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

關鍵詞：藍牙控制；心語枕頭；睡眠質量

引言

在現今的社會中，忙碌的日子使人們長期處于高壓力的狀態下，這無形中對我們的健康已經造成極大的威脅。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，仍會因“互引作用”互相影響而產生相同的擺動頻率。音樂同樣會對體內的律動如心跳、呼吸和腦波動等產生互引作用。而這些身體的律動也會與我們的壓力有所回應，當壓力指數上升，心跳、呼吸與腦波動也會跟著上升。音樂可以有效地發揮降緩心跳及改變腦波動的功效，進而使人體完全放松；結果可減低心跳變動性以達到舒適的狀態，也能增加心臟血管系統的協調性與運作效率，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量起到了很關鍵的作用，有意識養成良好的睡姿，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，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，占有很大優勢，且發展勢頭仍然迅猛，因此我們選擇And roid手機作為手持端。

枕頭終端：終端系統采用chipKITWF32開發板作為核心。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數據存儲器。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。

本設計核心部分是PIC32MX695F512L微控制器，配以適當的外圍電路來完成各項功能。主要包括傳感器數據采集，數據處理，SD卡讀寫，文件系統的支持，語音播放，藍牙無線通信。PIC微控制器完成傳感器的數據處理并把數據發送到手持端，同時做出相應的動作。PIC還得實時監測從藍牙模塊HC-06發送過來的指令，來實現特定的功能。

SD卡模塊采用chipKIT WF32開發板自帶的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軸角速度的數字里0

2.枕頭內硬件部分

整個系統從設計原理上劃分，可分解為以下5個部分來說明。

人機交互：通過手機的應用軟件實現人機交互，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，手機可通過藍牙向下位機傳輸數據，同時下位機向手機發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的姿態角，進行積分可測位移。加速度計地測量數據與陀螺儀用卡爾曼濾波進行數據融合，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送到手機端記錄并顯示出來。

數據讀寫：數據主要存儲在SD卡中，SD卡的文件讀寫通過FAT32文件系統實現。

音頻播放：通過硬件解碼實現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字電源，且對音質有直接影響，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。

4.終端系統的軟件總體設計流程圖

見圖7。

5.藍牙通信流程圖

見圖8。

6.安卓手機發送指令流程

見圖9。

7.安卓手機接收數據流程

見圖10。

8.結語

心語枕頭主要的創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。