智能家居之心語枕頭

李博志　任愛鋒

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(gòu)思出了一種通過手機藍牙控制的心語枕頭的設(shè)計方案，來提高人們的睡眠質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：藍牙控制；心語枕頭；睡眠質(zhì)量

引言

在現(xiàn)今的社會中，忙碌的日子使人們長期處于高壓力的狀態(tài)下，這無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(dāng)今刻不容緩的一道課題。

“互引”是一種自然現(xiàn)象，同時存在于各個實體中。舉例來說，兩個很接近的時鐘，配有一樣的鐘擺，即使讓它們由不同的時間開始運轉(zhuǎn)，仍會因“互引作用”互相影響而產(chǎn)生相同的擺動頻率。音樂同樣會對體內(nèi)的律動如心跳、呼吸和腦波動等產(chǎn)生互引作用。而這些身體的律動也會與我們的壓力有所回應(yīng)，當(dāng)壓力指數(shù)上升，心跳、呼吸與腦波動也會跟著上升。音樂可以有效地發(fā)揮降緩心跳及改變腦波動的功效，進而使人體完全放松；結(jié)果可減低心跳變動性以達到舒適的狀態(tài)，也能增加心臟血管系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性與運作效率，舒解壓力，提高工作效率。

很多人會在睡覺前帶上耳機，聽著音樂，可是經(jīng)常帶耳機會引起耳部不適，對解決入睡起到了事倍功半的效果。而在枕頭中內(nèi)置一個帶有擴音器的音樂播放終端，就會帶來更多的舒適感。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(yǎng)成良好的睡姿，具有重要的意義。

隨著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(shù)，給人們的日常生活帶來了很多的便利。新型智能家電，不僅要滿足人們物質(zhì)層面上的需求，更要滿足人們精神層面上的需求。因此本文提出了心語枕頭的設(shè)計方案

1.心語枕頭的整體組成

手機端：由于Android市場龐大，用戶深入到各個層面，占有很大優(yōu)勢，且發(fā)展勢頭仍然迅猛，因此我們選擇And roid手機作為手持端。

枕頭終端：終端系統(tǒng)采用chipKITWF32開發(fā)板作為核心。該微控制器具有一個運行在80MHz的32位MIPS處理核心，512K的flash程序存儲器，128K的SRAM數(shù)據(jù)存儲器。同時板上還集成MicrochipMRF24WGOMA WiFi模塊，可以滿足心語枕頭的無線通信功能，也方便了后期的功能擴展。

本設(shè)計核心部分是PIC32MX695F512L微控制器，配以適當(dāng)?shù)耐鈬娐穪硗瓿筛黜椆δ堋Ｖ饕▊鞲衅鲾?shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，SD卡讀寫，文件系統(tǒng)的支持，語音播放，藍牙無線通信。PIC微控制器完成傳感器的數(shù)據(jù)處理并把數(shù)據(jù)發(fā)送到手持端，同時做出相應(yīng)的動作。PIC還得實時監(jiān)測從藍牙模塊HC-06發(fā)送過來的指令，來實現(xiàn)特定的功能。

SD卡模塊采用chipKIT WF32開發(fā)板自帶的SD卡模塊，文件系統(tǒng)采用FAT32文件系統(tǒng)，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(shù)字里0

2.枕頭內(nèi)硬件部分

整個系統(tǒng)從設(shè)計原理上劃分，可分解為以下5個部分來說明。

人機交互：通過手機的應(yīng)用軟件實現(xiàn)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，手機可通過藍牙向下位機傳輸數(shù)據(jù)，同時下位機向手機發(fā)送采集數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)。

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，進行積分可測位移。加速度計地測量數(shù)據(jù)與陀螺儀用卡爾曼濾波進行數(shù)據(jù)融合，能準確測出人體的角度和位移。通過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。

數(shù)據(jù)讀寫：數(shù)據(jù)主要存儲在SD卡中，SD卡的文件讀寫通過FAT32文件系統(tǒng)實現(xiàn)。

音頻播放：通過硬件解碼實現(xiàn)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(shù)據(jù)傳到VS1053解碼音頻文件，通過擴音器放出聲音。

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、MIDl和WAV格式的音頻文件，同時還支持錄音功能，本系統(tǒng)中暫未用到這個功能，但是對其音頻錄音的電路保留了下來，方便日后升級。整個模塊電路如圖6所示。對于VS1053，由于其既有模擬電源又有數(shù)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(wěn)定的外部條件。

4.終端系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計流程圖

見圖7。

5.藍牙通信流程圖

見圖8。

6.安卓手機發(fā)送指令流程

見圖9。

7.安卓手機接收數(shù)據(jù)流程

見圖10。

8.結(jié)語

心語枕頭主要的創(chuàng)新點是在于通過枕頭中的終端可以有效緩解用戶睡覺所遇到的問題；其次借助藍牙模塊，可以與手機進行無線通信，在控制上也給用戶帶來了更多的可操作性。

心語枕頭目前主要問題需要解決功耗以及設(shè)備的成本。后期希望通過手機無線直接可以更新終端文件庫中的語音文件。