Bantal Cerdas: 3 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Instructable ini menjelaskan cara membuat bantal pintar yang sensitif terhadap dengkuran!

Bantal pintar mengandalkan getaran untuk memberi tahu orang yang tidur ketika dia mendengkur saat tidur. Ini bekerja secara otomatis ketika seseorang meletakkan kepalanya di atas bantal.

Mendengkur adalah kondisi yang tidak menguntungkan karena tidak hanya mempengaruhi orang yang mendengkur tetapi juga orang yang tidur di sekitarnya. Mendengkur telah terpilih sebagai alasan medis terbesar di balik perceraian di Amerika Serikat. Selain itu, sleep apnea dapat menyebabkan beragam masalah kesehatan yang dapat dikurangi dengan memastikan orang yang tidur tidak memilih posisi yang menyebabkan mendengkur.

Dalam Instruksi ini, kami akan membangun sistem yang dapat mendeteksi & menganalisis suara. Saat menganalisis suara dengkuran, ia akan menyalakan motor getaran sehingga orang yang tidur bangun. Ketika orang yang tidur mengangkat kepalanya dari bantal, motor getaran akan berhenti. Ketika orang yang tidur mengubah posisi tidurnya, mereka cenderung menetap di posisi berbeda yang akan mencegah dengkuran.

Langkah 1: Tugas Bantal:

• Bantal memiliki sensor sentuh sehingga sistem diaktifkan secara otomatis saat orang tersebut meletakkan kepalanya di atas bantal, dan diam saat dia mengangkat kepalanya.
• Ketika sistem mendeteksi suara mendengkur atau suara hiruk-pikuk lainnya, vibrator dihidupkan untuk membangunkan orang yang tidur.
• Fitur 2 mode getaran yang dapat diatur pengguna: terus menerus atau berdenyut. Sistem ini berguna untuk orang yang menderita mendengkur. Untuk keamanan, orang yang mengalami tidur sangat nyenyak juga dapat menggunakan sistem karena dapat mendeteksi bel pintu, dering telepon atau tangisan bayi.

Kami mengimplementasikan proyek ini dengan Silego SLG46620V CMIC, sensor suara, motor getaran, resistor sensor gaya, dan beberapa komponen pasif.

Jumlah komponen untuk perancangan ini cukup minim, meski tidak memanfaatkan mikrokontroler. Karena GreenPAK CMIC berbiaya rendah dan memiliki konsumsi daya yang rendah, mereka adalah komponen yang ideal untuk solusi ini. Ukurannya yang kecil juga akan memungkinkan mereka untuk dengan mudah diintegrasikan di dalam bantal tanpa masalah manufaktur.

Sebagian besar proyek yang bergantung pada deteksi suara memiliki "tingkat pemicu palsu", yang diperlukan karena kemungkinan kesalahan di antara berbagai sensor. Sensor yang terkait dengan proyek ini hanya mendeteksi tingkat suara; mereka tidak mendeteksi jenis suara atau sifat asalnya. Akibatnya, pemicu palsu dapat disebabkan oleh tindakan seperti tepuk tangan, ketukan, atau suara lain yang tidak terkait dengan dengkuran yang dapat dideteksi oleh sensor.

Dalam proyek ini sistem akan mengabaikan suara pendek yang menyebabkan tingkat pemicu palsu, sehingga kami akan membangun filter digital yang dapat mendeteksi segmen suara seperti suara mendengkur.

Perhatikan kurva grafik pada gambar 1 yang mewakili suara dengkuran.

Kita dapat melihat bahwa itu terdiri dari dua bagian yang berulang dan berkorelasi dengan waktu. Bagian pertama mendeteksi dengkuran; itu adalah urutan pulsa pendek yang berlangsung selama 0,5 hingga 4 detik, diikuti oleh periode diam yang berlangsung selama 0,4 hingga 4 detik dan mungkin berisi kebisingan latar belakang.

Oleh karena itu, untuk menyaring suara lain, sistem harus mendeteksi segmen mendengkur, yang berlangsung lebih dari 0,5 detik, dan mengabaikan segmen suara yang lebih singkat. Untuk membuat sistem lebih stabil, penghitung harus diterapkan yang menghitung segmen dengkuran untuk meluncurkan alarm setelah deteksi dua segmen dengkuran berurutan.

Dalam hal ini, bahkan jika suara berlangsung selama lebih dari 0,5 detik, sistem akan menyaringnya kecuali jika diulang dalam jangka waktu tertentu. Dengan cara ini, kita bisa menyaring suara yang bisa disebabkan oleh gerakan, batuk atau bahkan sinyal suara pendek.

Langkah 2: Rencana Implementasi

Desain proyek ini terdiri dari dua bagian; bagian pertama bertanggung jawab untuk mendeteksi suara dan menganalisisnya untuk mendeteksi suara dengkuran untuk mengingatkan orang yang tidur.

Bagian kedua adalah sensor sentuh; itu bertanggung jawab untuk mengaktifkan sistem secara otomatis ketika seseorang meletakkan kepalanya di atas bantal, dan untuk menonaktifkan sistem ketika orang yang tidur mengangkat kepalanya dari bantal.

Bantal pintar dapat diimplementasikan dengan sangat mudah dengan satu IC sinyal campuran (CMIC) yang dapat dikonfigurasi GreenPAK.

Anda dapat melalui semua langkah untuk memahami bagaimana chip GreenPAK telah diprogram untuk mengontrol Bantal Cerdas. Namun, jika Anda hanya ingin membuat Smart Pillow dengan mudah tanpa memahami semua sirkuit dalam, unduh perangkat lunak GreenPAK gratis untuk melihat File Desain Smart Pillow GreenPAK yang sudah selesai. Colokkan komputer Anda ke GreenPAK Development Kit dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk mengontrol Bantal Cerdas Anda. Setelah IC dibuat, Anda dapat melewati langkah berikutnya. Langkah selanjutnya akan membahas logika yang ada di dalam file desain Smart Pillow GreenPAK bagi yang tertarik untuk memahami cara kerja rangkaian.

Bagaimana itu bekerja?

Setiap kali seseorang meletakkan kepala mereka di atas bantal, sensor sentuh mengirimkan sinyal aktivasi dari Matrix2 ke Matrix1 melalui P10 untuk mengaktifkan sirkuit dan mulai mengambil sampel dari sensor suara.

Sistem mengambil sampel dari sensor suara setiap 30 md dalam jangka waktu 5 md. Dengan cara ini, konsumsi energi akan dihemat & pulsa suara pendek akan disaring.

Jika kami mendeteksi 15 sampel suara berurutan (tidak ada keheningan yang berlangsung lebih dari 400 mdtk di antara sampel mana pun), disimpulkan bahwa suara tersebut persisten. Dalam hal ini, segmen suara akan dianggap sebagai segmen mendengkur. Ketika tindakan ini berulang setelah keheningan, yang berlangsung lebih dari 400 md dan kurang dari 6 d, suara yang ditangkap akan dianggap mendengkur dan orang yang tidur akan diperingatkan oleh getaran.

Anda dapat menunda peringatan untuk lebih dari 2 segmen mendengkur untuk meningkatkan akurasi dari konfigurasi pipedelay0 dalam desain, tetapi ini dapat meningkatkan waktu respons. Frame 6 detik juga perlu ditingkatkan.

Langkah 3: Desain GreenPAK

Bagian Pertama: Deteksi Mendengkur

Output dari sensor suara akan terhubung ke Pin6 yang dikonfigurasi sebagai input analog. Sinyal akan dibawa dari pin ke input ACMP0. Input ACMP0 lainnya dikonfigurasi sebagai referensi 300mv.

Keluaran ACMP0 dibalik dan kemudian dihubungkan ke CNT/DLY0, yang ditetapkan sebagai penundaan tepi naik dengan penundaan sama dengan 400ms. Keluaran CNT0 akan tinggi ketika deteksi keheningan berlangsung selama lebih dari 400ms. Outputnya terhubung ke detektor tepi naik, yang akan menghasilkan pulsa reset singkat setelah mendeteksi keheningan.

CNT5 & CNT6 bertanggung jawab untuk membuka gerbang waktu yang berlangsung selama 5ms setiap 30ms untuk mengambil sampel suara; selama 5ms ini jika ada deteksi sinyal suara, output DFF0 memberikan pulsa ke counter CNT9. CNT9 akan diatur ulang jika deteksi keheningan berlangsung selama lebih dari 400 ms, pada saat itu akan memulai kembali penghitungan sampel suara.

Output dari CNT9 terhubung ke DFF2 yang digunakan sebagai titik untuk mendeteksi segmen mendengkur. Ketika segmen mendengkur terdeteksi, output DFF2 berubah menjadi HI untuk mengaktifkan CNT2/Dly2, yang dikonfigurasi untuk bekerja sebagai "penundaan tepi jatuh" dengan penundaan sama dengan 6 detik.

DFF2 akan diatur ulang setelah deteksi diam yang berlangsung lebih dari 400 md. Kemudian akan mulai lagi mendeteksi segmen mendengkur.

Output DFF2 melewati Pipedelay, yang terhubung ke pin9 melalui LUT1. Pin9 akan terhubung ke motor getaran.

Output transisi Pipedelay dari Rendah ke Tinggi saat mendeteksi dua segmen dengkuran berurutan dalam gerbang waktu untuk CNT2 (6 detik).

LUT3 digunakan untuk mengatur ulang Pipedelay, sehingga outputnya akan Rendah jika orang yang tidur mengangkat kepalanya dari bantal. Dalam hal ini, gerbang waktu CNT2 selesai sebelum mendeteksi dua segmen dengkuran berurutan.

Pin3 dikonfigurasi sebagai input & terhubung ke "Tombol mode getar". Sinyal yang datang dari pin3 melewati DFF4 dan DFF5 mengonfigurasi pola getaran ke salah satu dari dua pola: mode1 dan mode2. Dalam kasus mode1: ketika mendengkur terdeteksi, sinyal terus menerus dikirim ke motor getaran, yang berarti motor berjalan terus menerus.

Dalam kasus mode2: ketika mendengkur terdeteksi, motor getaran berdenyut dengan waktu output CNT6.

Jadi ketika output DFF5 tinggi, mode1 akan diaktifkan. Ketika rendah (mode 2), output DFF4 tinggi, dan output CNT6 akan muncul di pin9 melalui LUT1.

Sensitivitas sensor suara dikendalikan oleh potensiometer yang diatur dalam modul. Sensor harus diinisialisasi secara manual untuk pertama kalinya untuk mendapatkan sensitivitas yang diperlukan.

PIN10 terhubung ke output ACMP0, yang terhubung secara eksternal ke LED. Ketika sensor suara dikalibrasi, output pin10 harus cukup rendah, yang berarti tidak ada kedipan pada LED eksternal yang terhubung ke pin10. Dengan cara ini, kami dapat menjamin bahwa tegangan yang dihasilkan oleh sensor suara dalam keheningan tidak melebihi ambang batas 300mv ACMP0.

Jika Anda membutuhkan alarm lain selain getaran, Anda dapat menghubungkan buzzer ke pin9 sehingga alarm suara akan diaktifkan juga.

Bagian kedua: Sensor sentuh

Sensor sentuh yang kami buat menggunakan Force-sensing resistor (FSR). Resistor penginderaan gaya terdiri dari polimer konduktif yang mengubah resistansi dengan cara yang dapat diprediksi setelah penerapan gaya ke permukaannya. Film penginderaan terdiri dari partikel penghantar listrik dan non penghantar yang tersuspensi dalam matriks. Menerapkan gaya ke permukaan film penginderaan menyebabkan partikel menyentuh elektroda penghantar, mengubah resistansi film. FSR hadir dengan berbagai ukuran dan bentuk (lingkaran & persegi).

Resistansi melebihi 1 MΩ tanpa tekanan yang diterapkan dan berkisar dari sekitar 100 kΩ hingga beberapa ratus Ohm karena tekanan bervariasi dari ringan hingga berat. Dalam proyek kami, FSR akan digunakan sebagai sensor sentuh kepala dan terletak di dalam bantal. Berat rata-rata kepala manusia adalah antara 4,5 dan 5 kg. Ketika pengguna meletakkan kepalanya di atas bantal, sebuah gaya diterapkan pada FSR dan resistansinya berubah. GPAK mendeteksi perubahan ini dan sistem diaktifkan.

Cara menghubungkan sensor resistif adalah dengan menghubungkan salah satu ujung ke Power dan ujung lainnya ke resistor pull-down ke ground. Kemudian titik antara resistor pull down tetap dan resistor FSR variabel dihubungkan ke input analog GPAK (Pin12) seperti yang ditunjukkan pada gambar 7. Sinyal akan dibawa dari pin ke input ACMP1. Input ACMP1 lainnya terhubung ke pengaturan referensi 1200mv. Hasil perbandingan disimpan di DFF6. Ketika sentuhan kepala terdeteksi, output DFF2 berubah HI untuk mengaktifkan CNT2/Dly2, yang dikonfigurasi untuk bekerja sebagai "penundaan tepi jatuh" dengan penundaan yang sama dengan 1,5 detik. Dalam hal ini, jika sleeper bergerak atau berputar dari sisi ke sisi dan FSR terputus kurang dari 1,5 detik, sistem masih aktif dan tidak ada reset. CNT7 dan CNT8 digunakan untuk mengaktifkan FSR dan ACMP1 selama 50 mS setiap 1 detik untuk mengurangi konsumsi daya.

Kesimpulan

Dalam proyek ini kami membuat bantal pintar yang digunakan untuk mendeteksi dengkuran untuk mengingatkan orang yang sedang tidur dengan getaran.

Kami juga membuat sensor sentuh menggunakan FSR untuk mengaktifkan sistem secara otomatis saat menggunakan bantal. Opsi peningkatan lebih lanjut adalah merancang FSR paralel untuk mengakomodasi bantal ukuran lebih besar. Kami juga membuat filter digital untuk meminimalisir terjadinya false alarm.