Come migliorare il riposo notturno

Tantissime persone russano durante il sonno e la maggior parte di esse non si preoccupano del problema o sembra che non notino il rumore. Purtroppo, un'altra buona parte delle persone perde il sonno a causa del rumore prodotto dai compagni di letto o di stanza. Questo progetto è stato creato appositamente per loro.

Introduzione

Quando a letto c'è una persona che russa, il problema del prendere sonno è di entrambi, e spesso restano svegli per vari motivi. Calci, schiaffi, spintoni o pungoli aumentano lo stress, rendendo ancora più difficile addormentarsi. Il dispositivo presentato qui produce un rumore gradevole per il "non russatore", sperando che egli si rilassi. Il circuito si mette in ascolto anche del russatore. Quando rileva il rumore del russare, esso aumenta il volume del suono rilassante per coprire i disturbi circostanti. Cinque minuti dovrebbero essere sufficienti per far addormentare le due persone. Il ciclo di funzionamento si ripete all'infinito.

Suoni rilassanti

I suoni del mare, una leggera brezza e il vento tra gli alberi sono considerati suoni rilassanti da parte di molte persone. La shield anti russamento (vedi figura 1) produce un rumore bianco (con colore regolabile), che si avvicina molto a questi suoni rilassanti. E' possibile collegare anche un modulo lettore MP3 per ascoltarli.

Figura 1: la shield anti russamento è compatibile con Arduino Uno

Figura 1: la shield anti russamento è compatibile con Arduino Uno

E' iniziato tutto con un'app per Android

Lo Shield anti russamento si basa sull'App per  Android "SleepSation", disponibile nel Google Play Store.
Perché questa app funziona su un telefono cellulare (o tablet) è necessario tenere un telefono vicino al letto. Sfortunatamente, un sacco la maggior parte delle pesone non vuole un cellulare sul proprio cuscino. E' questo il motivo per cui gli sviluppatori dell'app hanno chiesto di progettare un dispositivo che non utilizzi alcuno smartphone. Durante il funzionamento l'emissione del suono rilassante è attiva solo quando viene rilevato il rumore del russare. Il pulsante SW2 alterna tra due modalità di funzionamento. Premendo il pulsante SW1 si annullerà il rilevamento del russamento e il livello sonoro tornerà a quello predefinito.

Specifiche

  • due modalità di rilevamento del russamento;
  • microfono electret;
  • uscita cuffie;
  • display grafico OLED I2C;
  • due pulsanti;
  • potenziometro del volume;
  • controllo del colore del rumore;
  • compatibile con il modulo lettore MP3 Grove;
  • alimentato con adattatore da 9-12 VDC o un powerbank da 5 V USB.

Il rilevamento del russamento

La Shield anti russamento tiene traccia continuamente del livello sonoro ambientale. In condizioni normali di sonno esso dovrebbe risultare alquanto basso. Il russare dovrebbe aumentare il livello sonoro medio, ma lo faranno anche altre fonti sonore come il muoversi nel letto o le automobili che passano. La shield è compatibile con la piedinatura di Arduino (preferibilmente Arduino Uno) e si inserisce su esso. Ma anche altri tipi dovrebbero andare bene.

Due modalità operative

Il dispositivo funziona secondo due modalità operative:

  • suono continuo;
  • suono controllato dal russare.

In modalità "suono continuo" il suono di relax è attivato continuamente. Quando viene rilevato il russare, il livello del suono è gradatamente innalzato in cinque minuti. Nel "suono controllato dal russare", invece, il suono rilassante è attivo solo quando è rilevato il rumore del russare. Il pulsante SW2 alterna tra le due modalità di funzionamento. Premendo il pulsante SW1 si annulla il rilevamento del russamento e il livello sonoro torna al suo livello predefinito (spento o basso, a seconda della modalità). Premendolo quando è inattivo si forza un rilevamento di russamento, che causa l'aumento del livello sonoro del suono al fine di coprire il rumore del russamento.

Rilevamento del russare

La shield tiene continuamente traccia del livello sonoro ambientale . In condizioni di sonno normali tale livello dovrebbe essere basso. Se si russa aumenta il livello sonoro medio, ma esso potrebbe essere alterato anche da altre fonti sonore, come il muoversi nel letto o il traffico delle automobili. La rilevazione del russare è, quindi, un po' più complicata del semplice confronto tra il livello sonoro corrente e la media attuale. Il circuito analizza, dunque, tre russate consecutive, definite come un suono alto (fino a circa tre secondi) seguito da un periodo di silenzio di 5-10 secondi. Ovviamente, non è possibile escludere falsi rilevamenti e anche dei suoni con caratteristiche simili potrebbero innescare il dispositivo come, ad esempio, tre colpi di tosse in una lenta sequenza.

Dettagli interni

Lo schema della Shield è illustrato in figura 2. Il rilevamento del russamento parte dal microfono MIC1, collegato a un amplificatore con una banda passante compresa tra circa 100 Hz a 3 kHz. L'uscita dell'amplificatore è collegata all'ingresso analogico A0 dell'ATmega328 di Arduino, che si occupa della digitalizzazione e dell'elaborazione digitale. All'interno della MCU il segnale audio viene campionato a una frequenza di 7 kHz. Sebbene questi suoni abbiano una frequenza doppia della larghezza di banda in ingresso, in realtà la pendenza dell'amplificatore non è molto ripida e l'analisi della frequenza del segnale audio potrebbe risultare problematica. Non è, tuttavia, un grosso problema perché si sta solo osservando il volume del suono. Per coprire il rumore del russare, il sistema produce un rumore bianco. Esso viene gestito dal software usando il registro di shift lineare (LFSR), utilizzando un registro a scorrimento a 32 bit con una frequenza di campionamento di 20 kHz. Il rumore digitale viene emesso sul pin D8 di Arduino. Il transistor T2 funziona come un amplificatore controllato in tensione per consentire la modulazione dell'ampiezza del rumore. La tensione di controllo è prodotta da un segnale PWM con un filtro passa-basso disponibile sul pin D6 di Arduino. Il circuito attorno al transistor T3 è un filtro per regolare il "colore" del rumore. Per motivi di semplicità, la retroazione del filtro è controllata da un potenziometro classico. Il software può attivare o disattivare il transistor T4 per selezionare tra due modalità di feedback, ottenendo due tipi di rumore diversi. L'uscita dell'amplificatore del rumore è collegata a un amplificatore di potenza classico basato sull'LM386 con controllo manuale del volume. Questo amplificatore può pilotare cuffie o un piccolo altoparlante.

Figura 2: lo schema elettrico consiste principalmente nell'amplificatore per microfono T1, il processore di rumore controllato da T2 e T3 e l'amplificatore di potenza IC1

Figura 2: lo schema elettrico consiste principalmente nell'amplificatore per microfono T1, il processore di rumore controllato da T2 e T3 e l'amplificatore di potenza IC1

Elenco componenti

Di seguito viene proposto l'elenco dei componenti utilizzati:

  • Resistenze
    • Default: SMD 0805
    • JP1, JP2 = 0 ohm
    • R15, R18 = 10 ohm
    • R6 = 680 ohm
    • R13, R16 = 1 kohm
    • R4 = 1,2 kohm
    • R3 = 2,7 kohm
    • R5, R7, R8, R9, R12 = 10 kohm
    • R2 = 15 kohm
    • R1 = 27 kohm
    • R14, R17 = 100 kohm
    • R10, R11 = 180 kohm
    • P2 = 10 kohm potenziometro verticale
    • P1 = 100 kohm potenziometro verticale
  • Condensatori
    • Default: SMD 0805
    • C6, C6 = 100 pF
    • C7 = 1 nF
    • C9 = 47 nF
    • C2, C14, C15, C16 = 100 nF
    • C1, C8 = 1 uF
    • C10, C12 = 10 uF 16V, 2mm
    • C3, C4, C13 = 47 uF 16V, 2.5 mm
    • C11 = 220 uF 16V, 5mm
  • Semiconduttori
    • T4 = 2N7002
    • T1, T2, T3 = BC847C
    • IC1 = LM386M-1/NOPB
  • Varie
    • MIC1 = microfono a condensatore electret
    • K6 = connettore jack 3.5 mm
    • S1, S2 = pulsante 6x6 mm
    • K1 = morsetto a 6 posti, passo 0,1"
    • K2, K3 = morsetto a 8 posti, passo 0,1"
    • K4 = morsetto a 10 posti, passo 0,1"
    • K5 = morsetto a 4 vie, passo 0,1"
    • K7 = morsetto a 4 posti, passo 0,1"
    • K8 = morsetto a 4 posti, passo 2mm
    • MOD1 = Display OLED 0,96" I2C
    • PCB 180481-1

Un lettore MP3 per suoni personalizzati

Il lettore MP3 utilizzato è un modulo Grove di Seeedstudio (vedi figura 3) e si collega a K7. Questo modulo è controllato su una porta seriale emulata nel software sui pin D2 e D3 di Arduino. Possono essere usati anche altri tipi di moduli del lettore MP3 ma, in questo caso, occorrerebbe modificare il software. Si noti che il connettore Grove K8 ha un passo di 2 mm. K7 offre un'alternativa con passo da 0,1". La porta seriale del software, purtroppo, ha un impatto negativo sul segnale del rumore digitale. Se il modulo MP3 non viene utilizzato, si dovrebbe commentare la relativa riga di programma.

Figura 3: è possibile collegare un modulo lettore MP3 per migliorare la qualità complessiva del suono e riprodurre suoni personalizzati

Figura 3: è possibile collegare un modulo lettore MP3 per migliorare la qualità complessiva del suono e riprodurre suoni personalizzati

Utilizzare un altoparlante di alta qualità

E' importante che il suono prodotto sia effettivamente rilassante, quindi ci si assicuri di utilizzare un efficiente sistema sonoro. Un altoparlante scarso produrrà un suono scarso, annullando lo scopo del sistema. Sono disponibili un controllo del volume e il controllo del colore del rumore del suono.

Il display

Il display OLED è da 0.96" con una grafica di 64 x 128 pixel. Di queste unità ne esistono di diverse versioni, con sei o quattro pin e con diverse piedinature; abbiamo optato per il tipo a 4 pin. Questo modello è disponibile in due versioni: pin 1 = GND, pin 2 = VCC e gli altri attorno. I ponticelli JP1 e JP2 permettono la scelta. Un display è utile per l'interazione con l'utente. Sulla prima riga (vedi figura 4) è riportato il nome del dispositivo e la versione del firmware; sulla seconda il numero del progetto Elektor. La terza riga mostra le statistiche del suono (soglia di rilevamento e suono ambientale, in dB) e il livello sonoro (in percentuale). Alla fine vi è la modalità: "0" per suono continuo o "1" per il suono controllato dal russare. Infine, la quarta linea mostra lo stato di rilevamento del russare con altri parametri.

Figura 4: il display OLED. Il numero "298" sulla quarta linea è il numero di secondi di attesa prima che il sistema ritorni alla modalità di rilevamento del russamento

Figura 4: il display OLED. Il numero "298" sulla quarta linea è il numero di secondi di attesa prima che il sistema ritorni alla modalità di rilevamento del russamento

Il Software

Il software può essere scaricato gratuitamente da [1], e si consiglia di provarlo e modificarlo. Forse si potrebbe migliorare l'algoritmo di rilevamento del russare o personalizzare i livelli sonori. Si tratta di uno sketch di Arduino composto da un file singolo e da tante librerie e come tale può essere programmato senza particolari esigenze. Tutto ciò di cui si ha bisogno è una recente versione dell'IDE di Arduino.

Una parola sull'alimentazione

Un'applicazione tipica di Arduino potrebbe essere alimentata autonomamente da un caricatore per telefono. Sfortunatamente, questi sono elettricamente molto rumorosi e influenzano gravemente la qualità del rumore prodotto dal circuito. E', quindi, altamente consigliato un alimentatore da 9 V oppure un powerbank USB. Non utilizzare la porta USB del PC.

>>>Leggi anche: La tecnologia del sonno: ecco i 10 gadget che aiutano a dormire bene – Parte 1/2

>>>Leggi anche: La tecnologia del sonno: ecco i 10 gadget che aiutano a dormire bene – Parte 2/2

Web Link

[1] www.elektormagazine.com/labs/snore-shield

 

Elektor Post

Una risposta

  1. Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 19 aprile 2019

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