Introduzione
Oggetto di questa tesi è la progettazione e realizzazione di un sistema indossabile, che con l’utilizzo di accelerometri e tecnologie wireless, sia capace di monitorare il movimento e la postura di una persona.
Tale dispositivo si inserisce in un progetto più ampio, finalizzato alla creazione di un sistema indossabile di monitoraggio di segnali fisiologici e biomeccanici.
Tale progetto, denominato Wealthy (Wearable health care system) e finanziato dall’Unione Europea, vede tra i partecipanti il Centro Interdipartimentale “E.
Piaggio” e la Smartex, partner industriale presso il quale è stato svolto il presente lavoro di tesi.
Il progetto Wealthy si sviluppa all’interno del programma IST in linea con le aspettative di miglioramento della qualità di vita dei cittadini che deriva dalla possibilità di interagire con le nuove tecnologie in modo semplice e naturale (user friendly). La tecnologia viene resa quasi invisibile, integrata nell’ambiente che ci circonda e negli oggetti di uso comune (ambient intelligense).
Il nucleo del presente lavoro di tesi è un dispositivo elettronico wireless, microcontrollato, di dimensioni contenute, trasportabile dall’utente, che preleva i segnali digitali modulati PWM da una coppia di accelerometri, posta direttamente sul corpo del soggetto. I dati acquisiti vengono trasmessi e registrati in tempo reale ma anche elaborati al fine di estrarne parametri significativi sulla postura del soggetto sotto esame.
I sensori utilizzati in questo progetto, sono gli ADXL202JE, accelerometri capacitivi della Analog Device.
L’ADXL202JE è un accelerometro a due assi con uscite digitali, basso consumo di potenza e basso costo. Misura entrambe le accelerazioni dinamiche e statiche (accelerazione di gravità) minori di 2g. Le uscite dell’accelerometro sono tensioni analogiche o segnali digitali il cui duty cycle (rapporto tra la durata della parte alta, T1, del segnale e il periodo) è proporzionale all’accelerazione. Il sensore dell’Analog
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Introduzione
Device permette di calcolare l’accelerazione lungo i due assi X ed Y. In questo progetto di tesi ne sono stati utilizzati due, orientati perpendicolarmente tra loro, in modo da poter ricostruire un sistema di riferimento tridimensionale nel quale sia possibile valutare la posizione e la postura della persona che indossa il sistema sensorizzato.
Il cuore del sistema è il microcontrollore PIC16F877 che gestisce la fase di calibrazione e di acquisizione dei segnali degli accelerometri, nonché la conversione dei dati per la trasmissione in telemetria via Bluetooth.
Bluetooth è il nome di un sistema di comunicazioni senza fili di dati e voce in ambienti limitati. La scelta di questo sistema di trasmissione radio si basa su alcuni vantaggi quali comunicazioni radio a corto raggio, bassa potenza, facilità d’uso e abbattimento dei costi di cablaggio.
Il primo capitolo espone una classificazione generale delle tecniche di analisi della postura e del movimento del corpo umano in base alla strumentazione utilizzata.
Particolare attenzione è rivolta ai sistemi portatili di monitoraggio.
Viene, inoltre, presentato il progeto Wealthy, all’interno del quale,si inserisce questo lavoro di tesi.
Il secondo capitolo si sofferma inizialmente sulle tecnologie wireless disponibili in commercio, per proseguire, poi, con un’analisi dettagliata del sistema di trasmissione scelto per questo progetto di tesi. Vengono descritte le principali caratteristiche del Bluetooth, le specifiche e lo stack protocollare.
Nel terzo capitolo sono descritti, singolarmente, tutti i componenti elettronici adottati e i programmi utilizzati per la loro gestione. La scelta dei componenti è stata una fase fondamentale della progettazione, essi infatti dovevano rispondere a specifiche esigenze e avere particolari requisiti, dovendo “colloquiare” tra loro con il microcontrollore e con i moduli Bluetooth.
Nel terzo capitolo, inoltre, viene descritto il firmware del microcontrollore.
- II -
Introduzione
Il quarto capitolo riporta i risultati sperimentali ottenuti. Viene descritta l’interfaccia di acquisizione su Pc, sviluppata in Visual Basic, dei dati inviati via Bluetooth e vengono descritte le prove effettuate per testare e verificare le prestazioni del dispositivo.
Nell’appendice A sono state riportate le immagini dell’andamento dei segnali provenienti dagli accelerometri e catturate direttamente dall’oscilloscopio per visualizzare le variazioni dei segnali degl’accelerometri quando sottoposti a movimento Nell’appendice B, infine, sono stati inseriti.i programmi software in esteso, sia quello firmware del microcontrollore che quello scritto in Visual Basic per la gestione dell’interfaccia.
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