentini algılayabilen bir dijital filtre oluşturacağız.

Horlama sesini temsil eden şekil 1'deki grafik eğriye bakın.

Tekrarlanan ve zaman ilişkili iki bölümden oluştuğunu görebiliriz. İlk bölüm horlamayı algılar; 0,5 ila 4 saniye süren kısa darbeler dizisidir, ardından 0,4 ila 4 saniye süren ve arka plan gürültüsü içerebilen bir sessizlik periyodudur.

Bu nedenle, diğer sesleri filtrelemek için sistem, 0,5 saniyeden uzun süren bir horlama bölümünü algılamalı ve daha kısa olan herhangi bir ses bölümünü yok saymalıdır. Sistemi daha kararlı hale getirmek için, ardışık iki horlama segmentinin algılanmasından sonra alarmı başlatmak için horlama segmentlerini sayan bir sayaç uygulanmalıdır.

Bu durumda, bir ses 0,5 saniyeden fazla sürse bile, belirli bir zaman diliminde tekrarlanmadıkça sistem onu filtreleyecektir. Bu sayede hareket, öksürük ve hatta kısa gürültü sinyallerinden kaynaklanabilecek sesi filtreleyebiliriz.

Adım 2: Uygulama Planı

Bu projenin tasarımı iki bölümden oluşmaktadır; ilk bölüm sesi algılamaktan sorumludur ve uyuyan kişiyi uyarmak için horlama sesini algılamak için analiz eder.

İkinci bölüm bir dokunmatik sensördür; kişi başını yastığa koyduğunda sistemin otomatik olarak devreye girmesinden ve uyuyan kişi başını yastıktan kaldırdığında sistemin devre dışı bırakılmasından sorumludur.

Akıllı bir yastık, tek bir GreenPAK yapılandırılabilir karışık sinyalli IC (CMIC) ile çok kolay bir şekilde uygulanabilir.

GreenPAK çipinin Akıllı Yastığı kontrol etmek için nasıl programlandığını anlamak için tüm adımları inceleyebilirsiniz. Ancak, tüm iç devreleri anlamadan Akıllı Yastığı kolayca oluşturmak istiyorsanız, halihazırda tamamlanmış Akıllı Yastık GreenPAK Tasarım Dosyasını görüntülemek için ücretsiz GreenPAK yazılımını indirin. Bilgisayarınızı GreenPAK Geliştirme Kitine bağlayın ve Akıllı Yastığınızı kontrol etmek için özel IC'yi oluşturmak için programa basın. IC oluşturulduktan sonra bir sonraki adımı atlayabilirsiniz. Bir sonraki adım, devrenin nasıl çalıştığını anlamak isteyenler için Smart Pillow GreenPAK tasarım dosyasının içindeki mantığı tartışacaktır.

Nasıl çalışır?

Bir kişi başını yastığa koyduğunda, dokunmatik sensör devreyi etkinleştirmek ve ses sensöründen örnekler almaya başlamak için Matrix2'den Matrix1'e P10'a bir aktivasyon sinyali gönderir.

Sistem, 5 ms'lik bir zaman çerçevesinde her 30 ms'de bir ses sensöründen bir örnek alır. Bu sayede enerji tüketiminden tasarruf sağlanacak ve kısa ses darbeleri filtrelenecektir.

15 ardışık ses örneği tespit edersek (herhangi bir örnek arasında 400 ms'den fazla sessizlik olmaz), sesin kalıcı olduğu sonucuna varılır. Bu durumda ses segmenti horlama segmenti olarak kabul edilecektir. Bu eylem, 400 ms'den uzun ve 6 saniyeden kısa bir sessizlikten sonra tekrarlandığında, yakalanan ses horlama olarak kabul edilecek ve uyuyan kişi titreşimle uyarılacaktır.

Tasarımdaki pipedelay0 konfigürasyonundan doğruluğu artırmak için 2'den fazla horlama segmenti için uyarıyı geciktirebilirsiniz, ancak bu yanıt süresini artırabilir. 6 saniyelik çerçevenin de artırılması gerekir.

Adım 3: GreenPAK Tasarımı

Birinci Bölüm: Horlamanın Tespiti

Ses sensörünün çıkışı, analog giriş olarak konfigüre edilen Pin6'ya bağlanacaktır. Sinyal pinden ACMP0 girişine getirilecektir. ACMP0'ın diğer girişi 300mv referans olarak konfigüre edilir.

ACMP0'ın çıkışı ters çevrilir ve ardından 400 ms'ye eşit bir gecikmeyle yükselen kenar gecikmesi olarak ayarlanan CNT/DLY0'a bağlanır. Sessizlik algılaması 400 ms'den fazla sürdüğünde CNT0'ın çıkışı yüksek olacaktır. Çıkışı, sessizliği algıladıktan sonra kısa bir sıfırlama darbesi üretecek olan yükselen kenar dedektörüne bağlanır.

CNT5 ve CNT6, ses örnekleri almak için her 30ms'de 5ms süren bir zaman geçidi açmaktan sorumludur; bu 5ms sırasında bir ses sinyali algılanırsa, DFF0'ın çıkışı CNT9 sayacına bir darbe verir. Sessizlik algılaması 400 ms'den fazla sürerse CNT9 sıfırlanacak ve bu noktada ses örneklerinin sayımını yeniden başlatacaktır.

CNT9'un çıkışı, bir horlama segmentini algılamak için bir nokta olarak kullanılan DFF2'ye bağlanır. Bir horlama segmenti algılandığında, DFF2'nin çıkışı, 6 saniyeye eşit bir gecikmeyle "düşen kenar gecikmesi" olarak çalışmak üzere yapılandırılan CNT2/Dly2'yi etkinleştirmek için HI'ya döner.

DFF2, 400 ms'den uzun süren bir sessizlik algılamasının ardından sıfırlanacaktır. Ardından tekrar bir horlama segmenti algılamaya başlayacaktır.

DFF2'nin çıkışı, pin9'a LUT1 aracılığıyla bağlanan Pipedelay'den geçer. Pin9, titreşim motoruna bağlanacaktır.

Pipedelay'in çıkışı, CNT2 (6 sn) için zaman geçidi içinde iki ardışık horlama segmenti tespit ettiğinde Düşük'ten Yüksek'e geçiş yapar.

LUT3, Boru Gecikmesini sıfırlamak için kullanılır, bu nedenle uyuyan kişi başını yastıktan kaldırırsa çıkışı Düşük olacaktır. Bu durumda, iki ardışık horlama segmenti tespit edilmeden önce CNT2'nin zaman geçidi tamamlanır.

Pin3 bir giriş olarak yapılandırılmıştır ve bir "Titreşim modu düğmesine" bağlanmıştır. pin3'ten gelen sinyal DFF4'ten geçer ve DFF5, titreşim modelini iki modelden birine yapılandırır: mod1 ve mod2. mod1 durumunda: horlama algılandığında titreşim motoruna sürekli bir sinyal gönderilir, bu da motorun sürekli çalıştığı anlamına gelir.

mod2 durumunda: horlama algılandığında, titreşim motoru CNT6 çıkışının zamanlaması ile darbe alır.

Böylece DFF5'in çıkışı yüksek olduğunda mod1 etkinleştirilecektir. Düşük olduğunda (mod 2), DFF4'ün çıkışı yüksektir ve CNT6'nın çıkışı pin9'dan LUT1'e kadar görünür.

Ses sensörünün hassasiyeti, modülde bulunan bir potansiyometre ile kontrol edilir. Gerekli hassasiyeti elde etmek için sensör ilk kez manuel olarak başlatılmalıdır.

PIN10, harici olarak bir LED'e bağlı olan ACMP0'ın çıkışına bağlanır. Ses sensörü kalibre edildiğinde pin10'un çıkışı oldukça düşük olmalıdır, bu da topin10'a bağlanan harici LED'de titreme olmadığı anlamına gelir. Bu sayede ses sensörünün sessiz ortamda ürettiği voltajın 300mv ACMP0 eşiğini aşmamasını garanti edebiliriz.

Titreşime ek olarak başka bir alarma ihtiyacınız varsa, pin9'a bir buzzer bağlayarak sesli bir alarmın da etkinleştirilmesini sağlayabilirsiniz.

İkinci bölüm: Dokunmatik sensör

Yaptığımız dokunmatik sensör, Kuvvet algılama direncini (FSR) kullanır. Kuvvete duyarlı dirençler, yüzeyine kuvvet uygulanmasının ardından direnci tahmin edilebilir bir şekilde değiştiren iletken bir polimerden oluşur. Algılayıcı film, bir matris içinde süspanse edilmiş hem elektriksel olarak iletken hem de iletken olmayan parçacıklardan oluşur. Algılayıcı filmin yüzeyine bir kuvvet uygulamak, parçacıkların iletken elektrotlara dokunmasına neden olarak filmin direncini değiştirir. FSR, farklı boyut ve şekillerde (daire ve kare) gelir.

Direnç, basınç uygulanmadan 1 MΩ'u aştı ve hafiften ağıra değişen bir basınç olarak yaklaşık 100 kΩ ile birkaç yüz Ohm arasında değişti. Projemizde kafaya dokunma sensörü olarak FSR kullanılacak ve yastığın içinde yer alacak. Ortalama insan kafa ağırlığı 4,5 ila 5 kg arasındadır. Kullanıcı başını yastığa koyduğunda FSR'ye bir kuvvet uygulanır ve direnci değişir. GPAK bu değişikliği algılar ve sistem etkinleştirilir.

Dirençli bir sensör bağlamanın yolu, bir ucunu Güç'e, diğerini ise topraklama direncine bağlamaktır. Daha sonra sabit aşağı çekme direnci ile değişken FSR direnci arasındaki nokta, şekil 7'de gösterildiği gibi bir GPAK'ın (Pin12) analog girişine bağlanır. Sinyal, pinden ACMP1'in girişine getirilir. ACMP1'in diğer girişi 1200mv referans ayarına bağlıdır. Karşılaştırma sonucu DFF6'da saklanır. Bir kafa dokunuşu algılandığında, DFF2'nin çıkışı, 1,5 saniyeye eşit bir gecikmeyle "düşen kenar gecikmesi" olarak çalışmak üzere yapılandırılan CNT2/Dly2'yi etkinleştirmek için HI'ya döner. Bu durumda uyuyan bir yandan diğer yana hareket ederse veya dönerse ve FSR 1,5 saniyeden daha kısa bir sürede kesilirse, sistem hala aktiftir ve herhangi bir sıfırlama gerçekleşmez. CNT7 ve CNT8, güç tüketimini azaltmak amacıyla FSR ve ACMP1'i her 1 saniyede 50 mS için etkinleştirmek için kullanılır.

Çözüm

Bu projede horlama tespitinde kullanılan ve uyuyan kişiyi titreşimle uyaran akıllı bir yastık yaptık.

Ayrıca yastığı kullanırken sistemi otomatik olarak etkinleştirmek için FSR kullanarak dokunmatik sensör yaptık. Daha büyük boyutlu yastıkları yerleştirmek için paralel FSR'ler tasarlamak için başka bir geliştirme seçeneği olabilir. Ayrıca yanlış alarm oluşumunu en aza indirmek için dijital filtreler yaptık.