Oreiller intelligent : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Ce Instructable décrit comment faire un oreiller intelligent qui est sensible au ronflement !

L'oreiller intelligent s'appuie sur les vibrations pour indiquer au dormeur quand il ronfle pendant son sommeil. Il fonctionne automatiquement lorsqu'une personne pose sa tête sur l'oreiller.

Le ronflement est une condition malheureuse car il affecte non seulement la personne qui ronfle mais aussi les personnes qui dorment autour de lui. Le ronflement a été élu comme la principale raison médicale du divorce aux États-Unis. De plus, l'apnée du sommeil peut causer un large éventail de problèmes de santé qui peuvent être atténués en s'assurant qu'un dormeur ne choisit pas une position qui conduit au ronflement.

Dans ce Instructable, nous allons construire un système qui peut détecter et analyser les sons. Lorsqu'il analyse un son de ronflement, il allume un moteur de vibration pour que le dormeur se réveille. Lorsque la personne endormie lève la tête de l'oreiller, le moteur de vibration s'arrête. Lorsqu'un dormeur change de position de sommeil, il est plus susceptible de s'installer dans une position différente qui empêchera le ronflement.

Étape 1: Tâches d'oreiller:

• L'oreiller est doté d'un capteur tactile de sorte que le système s'active automatiquement lorsque la personne pose sa tête sur l'oreiller et reste inactif lorsqu'elle lève la tête.
• Lorsque le système détecte un ronflement ou tout autre son cacophonique, un vibreur est activé pour réveiller le dormeur.
• Comprend 2 modes de vibration réglables par l'utilisateur: continu ou pulsé. Le système est utile pour les personnes qui souffrent de ronflement. Pour plus de sécurité, les personnes qui souffrent d'un sommeil très profond peuvent également utiliser le système car il peut détecter les sonnettes, la sonnerie des téléphones ou les pleurs des bébés.

Nous avons mis en œuvre ce projet avec un CMIC Silego SLG46620V, un capteur de son, un moteur de vibration, une résistance de détection de force et quelques composants passifs.

Le nombre total de composants pour cette conception est assez minime, malgré l'absence de microcontrôleur. Étant donné que les CMIC GreenPAK sont peu coûteux et consomment peu d'énergie, ils constituent un composant idéal pour cette solution. Leur petite taille leur permettrait également de s'intégrer facilement à l'intérieur de l'oreiller sans souci de fabrication.

La plupart des projets qui dépendent de la détection du son ont un "faux taux de déclenchement", ce qui est nécessaire en raison de la possibilité d'erreur parmi une variété de capteurs. Les capteurs associés à ce projet détectent simplement un niveau sonore; ils ne détectent pas le type de son ou la nature de son origine. Par conséquent, un faux déclenchement peut être provoqué par un acte tel que des applaudissements, des coups ou tout autre bruit non lié au ronflement pouvant être détecté par le capteur.

Dans ce projet, le système ignorera les sons courts qui provoquent un faux taux de déclenchement, nous allons donc construire un filtre numérique capable de détecter un segment sonore comme le son du ronflement.

Regardez la courbe graphique de la figure 1 qui représente le son du ronflement.

Nous pouvons voir qu'il se compose de deux sections qui sont répétées et corrélées dans le temps. La première section détecte le ronflement; il s'agit d'une séquence d'impulsions courtes d'une durée de 0,5 à 4 secondes, suivies d'une période de silence d'une durée de 0,4 à 4 secondes et pouvant contenir un bruit de fond.

Par conséquent, pour filtrer les autres bruits, le système doit détecter un segment de ronflement, qui dure plus de 0,5 seconde, et ignorer tout segment sonore plus bref. Pour rendre le système plus stable, un compteur doit être mis en place qui compte les segments de ronflement pour lancer l'alarme après la détection de deux segments de ronflement séquentiels.

Dans ce cas, même si un son dure plus de 0,5 seconde, le système le filtrera à moins qu'il ne soit répété dans un laps de temps spécifique. De cette façon, nous pouvons filtrer le son qui peut être causé par un mouvement, une toux ou même de brefs signaux sonores.

Étape 2: Plan de mise en œuvre

La conception de ce projet se compose de deux sections; la première section est chargée de détecter le son et l'analyse pour détecter le son du ronflement afin d'alerter le dormeur.

La deuxième section est un capteur tactile; il est chargé d'activer automatiquement le système lorsqu'une personne pose sa tête sur l'oreiller, et de désactiver le système lorsque la personne endormie lève la tête de l'oreiller.

Un oreiller intelligent peut être très facilement mis en œuvre avec un seul circuit intégré à signaux mixtes configurable GreenPAK (CMIC).

Vous pouvez suivre toutes les étapes pour comprendre comment la puce GreenPAK a été programmée pour contrôler le Smart Pillow. Cependant, si vous souhaitez simplement créer facilement le Smart Pillow sans comprendre tous les circuits internes, téléchargez le logiciel GreenPAK gratuit pour afficher le fichier de conception Smart Pillow GreenPAK déjà terminé. Branchez votre ordinateur au kit de développement GreenPAK et cliquez sur programme pour créer le circuit intégré personnalisé pour contrôler votre Smart Pillow. Une fois le circuit intégré créé, vous pouvez ignorer l'étape suivante. L'étape suivante abordera la logique contenue dans le fichier de conception Smart Pillow GreenPAK pour ceux qui souhaitent comprendre le fonctionnement du circuit.

Comment ça fonctionne?

Chaque fois qu'une personne pose sa tête sur l'oreiller, le capteur tactile envoie un signal d'activation de Matrix2 à Matrix1 via P10 pour activer le circuit et commencer à prélever des échantillons du capteur sonore.

Le système prélève un échantillon du capteur sonore toutes les 30 ms dans un délai de 5 ms. De cette façon, la consommation d'énergie sera économisée et les impulsions sonores courtes seront filtrées.

Si nous détectons 15 échantillons sonores séquentiels (aucun silence ne dure plus de 400 ms entre les échantillons), il est conclu que le son est persistant. Dans ce cas, le segment sonore sera considéré comme un segment de ronflement. Lorsque cette action se répète après un silence, qui dure plus de 400ms et moins de 6s, le son capté sera considéré comme un ronflement et le dormeur sera alerté par vibration.

Vous pouvez retarder l'avertissement pour plus de 2 segments de ronflement pour augmenter la précision de la configuration pipedelay0 dans la conception, mais cela peut augmenter le temps de réponse. Le cadre de 6 secondes devrait également être augmenté.

Étape 3: Conception GreenPAK

Première section: détection du ronflement

La sortie du capteur sonore sera connectée à la broche 6 qui est configurée comme une entrée analogique. Le signal sera amené de la broche à l'entrée d'ACMP0. L'autre entrée d'ACMP0 est configurée comme une référence de 300mv.

La sortie d'ACMP0 est inversée puis connectée à CNT/DLY0, qui est défini comme un retard de front montant avec un retard égal à 400 ms. La sortie de CNT0 sera élevée lorsque la détection de silence dure plus de 400 ms. Sa sortie est connectée à un détecteur de front montant, qui générera une courte impulsion de réinitialisation après détection d'un silence.

CNT5 et CNT6 sont chargés d'ouvrir une porte temporelle qui dure 5 ms toutes les 30 ms pour prélever des échantillons sonores; pendant ces 5ms s'il y a détection d'un signal sonore, la sortie de DFF0 donne une impulsion au compteur CNT9. CNT9 sera réinitialisé si une détection de silence dure plus de 400 ms, auquel cas il redémarrera le comptage des échantillons sonores.

La sortie de CNT9 est connectée à DFF2 qui sert de point pour détecter un segment de ronflement. Lorsqu'un segment de ronflement est détecté, la sortie de DFF2 passe à HI pour activer CNT2/Dly2, qui est configuré pour fonctionner comme un « retard de front descendant » avec un retard égal à 6 secondes.

DFF2 sera réinitialisé après une détection de silence qui dure plus de 400 ms. Il recommencera alors à détecter un segment de ronflement.

La sortie de DFF2 passe par Pipedelay, qui est connecté à la broche 9 via LUT1. La broche 9 sera connectée au moteur de vibration.

La sortie de Pipedelay passe de bas à haut lorsqu'il détecte deux segments de ronflement séquentiels dans la porte de temps pour CNT2 (6 secondes).

LUT3 est utilisé pour réinitialiser le Pipedelay, de sorte que sa sortie sera faible si la personne endormie lève la tête de l'oreiller. Dans ce cas, la porte temporelle de CNT2 est terminée avant de détecter deux segments de ronflement séquentiels.

La broche 3 est configurée comme une entrée et est connectée à un "bouton de mode vibration". Le signal provenant de la broche 3 passe par DFF4 et DFF5 configure le modèle de vibration sur l'un des deux modèles: mode1 et mode2. En cas de mode1: lorsqu'un ronflement est détecté, un signal continu est envoyé au moteur de vibration, ce qui signifie que le moteur fonctionne en continu.

Dans le cas du mode2: lorsqu'un ronflement est détecté, le moteur de vibration est pulsé avec la synchronisation de la sortie CNT6.

Ainsi, lorsque la sortie de DFF5 est élevée, le mode1 sera activé. Lorsqu'il est bas (mode 2), la sortie de DFF4 est haute et la sortie de CNT6 apparaîtra sur la broche 9 à LUT1.

La sensibilité au capteur sonore est contrôlée par un potentiomètre qui est réglé dans le module. Le capteur doit être initialisé manuellement pour la première fois pour obtenir la sensibilité requise.

PIN10 est connecté à la sortie de ACMP0, qui est connecté en externe à une LED. Lorsque le capteur sonore est calibré, la sortie de la broche 10 doit être assez faible, ce qui signifie qu'il n'y a pas de scintillement sur la LED externe qui est connectée à la broche 10. De cette façon, nous pouvons garantir que la tension qui est générée par le capteur sonore en silence ne dépasse pas le seuil de 300mv ACMP0.

Si vous avez besoin d'une autre alarme en plus des vibrations, vous pouvez connecter un buzzer à la broche 9 afin qu'une alarme sonore soit également activée.

Deuxième partie: Capteur tactile

Le capteur tactile que nous avons construit utilise une résistance à détection de force (FSR). Les résistances à détection de force sont constituées d'un polymère conducteur qui modifie la résistance de manière prévisible suite à l'application d'une force sur sa surface. Le film de détection se compose à la fois de particules électriquement conductrices et non conductrices en suspension dans une matrice. L'application d'une force à la surface du film de détection amène les particules à toucher les électrodes conductrices, ce qui modifie la résistance du film. FSR est disponible en différentes tailles et formes (cercle et carré).

La résistance dépassait 1 MΩ sans pression appliquée et variait d'environ 100 kΩ à quelques centaines d'ohms alors qu'une pression variait de légère à forte. Dans notre projet, le FSR sera utilisé comme capteur tactile de tête et il est situé à l'intérieur de l'oreiller. Le poids moyen d'une tête humaine se situe entre 4,5 et 5 kg. Lorsque l'utilisateur pose sa tête sur l'oreiller, une force est appliquée sur le FSR et sa résistance change. GPAK détecte ce changement et le système est activé.

La façon de connecter un capteur résistif consiste à connecter une extrémité à l'alimentation et l'autre à une résistance de rappel à la terre. Ensuite, le point entre la résistance de tirage fixe et la résistance variable FSR est connecté à l'entrée analogique d'un GPAK (Pin12) comme le montre la figure 7. Le signal sera amené de la broche à l'entrée d'ACMP1. L'autre entrée d'ACMP1 est connectée à un réglage de référence de 1200 mv. Le résultat de la comparaison est stocké dans DFF6. Lorsqu'un contact de la tête est détecté, la sortie de DFF2 passe à HI pour activer CNT2/Dly2, qui est configuré pour fonctionner comme un « retard de front descendant » avec un retard égal à 1,5 s. Dans ce cas, si le dormeur bouge ou tourne d'un côté à l'autre et que le FSR est interrompu moins de 1,5 sec, le système est toujours activé et aucune réinitialisation ne se produit. CNT7 et CNT8 sont utilisés pour activer FSR et ACMP1 pendant 50 mS toutes les 1 s afin de réduire la consommation d'énergie.

Conclusion

Dans ce projet, nous avons fabriqué un oreiller intelligent qui est utilisé pour la détection du ronflement pour alerter la personne endormie par vibration.

Nous avons également créé un capteur tactile utilisant FSR pour activer le système automatiquement lors de l'utilisation de l'oreiller. Une autre option d'amélioration pourrait être de concevoir en parallèle des FSR pour accueillir des oreillers de plus grande taille. Nous avons également fabriqué des filtres numériques pour minimiser l'occurrence de fausses alarmes.