Travesseiro inteligente: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este Instructable descreve como fazer um travesseiro inteligente que é sensível ao ronco!

O travesseiro inteligente depende de vibração para indicar ao adormecido quando ele ronca durante o sono. Funciona automaticamente quando uma pessoa encosta a cabeça no travesseiro.

O ronco é uma condição infeliz porque afeta não apenas a pessoa que ronca, mas também as pessoas que estão dormindo ao seu redor. O ronco foi eleito a maior razão médica para o divórcio nos EUA. Além disso, a apneia do sono pode causar uma grande variedade de problemas de saúde que podem ser atenuados garantindo que a pessoa que está dormindo não escolha uma posição que leve ao ronco.

Neste Instructable, iremos construir um sistema que pode detectar e analisar sons. Ao analisar um som de ronco, ele acionará um motor de vibração para que o adormecido acorde. Quando a pessoa adormecida levanta a cabeça do travesseiro, o motor de vibração pára. Quando uma pessoa que dorme muda sua posição de dormir, é mais provável que ela se acomode em uma posição diferente que evite o ronco.

Etapa 1: tarefas de travesseiro:

• O travesseiro possui sensor de toque para que o sistema seja habilitado automaticamente quando a pessoa colocar a cabeça no travesseiro, e ficar ocioso quando ele levantar a cabeça.
• Quando o sistema detecta um som de ronco ou qualquer outro som cacofônico, um vibrador é ligado para acordar o adormecido.
• Possui 2 modos de vibração configuráveis pelo usuário: contínua ou pulsada. O sistema é útil para pessoas que sofrem de ronco. Por segurança, pessoas que sofrem de sono muito profundo também podem usar o sistema porque ele pode detectar campainhas, telefones tocando ou bebês chorando.

Implementamos este projeto com um Silego SLG46620V CMIC, um sensor de som, um motor de vibração, resistor de detecção de força e alguns componentes passivos.

O número total de componentes para este projeto é mínimo, apesar de não utilizar um microcontrolador. Como os GreenPAK CMICs são de baixo custo e baixo consumo de energia, eles são um componente ideal para esta solução. Seu pequeno tamanho também permitiria que fossem facilmente integrados dentro do travesseiro sem preocupações de fabricação.

A maioria dos projetos que dependem de detecção de som tem uma "taxa de disparo falso", que é necessária devido à possibilidade de erro entre uma variedade de sensores. Os sensores associados a este projeto apenas detectam um nível de som; eles não detectam o tipo de som ou a natureza de sua origem. Consequentemente, um falso gatilho pode ser causado por um ato como bater palmas, bater ou outro ruído não relacionado ao ronco que pode ser detectado pelo sensor.

Neste projeto, o sistema irá ignorar os sons curtos que causam a taxa de disparos falsos, então construiremos um filtro digital que pode detectar um segmento de som como o som de um ronco.

Observe a curva gráfica da figura 1, que representa o som do ronco.

Podemos ver que consiste em duas seções que são repetidas e correlacionadas com o tempo. A primeira seção detecta o ronco; é uma sequência de pulsos curtos que dura 0,5 a 4 segundos, seguidos por um período de silêncio que dura 0,4 a 4 segundos e pode conter ruído de fundo.

Portanto, para filtrar outros ruídos, o sistema deve detectar um segmento de ronco, que dure mais de 0,5 seg, e ignorar qualquer segmento de som mais breve. Para tornar o sistema mais estável, deve ser implementado um contador que conte os segmentos de ronco para disparar o alarme após a detecção de dois segmentos de ronco sequenciais.

Nesse caso, mesmo se um som durar mais de 0,5 segundos, o sistema irá filtrá-lo, a menos que seja repetido dentro de um período de tempo específico. Desta forma, podemos filtrar o som que pode ser provocado por um movimento, tosse ou mesmo por curtos sinais de ruído.

Etapa 2: Plano de Implementação

A concepção deste projeto consiste em duas seções; a primeira seção é responsável por detectar o som e analisa-o para detectar o som do ronco para alertar o adormecido.

A segunda seção é um sensor de toque; é responsável por ativar automaticamente o sistema quando uma pessoa coloca a cabeça no travesseiro e por desativar o sistema quando a pessoa adormecida levanta a cabeça do travesseiro.

Uma almofada inteligente pode ser facilmente implementada com um único IC de sinal misto configurável GreenPAK (CMIC).

Você pode seguir todas as etapas para entender como o chip GreenPAK foi programado para controlar a almofada inteligente. No entanto, se você deseja criar facilmente o Smart Pillow sem compreender todos os circuitos internos, baixe o software GreenPAK gratuito para visualizar o arquivo de design do Smart Pillow GreenPAK já concluído. Conecte seu computador ao GreenPAK Development Kit e ao programa para criar o IC personalizado para controlar seu Smart Pillow. Uma vez que o IC é criado, você pode pular a próxima etapa. A próxima etapa irá discutir a lógica que está dentro do arquivo de projeto Smart Pillow GreenPAK para aqueles que estão interessados em entender como o circuito funciona.

Como funciona?

Sempre que uma pessoa coloca a cabeça no travesseiro, o sensor de toque envia um sinal de ativação de Matrix2 para Matrix1 por meio de P10 para ativar o circuito e começar a coletar amostras do sensor de som.

O sistema coleta uma amostra do sensor de som a cada 30 ms em um período de 5 ms. Desta forma, o consumo de energia será salvo e pulsos de som curtos serão filtrados.

Se detectarmos 15 amostras de som sequenciais (nenhum silêncio dura mais de 400ms entre qualquer uma das amostras), conclui-se que o som é persistente. Nesse caso, o segmento de som será considerado um segmento de ronco. Quando esta ação se repetir após um silêncio, que dura mais de 400ms e menos de 6s, o som captado será considerado ronco e quem dorme será alertado por vibração.

Você pode atrasar o aviso para mais de 2 segmentos de ronco para aumentar a precisão da configuração pipedelay0 no design, mas isso pode aumentar o tempo de resposta. O quadro de 6 segundos também precisaria ser aumentado.

Etapa 3: Projeto GreenPAK

Primeira seção: detecção de ronco

A saída do sensor de som será conectada ao Pin6, que está configurado como uma entrada analógica. O sinal será trazido do pino para a entrada de ACMP0. A outra entrada de ACMP0 é configurada como uma referência de 300mv.

A saída de ACMP0 é invertida e então conectada a CNT / DLY0, que é definido como um atraso de borda ascendente com um atraso igual a 400ms. A saída de CNT0 será alta quando a detecção de silêncio durar mais de 400ms. Sua saída é conectada a um detector de borda ascendente, que irá gerar um curto pulso de reinicialização após detectar silêncio.

CNT5 e CNT6 são responsáveis por abrir um intervalo de tempo que dura 5ms a cada 30ms para a coleta de amostras de som; durante esses 5ms se houver detecção de sinal sonoro, a saída do DFF0 dá um pulso ao contador CNT9. O CNT9 será reiniciado se uma detecção de silêncio durar mais de 400ms, ponto em que reiniciará a contagem de amostras de som.

A saída do CNT9 é conectada ao DFF2 que é usado como um ponto para detectar um segmento de ronco. Quando um segmento de ronco é detectado, a saída de DFF2 torna-se HI para ativar CNT2 / Dly2, que é configurado para funcionar como "atraso de borda descendente" com um atraso igual a 6 seg.

O DFF2 será redefinido após uma detecção de silêncio que dura mais de 400 ms. Em seguida, ele começará a detectar novamente um segmento de ronco.

A saída do DFF2 passa pelo Pipedelay, que é conectado ao pino 9 por meio do LUT1. O Pin9 será conectado ao motor de vibração.

A saída do Pipedelay muda de Baixo para Alto quando detecta dois segmentos de ronco sequenciais dentro do intervalo de tempo para CNT2 (6 segundos).

LUT3 é usado para reiniciar o Pipedelay, então sua saída será Baixa se a pessoa dormindo levantar a cabeça do travesseiro. Neste caso, o intervalo de tempo de CNT2 é concluído antes de detectar dois segmentos de ronco sequenciais.

Pin3 é configurado como uma entrada e conectado a um "botão de modo de vibração". O sinal proveniente do pino 3 passa por DFF4 e DFF5 configura o padrão de vibração para um de dois padrões: modo1 e modo2. No caso do modo 1: ao detectar ronco, um sinal contínuo é enviado ao motor de vibração, o que significa que o motor funciona continuamente.

No caso do modo 2: ao detectar ronco, o motor de vibração é pulsado com o tempo de saída do CNT6.

Portanto, quando a saída de DFF5 for alta, o modo 1 será ativado. Quando está baixo (modo 2), a saída de DFF4 é alta e a saída de CNT6 aparecerá no pino 9 a LUT1.

A sensibilidade ao sensor de som é controlada por um potenciômetro que é configurado no módulo. O sensor deve ser inicializado manualmente pela primeira vez para obter a sensibilidade necessária.

O PIN10 é conectado à saída do ACMP0, que é externamente conectado a um LED. Quando o sensor de som é calibrado, a saída do pino 10 deve ser bem baixa, o que significa que não há cintilação no LED externo que está conectado no 10. Desta forma, podemos garantir que a tensão gerada pelo sensor de som no silêncio não ultrapassa o limite ACMP0 de 300mv.

Se você precisar de outro alarme além da vibração, pode conectar uma campainha ao pino 9 para que um alarme sonoro também seja ativado.

Segunda seção: sensor de toque

O sensor de toque que construímos usa resistor com detecção de força (FSR). Os resistores de detecção de força consistem em um polímero condutor que muda a resistência de uma maneira previsível após a aplicação de força em sua superfície. O filme sensor consiste em partículas eletricamente condutoras e não condutoras suspensas em uma matriz. Aplicar uma força à superfície do filme de detecção faz com que as partículas toquem os eletrodos condutores, alterando a resistência do filme. FSR vem com diferentes tamanhos e formas (círculo e quadrado).

A resistência excedeu 1 MΩ sem pressão aplicada e variou de cerca de 100 kΩ a algumas centenas de Ohms, já que a pressão variava de leve a forte. Em nosso projeto, o FSR será usado como sensor de toque na cabeça e está localizado dentro do travesseiro. O peso médio da cabeça humana está entre 4,5 e 5 kg. Quando o usuário coloca a cabeça no travesseiro, uma força é aplicada no FSR e sua resistência muda. O GPAK detecta essa alteração e o sistema é habilitado.

A maneira de conectar um sensor resistivo é conectar uma extremidade à alimentação e a outra a um resistor pull-down para aterramento. Então, o ponto entre o resistor pull down fixo e o resistor FSR variável é conectado à entrada analógica de um GPAK (Pin12), conforme mostrado na figura 7. O sinal será trazido do pino para a entrada de ACMP1. A outra entrada de ACMP1 está conectada a uma configuração de referência de 1200mv. O resultado da comparação é armazenado em DFF6. Quando um toque de cabeça é detectado, a saída de DFF2 torna-se HI para ativar CNT2 / Dly2, que é configurado para funcionar como "atraso de borda descendente" com um atraso igual a 1,5 seg. Nesse caso, se o dorminhoco se mover ou girar de um lado para o outro e o FSR for interrompido por menos de 1,5 seg, o sistema ainda estará ativado e não ocorrerá nenhum reset. CNT7 e CNT8 são usados para habilitar FSR e ACMP1 para 50 ms a cada 1 segundo, a fim de reduzir o consumo de energia.

Conclusão

Neste projeto fizemos um travesseiro inteligente que é usado para detecção de ronco para alertar a pessoa adormecida por vibração.

Também fizemos sensor de toque usando FSR para ativar o sistema automaticamente ao usar o travesseiro. Uma outra opção de aprimoramento poderia ser projetar em FSRs paralelos para acomodar almofadas de tamanho maior. Também confeccionamos filtros digitais para minimizar a ocorrência de falsos alarmes.