智能家居之心语枕头

李博志　任爱锋

摘要：针对如何才能在自己的小空间找到属于自己的宁静，如何提升自己的睡眠质量，构思出了一种通过手机蓝牙控制的心语枕头的设计方案，来提高人们的睡眠质量。

关键词：蓝牙控制；心语枕头；睡眠质量

引言

在现今的社会中，忙碌的日子使人们长期处于高压力的状态下，这无形中对我们的健康已经造成极大的威胁。因此，如何有效地舒解压力成为当今刻不容缓的一道课题。

“互引”是一种自然现象，同时存在于各个实体中。举例来说，两个很接近的时钟，配有一样的钟摆，即使让它们由不同的时间开始运转，仍会因“互引作用”互相影响而产生相同的摆动频率。音乐同样会对体内的律动如心跳、呼吸和脑波动等产生互引作用。而这些身体的律动也会与我们的压力有所回应，当压力指数上升，心跳、呼吸与脑波动也会跟着上升。音乐可以有效地发挥降缓心跳及改变脑波动的功效，进而使人体完全放松；结果可减低心跳变动性以达到舒适的状态，也能增加心脏血管系统的协调性与运作效率，舒解压力，提高工作效率。

很多人会在睡觉前带上耳机，听着音乐，可是经常带耳机会引起耳部不适，对解决入睡起到了事倍功半的效果。而在枕头中内置一个带有扩音器的音乐播放终端，就会带来更多的舒适感。合理的睡姿对睡眠质量起到了很关键的作用，有意识养成良好的睡姿，具有重要的意义。

随着家庭智能化的不断提高，在很大程度上提高了居民生活的幸福指数，给人们的日常生活带来了很多的便利。新型智能家电，不仅要满足人们物质层面上的需求，更要满足人们精神层面上的需求。因此本文提出了心语枕头的设计方案

1.心语枕头的整体组成

手机端：由于Android市场庞大，用户深入到各个层面，占有很大优势，且发展势头仍然迅猛，因此我们选择And roid手机作为手持端。

枕头终端：终端系统采用chipKITWF32开发板作为核心。该微控制器具有一个运行在80MHz的32位MIPS处理核心，512K的flash程序存储器，128K的SRAM数据存储器。同时板上还集成MicrochipMRF24WGOMA WiFi模块，可以满足心语枕头的无线通信功能，也方便了后期的功能扩展。

本设计核心部分是PIC32MX695F512L微控制器，配以适当的外围电路来完成各项功能。主要包括传感器数据采集，数据处理，SD卡读写，文件系统的支持，语音播放，蓝牙无线通信。PIC微控制器完成传感器的数据处理并把数据发送到手持端，同时做出相应的动作。PIC还得实时监测从蓝牙模块HC-06发送过来的指令，来实现特定的功能。

SD卡模块采用chipKIT WF32开发板自带的SD卡模块，文件系统采用FAT32文件系统，将要播放的音频存放到SD卡中。

3轴加速度和3轴陀螺仪采用MPU6050，能直接返回3轴加速度和3轴角速度的数字里0

2.枕头内硬件部分

整个系统从设计原理上划分，可分解为以下5个部分来说明。

人机交互：通过手机的应用软件实现人机交互，手机端采用图形界面收集。

通信部分：终端采用HC-06蓝牙串口模块，手机可通过蓝牙向下位机传输数据，同时下位机向手机发送采集数据和反馈数据。

测量睡姿：3轴加速度和3轴陀螺仪采用MPU6050模块，能测得3轴加速度和3轴角速度值，3轴加速度值可准确的反映静态的姿态角，进行积分可测位移。加速度计地测量数据与陀螺仪用卡尔曼滤波进行数据融合，能准确测出人体的角度和位移。通过测得角度就可以得出人体的睡姿，位移信息作为反馈信息可发送到手机端记录并显示出来。

数据读写：数据主要存储在SD卡中，SD卡的文件读写通过FAT32文件系统实现。

音频播放：通过硬件解码实现MP3和WMA的音频解码，微控制器从SD卡中读取音频播放信息，再将数据传到VS1053解码音频文件，通过扩音器放出声音。

3.模块电路图

音频解码采用VS1053解码芯片，该芯片能解码MP3、WMA、MIDl和WAV格式的音频文件，同时还支持录音功能，本系统中暂未用到这个功能，但是对其音频录音的电路保留了下来，方便日后升级。整个模块电路如图6所示。对于VS1053，由于其既有模拟电源又有数字电源，且对音质有直接影响，所以，本模块中使用了大量滤波和去耦电容。电容有的采用了LC滤波，为VS1053工作提供了稳定的外部条件。

4.终端系统的软件总体设计流程图

见图7。

5.蓝牙通信流程图

见图8。

6.安卓手机发送指令流程

见图9。

7.安卓手机接收数据流程

见图10。

8.结语

心语枕头主要的创新点是在于通过枕头中的终端可以有效缓解用户睡觉所遇到的问题；其次借助蓝牙模块，可以与手机进行无线通信，在控制上也给用户带来了更多的可操作性。

心语枕头目前主要问题需要解决功耗以及设备的成本。后期希望通过手机无线直接可以更新终端文件库中的语音文件。