magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

RSPMA136-wearable platforms-webA viselhető készülékek technológiája a beágyazott rendszerek fejlesztésének új irányvonala, számos eltérő technológiát összekapcsolva és új módokon elérhetővé téve azt a felhasználó számára. A viselhető készülékek technológiája újfajta felhasználói interfészek lehetőségeit tárja fel, amelyek által a számítógépek és az elektronikus berendezések sokkal fogékonyabbá válnak a viselőjükre, és általános egészségi állapotuk szempontjából is fontos adatokkal láthatják el őket. A szerző a viselhető készülékek fejlesztésének új eszközeit és módszereit tekinti át.

 

A kezdetekben a problémát a prototípuskészítés nehézsége, a próbákra szánt készülékek előállítása, valamint a korai fázisú gyártások jelentették. Az igény, hogy elektronikus eszközöket ültessünk ruhadarabokba, karkötőkbe és övekbe, megkötéseket eredményez a forma terén. Habár lehetőség van a hagyományos fejlesztési rendszerek használatára, ezek gyakran túl nagyok ahhoz, hogy a próbákhoz használhatóak legyenek. Például egy alváselemző rendszer esetében a kényelmetlen viselet nem a valóságnak megfelelő mérési adatokat eredményezne, valamint a felhasználók is kevésbé fogadnák el a terméket.
A viselhető készülékek használati esetei jellemzően olyan platformokat igényelnek, amelyek tartalmaznak mikropro-cesszort, érzékelő-interfészt és rádiókommunikációs berendezést, hogy a feldolgozott adatokat egy hub-eszközre továbbítsák, amelynek szerepét gyakran a felhasználónál vagy a közelében lévő okos-telefon játssza. A vezetékmentes csatlakozás révén a hub-eszköz képes a testen viselt több érzékelőmodul adatait is fogadni. A fejlesztők szembekerültek a vezetékmentes szabványok közüli választás problémájával is: a Bluetooth Smart, a 6LowPAN, az egyedi interfészalapú IEEE 802.15.4 vagy az IEEE 802.15.4a szabványok az egyedi engedélyezést nem igénylő 2,4 GHz-es, 433 MHz-es vagy 868 MHz-es sávokat használják.
A Bluetooth Smart egyik előnye, hogy gyakorlatilag bármilyen okostelefonnal vagy táblagéppel működik. A Bluetooth-protokoll legutóbbi változtatásai javítottak a vezetékmentes interfész energiafogyasztásán, valamint a csatlakozás biztonságán, ezáltal támogatva az adatbiztonságot igénylő, érzékelőorientált személyi alkalmazásokat. Habár a viselhető készülékek körében jellemzően a Bluetooth-szabvány az uralkodó, érdemes megismerni egyéb lehetőségeket is, amelyek további funkciókkal színesíthetik a palettát. Az ultraszéles-sávú (Ultra Wide Band – UWB) technológián alapuló IEEE 802.15.4a szabvány nemcsak a kommunikációt biztosítja az érzékelőhálózatok számára, hanem rendkívül pontos beltéri helymeghatározást is lehetővé tesz.
Számos viselhető készülék van már a piacon, és továbbiak megjelenése várható, amelyek a mozgás, a szívritmus és a bőr hőmérsékletének rögzítésére tervezett érzékelők által gyűjtött élettani adatokat, valamint például nyomásérzékelők által mért környezeti adatokat dolgozzák fel. A viselhető készülékek tervezését és szoftverfejlesztését, de a használatot is egyszerűsíti az érzékelőfúzió, amely több érzékelő adatait kombinálva növeli a készülék használhatóságát. Az ilyen érzékelőfúzió növeli a viselhető eszközök környezettudatosságát.
A gyorsulásmérő és a giroszkóp által érzékelt előremozgás, valamint a megnövekedett pulzusszám arra utalhat, hogy a viselő fut vagy sétál, és ezt a rendszer anélkül képes érzékelni, hogy a felhasználónak az üzemmódot egy gombbal vagy érintőképernyőn keresztül be kellene beállítania.
Folyamatosan növekvő trend az érzékelőmodulok kombinálása, hogy kereskedelmi forgalomban kapható megoldásokkal segítsék a fejlesztőket ott, ahol korábban egyedi alkalmazásspecifikus, integrált áramköröket kellett használniuk. Ezt példázza az Osram SFH 7050 BioMon érzékelő-alkatrész, amelyet a viselhető fitnesz- és wellness-készülékek iránti igény kielégítésére fejlesztettek ki. Az eszköz három különböző típusú ledet és egy fotodetektort tartalmaz. A készülékben lévő ledek paramétereit a különböző élettani adatok mérésére ideálisan választották meg. Általában a zöld fény használható a legjobban a csuklón történő pulzusmérésre, ellenben sokkal jobb választás a vörös fény, ha a pulzust az ujjbegyen szeretnénk megmérni. Ez a pulzusoximetriás méréshez is optimális. A mellette található infravörös led közelítésérzékelőként is szolgálhat, amellyel a rendszer szoftvere képes eldönteni, mikor indítsa el, és mikor állítsa le a méréseket. A többledes konfiguráció beépített támogatása megkönnyíti az érzékelőfúzió elvégzését. A piacon elérhető egyes fitneszkészülékek a pulzusszám érzékelésére többledes fotodetektor adatait használják fel. Ha a különböző érzékelőktől származó adatok hasonlóak, a végeredmény is pontosabb, biztosabb. Például a csuklón átáramló nagyobb mennyiségű vér mennyiségének mérésére a zöld fényen kívül infravörös fényt is használhatunk. A nagyobb vérnyomás megnöveli az érzékelő körüli nyomást, amely befolyásolja az optoérzékelőbe jutó fény mennyiségét. Ehhez hasonlóan egy pulzus-oximéterben az infravörös és vörös fényérzékelés kombinációja javítja az adat minőségét. Az oxigénmentes vér színe kék árnyalatú, amely jobban elnyeli a vörös fényt. A magas oxigéntartalmú vér nem nyel el annyi vörös fényt, viszont sokkal többet megköt az infravörös tartomány fényéből. Az elnyelési tulajdonságok keresztezésével fokozható az oxigénmérés pontossága.
Egy érzékelőorientált viselhető eszköz teljesítményének megállapításakor fontos tényező a teljes energiafogyasztás. Gyakran csak igen kis hely áll rendelkezésre, amely kizárja egy nagyobb méretű akkumulátor beépítését. Az energiahatékonyság növelése céljából számos fejlesztő használja ki az elterjedt, alacsony energiafogyasztású mikrovezérlők, mint például az ARM Cortex-M-architektúrán alapuló mikrovezérlők vagy a Texas Instruments MSP432 mikrovezérlő készenléti üzemmódjának előnyeit.
Még ha úgy is tűnhet a felhasználó számára, hogy a viselhető készülék folyamatosan felügyeli az érzékelők adatait, nem szükséges túl gyakran mérni a mozgás természetét, illetve a környezeti és élettani adatokat. Bizonyos adatokat elég másodpercenként néhányszor megmérni, és még nagy időfelbontású érzékelés esetén is elegendő lehet a másodpercenkénti, nagyjából száz mintavétel. Mivel az adatok feldolgozási ideje, beleértve az érzékelőfúzió számításait is, általában jóval rövidebbek, mint a mérések között eltelt idő, a rendszer a mikrovezérlőt hosszú időre készenléti üzemmódba helyezheti. A kis energiaigényű ciklus minimalizálja az energiafogyasztást, ezáltal csökkenti az akkumulátorból felvett energiát, ezen keresztül pedig növeli az újratöltés nélküli üzemidőt.

RSPMA136-wearable platforms-web

Végezetül a készülék megjelenése is fontos szerepet kap, ezért el kell távolodni a beépített lapkák hagyományos, négyszögletes formájától. Az Arduino Lilypad ennek jó példája. A számos Arduino szoftverfejlesztési környezettel kompatibilis elektronika egy kör alakú nyákon kapott helyet, amelyen a furatok megkönnyítik a ruhadarabra történő felvarrást. Ehhez hasonló változat az Adafruit Industries Flora elnevezésű terméke, amely kicsit kisebb a Lilypadnél, mégis több beépített érzékelővel, kommunikációs berendezéssel és memóriával rendelkezik. Hátránya viszont a kevesebb csatorna az egyedi I/O számára.
Az Intel Curie kis mérete lehetőséget kínál olyan viselhető eszközök tervezéséhez, amelyek számos különböző viselhető tokban elhelyezhetők. Az inggombnál alig nagyobb, négyszögletű modulban egy teljes értékű, 32 bites Quark-processzor, egy hattengelyes mozgásérzékelő, egy Bluetooth Smart kommunikációs egység és egy 384 kbájtos flash-memória kapott helyet.
Az Intellel együttműködésben kifejlesztett Genuino 101 tanuló- és fejlesztőlapka az Intel Curie teljesítménye, és alacsony energiafogyasztása mellett az Arduino egyszerűségével is rendelkezik, és mindezt belépő szintű áron.
A 3D-nyomtatás térnyerése további segítséget nyújthat a prototípuskészítés, illetve a kis darabszámú próbagyártások során. Az olyan ingyenes szoftverek használatával, mint amilyen az RS Components DesignSpark Mechanicalja, a fejlesztőnek gyerekjáték megtervezni, majd azonnal le is gyártani egy strapabíró, kör alakú tokot a lapka, például a LilyPad számára, hogy viselés közben az elektronika és az érzékelők védve legyenek.
A viselhető eszközök prototípusait előállítani képes rendszerek célja, hogy a végső eszközhöz közelebbi terméket állítsanak elő. Például a Texas Instruments Chronos egy MSP430-mikrovezérlőn és egy kijelzőn alapuló, vezetékmentes okosóra-fejlesztő platformot alkot, amely önmagában is viselhető, de szét is szerelhető, hogy egyedi alkalmazáslapkát helyezhessen bele a fejlesztő. A központi egység része egy nyomásérzékelő, a mozgás érzékeléséhez egy gyorsulásmérő, valamint egy vezetékmentes adóvevő az adatok okos hubra történő továbbításához.

A kereskedelmi forgalomban kapható különböző hardverek, a 3D-nyomtatási technológia elérhetősége és a folyamatosan növekvő érzékelőmodul-kínálat révén a viselhető eszközök fejlesztése és prototípuskészítése napjainkban sokkal több mérnöki csapat számára elérhető, mint korábban. Ennek alapján feltételezhető, hogy a jövőben az eddigieknél sokkal több új készülék kerül majd a piacra.

 

Simon Duggleby, marketingigazgatóRS Components, félvezetők

hu.rs-online.com

Még több RS Components

Címkék: wearable készülékekArduino