Almohada inteligente: 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

¡Este Instructable describe cómo hacer una almohada inteligente que sea sensible a los ronquidos!

La almohada inteligente se basa en la vibración para indicarle al durmiente cuando ronca mientras duerme. Funciona automáticamente cuando una persona apoya la cabeza en la almohada.

El ronquido es una condición desafortunada porque afecta no solo a la persona que ronca, sino también a las personas que duermen a su alrededor. El ronquido ha sido votado como la principal razón médica detrás del divorcio en los EE. UU. Además, la apnea del sueño puede causar una amplia gama de problemas de salud que pueden mitigarse asegurándose de que la persona que duerme no elija una posición que provoque ronquidos.

En este Instructable, crearemos un sistema que puede detectar y analizar sonidos. Cuando analiza un sonido de ronquido, encenderá un motor de vibración para que el durmiente se despierte. Cuando la persona que duerme levanta la cabeza de la almohada, el motor de vibración se detiene. Cuando una persona que duerme cambia su posición para dormir, es más probable que se acomode en una posición diferente que evitará los ronquidos.

Paso 1: Tareas de la almohada:

• La almohada tiene un sensor táctil para que el sistema se habilite automáticamente cuando la persona coloca la cabeza sobre la almohada, y está inactivo cuando levanta la cabeza.
• Cuando el sistema detecta un ronquido o cualquier otro sonido cacofónico, se enciende un vibrador para despertar al durmiente.
• Cuenta con 2 modos de vibración configurables por el usuario: continuo o pulsado. El sistema es útil para personas que roncan. Por seguridad, las personas que sufren de un sueño muy profundo también pueden utilizar el sistema porque puede detectar timbres, teléfonos que suenan o bebés que lloran.

Implementamos este proyecto con un Silego SLG46620V CMIC, un sensor de sonido, un motor de vibración, una resistencia de detección de fuerza y algunos componentes pasivos.

El número total de componentes para este diseño es bastante mínimo, a pesar de no utilizar un microcontrolador. Dado que los CMIC de GreenPAK son de bajo costo y tienen un bajo consumo de energía, son un componente ideal para esta solución. Su pequeño tamaño también les permitiría integrarse fácilmente dentro de la almohada sin preocupaciones de fabricación.

La mayoría de los proyectos que dependen de la detección de sonido tienen una "tasa de activación falsa", que es necesaria debido a la posibilidad de error entre una variedad de sensores. Los sensores asociados con este proyecto simplemente detectan un nivel de sonido; no detectan el tipo de sonido ni la naturaleza de su origen. En consecuencia, un falso disparo puede ser causado por un acto como aplaudir, golpear u otro ruido no relacionado con los ronquidos que puede ser detectado por el sensor.

En este proyecto, el sistema ignorará los sonidos cortos que provocan una frecuencia de activación falsa, por lo que construiremos un filtro digital que pueda detectar un segmento de sonido como el sonido de los ronquidos.

Observe la curva gráfica de la figura 1 que representa el sonido de los ronquidos.

Podemos ver que consta de dos secciones repetidas y correlacionadas en el tiempo. La primera sección detecta los ronquidos; es una secuencia de pulsos cortos que dura de 0,5 a 4 segundos, seguidos de un período de silencio que dura de 0,4 a 4 segundos y puede contener ruido de fondo.

Por lo tanto, para filtrar otros ruidos, el sistema debe detectar un segmento de ronquido, que dura más de 0,5 segundos, e ignorar cualquier segmento de sonido más breve. Para que el sistema sea más estable, se debe implementar un contador que cuente los segmentos de ronquidos para lanzar la alarma después de la detección de dos segmentos de ronquidos secuenciales.

En este caso, incluso si un sonido dura más de 0,5 segundos, el sistema lo filtrará a menos que se repita dentro de un período de tiempo específico. De esta forma, podemos filtrar el sonido que puede ser provocado por un movimiento, tos o incluso señales de ruido breves.

Paso 2: plan de implementación

El diseño de este proyecto consta de dos secciones; la primera sección se encarga de detectar el sonido y lo analiza para detectar el sonido de los ronquidos para alertar al durmiente.

La segunda sección es un sensor táctil; es responsable de habilitar automáticamente el sistema cuando una persona apoya la cabeza en la almohada, y de deshabilitar el sistema cuando la persona que duerme levanta la cabeza de la almohada.

Una almohada inteligente se puede implementar muy fácilmente con un solo IC de señal mixta configurable (CMIC) GreenPAK.

Puede seguir todos los pasos para comprender cómo se ha programado el chip GreenPAK para controlar la almohada inteligente. Sin embargo, si solo desea crear fácilmente Smart Pillow sin comprender todos los circuitos internos, descargue el software GreenPAK gratuito para ver el archivo de diseño Smart Pillow GreenPAK ya completado. Conecte su computadora al kit de desarrollo GreenPAK y presione el programa para crear el IC personalizado para controlar su Smart Pillow. Una vez creado el IC, puede omitir el siguiente paso. El siguiente paso discutirá la lógica que se encuentra dentro del archivo de diseño Smart Pillow GreenPAK para aquellos que estén interesados en comprender cómo funciona el circuito.

¿Cómo funciona?

Siempre que una persona apoya la cabeza en la almohada, el sensor táctil envía una señal de activación de Matrix2 a Matrix1 a través de P10 para activar el circuito y comenzar a tomar muestras del sensor de sonido.

El sistema toma una muestra del sensor de sonido cada 30 ms dentro de un período de tiempo de 5 ms. De esta forma, se ahorrará el consumo de energía y se filtrarán los pulsos de sonido cortos.

Si detectamos 15 muestras de sonido secuenciales (ningún silencio dura más de 400ms entre ninguna de las muestras), se concluye que el sonido es persistente. En este caso, el segmento de sonido se considerará un segmento de ronquidos. Cuando esta acción se repite después de un silencio, que dura más de 400ms y menos de 6s, el sonido capturado se considerará un ronquido y el durmiente será alertado por vibración.

Puede retrasar la advertencia por más de 2 segmentos de ronquidos para aumentar la precisión de la configuración pipedelay0 en el diseño, pero esto puede aumentar el tiempo de respuesta. El marco de 6 segundos también debería aumentarse.

Paso 3: Diseño GreenPAK

Primera sección: detección de ronquidos

La salida del sensor de sonido se conectará al Pin6 que está configurado como entrada analógica. La señal se llevará desde el pin a la entrada de ACMP0. La otra entrada de ACMP0 se configura como una referencia de 300 mv.

La salida de ACMP0 se invierte y luego se conecta a CNT / DLY0, que se establece como un retardo de flanco ascendente con un retardo igual a 400ms. La salida de CNT0 será alta cuando la detección de silencio dure más de 400ms. Su salida está conectada a un detector de borde ascendente, que generará un pulso de reinicio breve después de detectar el silencio.

CNT5 y CNT6 son responsables de abrir una puerta de tiempo que dura 5ms cada 30ms para tomar muestras de sonido; durante estos 5ms si se detecta una señal de sonido, la salida de DFF0 da un pulso al contador CNT9. CNT9 se reiniciará si una detección de silencio dura más de 400ms, momento en el que reiniciará el recuento de muestras de sonido.

La salida de CNT9 está conectada a DFF2 que se usa como un punto para detectar un segmento de ronquidos. Cuando se detecta un segmento que ronca, la salida de DFF2 cambia a HI para activar CNT2 / Dly2, que está configurado para funcionar como "retardo de flanco descendente" con un retardo igual a 6 segundos.

DFF2 se reiniciará después de una detección de silencio que dure más de 400ms. Luego comenzará a detectar de nuevo un segmento de ronquidos.

La salida de DFF2 pasa a través de Pipedelay, que está conectado al pin9 a través de LUT1. Pin9 se conectará al motor de vibración.

La salida de Pipedelay cambia de Bajo a Alto cuando detecta dos segmentos de ronquidos secuenciales dentro de la puerta de tiempo para CNT2 (6 segundos).

LUT3 se utiliza para restablecer el retardo de la tubería, por lo que su salida será Baja si la persona que duerme levanta la cabeza de la almohada. En este caso, la puerta de tiempo de CNT2 finaliza antes de detectar dos segmentos de ronquidos secuenciales.

El Pin3 está configurado como entrada y está conectado a un "botón de modo de vibración". La señal que viene del pin3 pasa a través de DFF4 y DFF5 configura el patrón de vibración en uno de dos patrones: mode1 y mode2. En el caso del modo 1: cuando se detecta un ronquido, se envía una señal continua al motor de vibración, lo que significa que el motor funciona continuamente.

En el caso del modo 2: cuando se detecta un ronquido, el motor de vibración se pulsa con la sincronización de la salida CNT6.

Entonces, cuando la salida de DFF5 sea alta, se activará el modo1. Cuando es bajo (modo 2), la salida de DFF4 es alta y la salida de CNT6 aparecerá en el pin 9 a través de LUT1.

La sensibilidad al sensor de sonido se controla mediante un potenciómetro que se establece en el módulo. El sensor debe inicializarse manualmente por primera vez para obtener la sensibilidad requerida.

PIN10 está conectado a la salida de ACMP0, que está conectado externamente a un LED. Cuando el sensor de sonido está calibrado, la salida del pin10 debe ser bastante baja, lo que significa que no hay parpadeo en el LED externo que está conectado topin10. De esta forma, podemos garantizar que la tensión que genera el sensor de sonido en silencio no supere el umbral de 300mv ACMP0.

Si necesita otra alarma además de la vibración, puede conectar un zumbador al pin 9 para que también se active una alarma sonora.

Segunda sección: sensor táctil

El sensor táctil que construimos utiliza una resistencia de detección de fuerza (FSR). Las resistencias de detección de fuerza consisten en un polímero conductor que cambia la resistencia de una manera predecible después de la aplicación de fuerza a su superficie. La película sensora consta de partículas tanto eléctricamente conductoras como no conductoras suspendidas en una matriz. La aplicación de una fuerza a la superficie de la película sensora hace que las partículas toquen los electrodos conductores, cambiando la resistencia de la película. FSR viene con diferentes tamaños y formas (círculo y cuadrado).

La resistencia excedió 1 MΩ sin presión aplicada y varió desde alrededor de 100 kΩ hasta unos pocos cientos de Ohms, ya que la presión varió de ligera a pesada. En nuestro proyecto, FSR se utilizará como sensor táctil de cabeza y se encuentra dentro de la almohada. El peso medio de la cabeza humana está entre 4,5 y 5 kg. Cuando el usuario apoya la cabeza en la almohada, se aplica una fuerza sobre el FSR y cambia su resistencia. GPAK detecta este cambio y el sistema se habilita.

La forma de conectar un sensor resistivo es conectar un extremo a la alimentación y el otro a una resistencia desplegable a tierra. Luego, el punto entre la resistencia de descenso fija y la resistencia FSR variable se conecta a la entrada analógica de un GPAK (Pin12) como se muestra en la figura 7. La señal se llevará desde el pin a la entrada de ACMP1. La otra entrada de ACMP1 está conectada a una configuración de referencia de 1200 mv. El resultado de la comparación se almacena en DFF6. Cuando se detecta un toque de cabeza, la salida de DFF2 cambia a HI para activar CNT2 / Dly2, que está configurado para funcionar como "retardo de flanco descendente" con un retardo igual a 1,5 seg. En este caso, si el durmiente se mueve o gira de un lado a otro y el FSR se interrumpe por menos de 1,5 segundos, el sistema aún está activado y no se produce ningún reinicio. CNT7 y CNT8 se utilizan para habilitar FSR y ACMP1 durante 50 mS cada 1 segundo para reducir el consumo de energía.

Conclusión

En este proyecto hicimos una almohada inteligente que se utiliza para la detección de ronquidos para alertar a la persona que duerme mediante vibración.

También hicimos un sensor táctil usando FSR para activar el sistema automáticamente al usar la almohada. Una opción de mejora adicional podría ser diseñar FSR en paralelo para acomodar almohadas de mayor tamaño. También hicimos filtros digitales para minimizar la ocurrencia de falsas alarmas.