TAZ-TFG-2015-1900


Sistema de adquisición de datos cinemáticos de bajo consumo

Viñals Mariñosa, Raúl
Bibbo, Daniele (dir.) ; Baldassarri Santa Lucía, Sandra (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Informática e Ingeniería de Sistemas department, Lenguajes y Sistemas Informáticos area

Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

Abstract: Este proyecto se plantea en la Università degli Studi Roma Tre, más concretamente en el BioLab3, laboratorio de electrónica centrado en aplicaciones biomédicas como la rehabilitación física o el alto rendimiento deportivo. Una parte fundamental en las aplicaciones para monitorizar el movimiento humano consiste en la adquisición de datos inerciales, magnéticos y dinámicos a través de sensores portátiles situados por el cuerpo. Los datos medidos por los sensores deben ser transmitidos a un dispositivo con capacidad de almacenamiento y procesado, como un PC o un smartphone. Hasta el momento, el BioLab3 enviaba los datos a través de Bluetooth clásico. La principal limitación de esa tecnología es su elevado consumo, que sumado al de los sensores limitaba notablemente la autonomía del conjunto. Surge de esta forma la necesidad de desarrollar un prototipo de adquisición y transmisión de datos inerciales y magnéticos de bajo consumo. Desde un principio se elige Bluetooth Low Energy (BLE) como alternativa, en parte por la experiencia previa del BioLab3, pero fundamentalmente por su soporte tanto en PCs como smartphones y por su elevado crecimiento en los últimos años en aplicaciones biomédicas. El proyecto parte de cero y comienza con una investigación de mercado para elegir los componentes del sistema más competitivos. En la parte de adquisición se selecciona el MPU-9250 de Invensense, un IMU (Inertial Measurement Unit) de última generación que combina un acelerómetro, un giroscopio y un magnetómetro. Para soportar la transmisión la elección se decanta por el módulo Bluetooth Low Energy BL600, de Laird Technologies, en base a su bajo consumo y reducidas dimensiones. Se ha precisado un elevado esfuerzo inicial y durante todo el proyecto de estudio de la tecnología BLE y de familiarización con el hardware y con el software de los dos extremos de comunicación. Se han diseñado placas a las que soldar cada componente para facilitar el conexionado de los pines implicados. Se ha montado cada componente en un circuito operativo, que permite además comunicar el módulo BLE y el IMU a través de una interfaz I2C. Para cargar el software en el BL600 y depurar código se ha conectado el módulo BLE al PC a través de la puerta UART y un circuito adaptador de tensiones. Una vez operativo el hardware, se han desarrollado paralelamente dos aplicaciones que intercambian datos a partir del estándar Bluetooth Low Energy: el “Servidor BLE de Adquisición de Datos” y el “Cliente BLE”. La primera aplicación se encarga de la adquisición y transmisión de datos, controlando los sensores (MPU-9250) y el módulo BLE (BL600) y se ha programado en smartBASIC (lenguaje nativo del BL600). La segunda aplicación es un sistema de visualización, procesado y almacenamiento de datos alojada en un smartphone y programada en lenguaje Java sobre sistema operativo Android. Se han transmitido con éxito los valores medidos, alcanzando así el objetivo inicial. Se han añadido mejoras no planificadas, como el control remoto del periodo de muestreo o el registro de datos en ficheros almacenados en la memoria externa del smartphone. Se ha conseguido transmitir valores a través de tres modos de comunicación BLE diferentes: indicación y lectura, donde los datos viajan desde el módulo BLE hasta el smartphone; y escritura, en cuyo caso viajan en sentido contrario. Además, se ha determinado el periodo de muestreo mínimo alcanzable, relacionándolo con un parámetro crítico de la capa BLE de enlace denominado Intervalo de Conexión. Finalmente, se ha realizado un análisis del consumo energético del sistema en función del periodo de muestreo y se ha estimado la autonomía alcanzable con pilas de botón.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado

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Academic Works > Trabajos Académicos por Centro > escuela-de-ingeniería-y-arquitectura
Academic Works > End-of-grade works



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