智能家居之心語(yǔ)枕頭

摘要：針對如何才能在自己的小空間找到屬于自己的寧靜，如何提升自己的睡眠質(zhì)量，構思出了一種通過(guò)手機藍牙控制的心語(yǔ)枕頭的設計方案，來(lái)提高人們的睡眠質(zhì)量。

引言

在現今的社會(huì )中，忙碌的日子使人們長(cháng)期處于高壓力的狀態(tài)下，這無(wú)形中對我們的健康已經(jīng)造成極大的威脅。因此，如何有效地舒解壓力成為當今刻不容緩的一道課題。
“互引”是一種自然現象，同時(shí)存在于各個(gè)實(shí)體中。舉例來(lái)說(shuō)，兩個(gè)很接近的時(shí)鐘，配有一樣的鐘擺，即使讓它們由不同的時(shí)間開(kāi)始運轉，仍會(huì )因“互引作用”互相影響而產(chǎn)生相同的擺動(dòng)頻率。音樂(lè )同樣會(huì )對體內的律動(dòng)如心跳、呼吸和腦波動(dòng)等產(chǎn)生互引作用。而這些身體的律動(dòng)也會(huì )與我們的壓力有所回應，當壓力指數上升，心跳、呼吸與腦波動(dòng)也會(huì )跟著(zhù)上升。音樂(lè )可以有效地發(fā)揮降緩心跳及改變腦波動(dòng)的功效，進(jìn)而使人體完全放松；結果可減低心跳變動(dòng)性以達到舒適的狀態(tài)，也能增加心臟血管系統的協(xié)調性與運作效率，舒解壓力，提高工作效率。
很多人會(huì )在睡覺(jué)前帶上耳機，聽(tīng)著(zhù)音樂(lè )，可是經(jīng)常帶耳機會(huì )引起耳部不適，對解決入睡起到了事倍功半的效果。而在枕頭中內置一個(gè)帶有擴音器的音樂(lè )播放終端，就會(huì )帶來(lái)更多的舒適感。合理的睡姿對睡眠質(zhì)量起到了很關(guān)鍵的作用，有意識養成良好的睡姿，具有重要的意義。
隨著(zhù)家庭智能化的不斷提高，在很大程度上提高了居民生活的幸福指數，給人們的日常生活帶來(lái)了很多的便利。新型智能家電，不僅要滿(mǎn)足人們物質(zhì)層面上的需求，更要滿(mǎn)足人們精神層面上的需求。因此本文提出了心語(yǔ)枕頭的設計方案。

1 心語(yǔ)枕頭的整體組成

手機端：由于A(yíng)ndroid市場(chǎng)龐大，用戶(hù)深入到各個(gè)層面，占有很大優(yōu)勢，且發(fā)展勢頭仍然迅猛，因此我們選擇Android手機作為手持端。
枕頭終端：終端系統采用chipKIT WF32開(kāi)發(fā)板作為核心。該微控制器具有一個(gè)運行在80MHz的 32位MIPS處理核心， 512K 的 flash 程序存儲器, 128K的SRAM數據存儲器。同時(shí)板上還集成Microchip MRF24WG0MA WiFi 模塊,可以滿(mǎn)足心語(yǔ)枕頭的無(wú)線(xiàn)通信功能，也方便了后期的功能擴展。

本設計核心部分是PIC32MX695F512L 微控制器 ，配以適當的外圍電路來(lái)完成各項功能。主要包括傳感器數據采集，數據處理，SD卡讀寫(xiě)，文件系統的支持，語(yǔ)音播放，藍牙無(wú)線(xiàn)通信。PIC微控制器完成傳感器的數據處理并把數據發(fā)送到手持端，同時(shí)做出相應的動(dòng)作。PIC還得實(shí)時(shí)監測從藍牙模塊HC-06發(fā)送過(guò)來(lái)的指令，來(lái)實(shí)現特定的功能。

SD卡模塊采用chipKIT WF32開(kāi)發(fā)板自帶的SD卡模塊，文件系統采用FAT32文件系統，將要播放的音頻存放到SD卡中。
3軸加速度和3軸陀螺儀采用MPU6050,能直接返回3軸加速度和3軸角速度的數字量。

2 枕頭內硬件部分

整個(gè)系統從設計原理上劃分，可分解為以下5個(gè)部分來(lái)說(shuō)明。
人機交互：通過(guò)手機的應用軟件實(shí)現人機交互，手機端采用圖形界面收集。

  通信部分：終端采用HC-06藍牙串口模塊，手機可通過(guò)藍牙向下位機傳輸數據，同時(shí)下位機向手機發(fā)送采集數據和反饋數據。
測量睡姿：3軸加速度和3軸陀螺儀采用MPU6050模塊，能測得3軸加速度和3軸角速度值，3軸加速度值可準確的反映靜態(tài)的姿態(tài)角，進(jìn)行積分可測位移。加速度計地測量數據與陀螺儀用卡爾曼濾波進(jìn)行數據融合，能準確測出人體的角度和位移。通過(guò)測得角度就可以得出人體的睡姿，位移信息作為反饋信息可發(fā)送到手機端記錄并顯示出來(lái)。
數據讀寫(xiě)：數據主要存儲在SD卡中，SD卡的文件讀寫(xiě)通過(guò)FAT32文件系統實(shí)現。

音頻播放：通過(guò)硬件解碼實(shí)現MP3和WMA的音頻解碼，微控制器從SD卡中讀取音頻播放信息，再將數據傳到VS1053解碼音頻文件，通過(guò)擴音器放出聲音。

3 模塊電路圖

音頻解碼采用VS1053解碼芯片，該芯片能解碼MP3、WMA、MIDI和WAV格式的音頻文件，同時(shí)還支持錄音功能，本系統中暫未用到這個(gè)功能，但是對其音頻錄音的電路保留了下來(lái)，方便日后升級。整個(gè)模塊電路如圖6所示。對于VS1053，由于其既有模擬電源又有數字電源，且對音質(zhì)有直接影響，所以，本模塊中使用了大量濾波和去耦電容。電容有的采用了LC濾波，為VS1053工作提供了穩定的外部條件。

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第3期第39頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。