Electronic personal trainer

75 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Full text

(1)UNIVERZA V MARIBORU Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko. ELEKTRONSKI OSEBNI TRENER DIPLOMSKO DELO. Kevin Toth. Maribor, julij 2017.

(2) ELEKTRONSKI OSEBNI TRENER DIPLOMSKO DELO. Študent:. Kevin Toth. Študijski program:. Visokošolski strokovni program Elektrotehnika. Smer:. Elektronika. Mentor:. viš. Pred. dr. Mitja Solar. Somentor:. Jernej Ženko, mag. inž. el., LogicData d.o.o.. Somentor:. asist. Gregor Nikolić. Lektorica:. Saša Adorjan, dipl. slov. in dipl. soc..

(3) ZAHVALA: Zahvaljujem se mentorju dr. Mitji Solarju ter somentorjema mag. Jerneju Ženku in mag. Gregorju Nikoliću za pomoč pri izdelavi in realizaciji tako samega projekta kot tudi celotne diplomske naloge. Želel bi se zahvaliti tudi celotnemu kolektivu podjetja Logicdata, kjer bi izpostavil Primoža in Božidarja Rogljiča, ki sta mi bila na voljo vsakič, ko sem potreboval pomoč. Zahvala gre predvsem mojima staršema, ki sta me nenehno podpirala in spodbujala tekom mojega šolanja, in punci, ki je vselej verjela vame..

(4) ELEKTRONSKI OSEBNI TRENER Ključne besede: osebni trener, trenažni proces, individualno treniranje, radijska komunikacija, Bluetooth Smart 4.0 UDK:. xxxxxx. POVZETEK: Danes se veliko več ljudi ukvarja s športom kot kdaj koli poprej, zato je dobra tehnična podprtost ključnega pomena, da je športna aktivnost zabavna in tehnično dovršena. Veliko profesionalnih in polprofesionalnih športnikov hrepeni po boljših rezultatih in pomoč išče pri osebnih trenerjih. Taka vrsta treninga je draga in zamudna. Ves koncept elektronskega osebnega trenerja ali Ianiste, kot smo ga poimenovali, sloni na tem, da je subjekt (v tem primeru športnik, ki želi dovršiti svojo fizično pripravljenost) pod konstantnim drobnogledom. V diplomskem delu so tako opisani celotna ideja projekta ter cilji, ki smo jih uspeli realizirati, saj ta projekt zahteva veliko več znanja in finančnih vložkov, da bi ga lahko v celoti dokončali.. ..

(5) ELECTRONIC PERSONAL TRAINER Key words: personal trainer, training proces, individual exerciseing, radio frequency, Bluetooth Smart 4.0 UDK: xxxx. ABSTRACT: Today, many more people are involved in sports than ever before, and therefore, good technical support is crucial for sporting activity to be fun and technically perfect. Many professional and semi-professional athletes long for better results and seek help from personal trainers. This kind of training is expensive and time consuming. The whole concept of an electronic personal trainer, or as we called it Ianista, is based on the fact that the subject (in this case, an athlete who wants to complete his physical readiness) under constant scrutiny. The diploma paper describes the overall idea of the project and the goals that we have managed to realize, since the project requires much more knowledge and financial capability..

(6) Vsebina 1. UVOD ........................................................................................................................ 12. 2. PREDSTAVITEV IANISTE .............................................................................................. 14 2.1 TEHNOLOGIJA ČASOVNIH VRAT ...................................................................................... 14 Napajanje ................................................................................................................ 15 Signalizacija ............................................................................................................. 16 Senzor ...................................................................................................................... 17 Komunikacija ........................................................................................................... 17 2.2 TEHNOLOGIJA ANDROID APLIKACIJE............................................................................... 20 Funkcije aplikacije za operacijski sistem Android ................................................... 21 Oblike treningov ...................................................................................................... 22 2.3 TEHNOLOGIJA ZAPESTNE URE ......................................................................................... 25 Napajanje ................................................................................................................ 25 Periferne naprave .................................................................................................... 26 Komunikacija ........................................................................................................... 26 Funkcijski moduli ..................................................................................................... 27. 3. PREDSTAVITEV STROJNE OPREME .............................................................................. 29 3.1 PODROBEN OPIS POSAMEZNEGA MODULA.................................................................... 29 Izbira radijske komunikacije .................................................................................... 29 Izbira krmilnika za bluetooth smart 4.0 komunikacijo ............................................ 31 Izbira in načrtovanje linearnega regulatorja napetosti .......................................... 33 Izbira in načrtovanje stikalnega pretvornika .......................................................... 37 Izbira in načrtovanje 4-celičnega polnilca baterij ................................................... 42 Izbira fotoelektričnega senzorja .............................................................................. 45. 4. PREDSTAVITEV PROGRAMSKE OPREME...................................................................... 46 4.1 KOMUNIKACIJA BLUETOOTH .......................................................................................... 49 Opis programa bluetooth komunikacije med časovnimi vrati in aplikacijo za operacijski sistem Android .................................................................................................. 49 4.2 RADIO FREKVENČNA KOMUNIKACIJA ............................................................................. 52 SPI komunikacija ..................................................................................................... 52 USART komunikacija ............................................................................................... 54 Pošiljanje in sprejemanje paketov z RFM69 oddajnikom ........................................ 55. 5. TEHNOLOŠKI NAČRTI.................................................................................................. 57 5.1 ELEKTRIČNI NAČRTI ......................................................................................................... 57 Začetno časovno okno ............................................................................................. 57 Končno časovno okno .............................................................................................. 62 5.2 STROJNI NAČRTI .............................................................................................................. 66.

(7) 6. MERITVE IN REZULTATI .............................................................................................. 67 6.1 JAKOST RADIJSKEGA SIGNALA ......................................................................................... 67 6.2 ODDAJNI ČAS RADISJKEGA ODAJNIKA RFM69CW. .......................................................... 71 6.3 RAZDALJA BLUETOOTH KOMUNIKACIJE.......................................................................... 72. 7. ZAKLJUČEK ................................................................................................................. 73. Kazalo slik Slika 2.1: Ianista .......................................................................................................................... 14 Slika 2.2: Časovna vrata .............................................................................................................. 14 Slika 2.3: Napajanje časovnih vrat .............................................................................................. 15 Slika 2.4: Signalizacija časovnih vrat ........................................................................................... 16 Slika 2.5: Shema krmiljenja LED signalnih trakov........................................................................ 16 Slika 2.6: Shema krmiljenja senzorja Omron E3Z-LS832M ......................................................... 17 Slika 2.7: Blokovna shema prvega časovnega okna .................................................................... 19 Slika 2.8: Blokovna shema drugega časovnega okna .................................................................. 20 Slika 2.9: Blokovna shema zapestne ure ..................................................................................... 25 Slika 2.10: Napajanje zapestne ure ............................................................................................. 25 Slika 2.11: Blokovna shema perifernih naprav ........................................................................... 26 Slika 2.12: BGM121 SiP Bluetooth Smart 4.0 mikrokontroler [10] ............................................. 26 Slika 2.13: Funkcijski moduli zapestne ure ................................................................................. 27 Slika 2.14: Podrobna blokovna shema zapestne ure .................................................................. 28 Slika 3.1: Oddajnik RFM69CW [11] ............................................................................................. 29 Slika 3.2: Predstavitev pinov RFM69CW oddajnika [11] ............................................................. 30 Slika 3.3: Altium model RFM69CW ............................................................................................. 30 Slika 3.4: Mikrokrmilnik BGM111 [13] ........................................................................................ 31 Slika 3.5: Brezžična razvijalska ploščica EFR32™ Mighty Gecko [14] ......................................... 32.

(8) Slika 3.6: Začetna stran programskega okolja Simplicity Studio................................................. 32 Slika 3.7 Linearni regulator TPS7A19 mA [15] ............................................................................ 33 Slika 3.8: Predstavitev pinov napetostnega regulatorja TPS7A19 [15] ...................................... 34 Slika 3.9: Načrt povezav napetostnega regulatorja TPS7A19 v programskem okolju Altium Designer ...................................................................................................................................... 34 Slika 3.10: Pogoji za aktiviranje PG ............................................................................................. 36 Slika 3.11: Stikalni pretvornik TPS61178 [16] ............................................................................. 37 Slika 3.12: Predstavitev pinov TPS61178 [17] ............................................................................. 38 Slika 3.13: Načrt vezja stikalnega regulatorja TPS61178 v programskem okolju Altium ........... 38 Slika 3.14: Predstavitev pinov LTC4006-4 [18]............................................................................ 43 Slika 3.15: Altium načrt vezja LTC4006-4 .................................................................................... 43 Slika 3.16: Fotoelektrični senzor Omron E3ZLS832M [18].......................................................... 45 Slika 3.17: Tipična povezava fotoelektričnega senzorja ............................................................. 45 Slika 4.1: Diagram poteka aplikacije za operacijski sistem Android ........................................... 46 Slika 4.2: Diagram poteka časovnih vrat ..................................................................................... 47 Slika 4.3: Blokovni diagram programa časovnih vrat .................................................................. 48 Slika 4.4: Časovni diagram, ki prikazuje polariteto in fazo ure [24] ............................................ 53 Slika 5.1: Zgornji pogled PCB ploščice ......................................................................................... 57 Slika 5.2: Spodnji pogled PCB ploščice ........................................................................................ 58 Slika 5.3: 3D zgornji pogled ploščice ........................................................................................... 59 Slika 5.4: 3D spodnji pogled ploščice .......................................................................................... 59 Slika 5.5: Električna shema kontrolnega dela vezja .................................................................... 60 Slika 5.6: Električna shema napetostnega dela vezja ................................................................. 61 Slika 5.7: Zgornji pogled PCB ploščice ......................................................................................... 62 Slika 5.8: Spodnji pogled PCB ploščice ........................................................................................ 62 Slika 5.9: 3D zgornji pogled PCB ploščice .................................................................................... 63.

(9) Slika 5.10: 3D spodnji pogled PCB ploščice ................................................................................. 63 Slika 5.11: Električna shema kontrolnega dela vezja .................................................................. 64 Slika 5.12: Električna shema napetostnega vezja ....................................................................... 65 Slika 5.13: 3D sprednji pogled ohišja časovnih vrat .................................................................... 66 Slika 5.14: 3D zadnji pogled ohišja časovnih vrat ....................................................................... 66 Slika 6.1: Prikaz surovega paketa v frekvenčnem območji 300 do 500 MHz ............................. 67 Slika 6.2: Graf resonančne frekvence 434 MHz radio frekvenčne antene ................................. 68 Slika 6.3: Smith graf..................................................................................................................... 68 Slika 6.4: Idealne vrednosti, potrebne za uglasitev antene ........................................................ 69 Slika 6.5: Realne vrednosti, potrebne za uglasitev antene ......................................................... 70 Slika 6.6: Primerjava uglašene in neuglašene antene pri frekvenci 434 MHz ............................ 70 Slika 6.7: Primerjava uglašene in neuglašene antene pri frekvenci 434 MHz ............................ 71 Slika 6.8: Časovni diagram prenosa podatkov z RFM69 oddajnikom ......................................... 71. Kazalo Tabel Tabela 2.1: Vrednosti VO2 max za ženske .................................................................................. 21 Tabela 2.2: Vrednosti VO2 max za moške .................................................................................. 21 Tabela 2.3: Tabela vrednosti za Beep test .................................................................................. 23 Tabela 3.1: Funkcije pinov RFM69CW ........................................................................................ 30 Tabela 3.2: Opis in funkcije pinov TPS7A19 ................................................................................ 33 Tabela 3.3: Funkcije pinov TPS61178.......................................................................................... 37 Tabela 3.4: Funkcije pinov LTC4006-4 ........................................................................................ 42.

(10) Kazalo enačb Enačba (2.1): Maksimalna aerobna kapaciteta VO2max (Cooperjev test)………………………………..21 Enačba (2.2): Maksimalna aerobna kapaciteta VO2max (Beep test)………………………………………..23 Enačba (2.1): Nastavitev izhodne napetosti (TPS7A19)………………………….……………………………….36 Enačba (2.2): Nastavitev Power Good zakasnitve (TPS7A19)…………………………………………….…….36 Enačba (2.3): Osnovna enačba nastavitve frekvence preklapljanja (TPS61178)……………………….40 Enačba (3.4): Realna vrednost frekvence preklapljanja (TPS61178)…………………………………………40 Enačba (2.5): Osnovna enačba nastavitve maksimalnega toka (TPS61178)……………………………..41 Enačba (3.6): Realna vrednost maksimalnega toka (TPS61178)……………………………………………….41 Enačba (2.7): Osnovna enačba nastavitve izhodne napetosti (TPS61178)……………………………….41 Enačba (3.8): Osnovna enačba nastavitve izhodne napetosti (TPS61178)……………………………….42 Enačba (2.9): Tokovna nastavitev polnilnika (LTC4006 – 4)……………………………………………………..45 Enačba (3.10): Vrednost upora za nastavitev maksimalnega toka (LTC4006 – 4)………………………45 Enačba (2.11): Nastavitev časovnega upora (LTC4006 – 4)………………………………………………………45 Enačba (3.12): Vrednost časovnega nastavitvenega upora (LTC4006 – 4)………………………………..45 Enačba (3.13): Čas izklopa (LTC4006 – 4) ………………………………………………………………………………..45 Enačba (3.14): Čas potreben za prenos podatka (RFM69CW)………………………………………………….73.

(11) Izrazi in okrajšave Za lažje razumevanje nekaterih izrazov in okrajšav, ki smo jih uporabili v diplomski nalogi, bomo napisali njihove razlage. SQL (Structured Query Language): Strukturirani povpraševalni jezik za delo s podatkovnimi bazami, ki bo uporabljen pri rabi internetnih baz za shranjevanje podatkov. VO2 max: Označuje največji volumen kisika, ki ga je posameznik sposoben porabiti. ISM (industrial, scientific and medical radio bands): Industrijski, znanstveni in medicinski radijski pasovi so pasovi, ki so mednarodno rezervirani za uporabo v zdravstvene, medicinske in industrijske namene. So brezlicenčni, kar pomeni, da za njihovo uporabo ne potrebujemo licence. RF (radio frequency): Radijska frekvenca. ETSI (European Telecommunications Standards Institute): Evropski inštitut za telekomunikacijske standarde. FCC (Federal Communications Commission): Zvezna komisija za komunikacije. USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter): Univerzalni sinhroni/asinhroni sprejemnik/oddajnik je sprejemnik ali oddajnik, ki lahko deluje asinhrono (UART) ali sinhrono (SPI). I2C (Inter-Integrated Circuit): Inter-integrirano vezje je serijska komunikacija, ki temelji na prenosu podatkov med sužnjem in gospodarjem. RTCC (Real time clock/calendar): Koledar/ura v realnem času je funkcija, ki jo bomo uporabili za določanje koledarskih dni in ure v mikrokrmilniku. SoC (System on chip): Sistem na čipu je integrirano vezje (znano tudi kot "IC" ali "čip"), ki združuje bluetooth in mikrokrmilnik v eno samo vezje. EFR (Electric friendly microcontroller): Električno prijazen mikrokontroller je mikrokontroler, ki za svoje delovanje porabi izjemno malo električne energije. USB (Universal Serial Bus): Univerzalno serijsko vodilo. Z njegovo pomočjo lahko pošiljamo in sprejemamo podatke ter polnimo električne naprave. Li-Po (Lithium – Polymer): Litij-polimerske baterije so polnilne baterije, ki spadajo v skupino litijskih baterij. SSOP (Small Outline Integrated Circuit): Skrčen majhen okvirni paket. SPI (Serial Peripheral Interface Bus): Sinhroni periferni vmesnik je standard, ki se uporablja za sinhrono serijski podatkovno povezavo integriranih vezij. UUID (Universally unique identifier): Univerzalno enolični identifikator je 128-bitna številka, ki se uporablja za identifikacijo informacij v računalniških sistemih RSSI (Received signal strength indication): Signalna jakost prejetega signala..

(12) Poglavje 1 1 Uvod Nadgradnja fizične pripravljenosti profesionalnega športnika je dolgotrajen proces in zahteva veliko znanja ter kakovostne organizacije dela, zato je pomembno, da se tega ne lotimo sami, ampak si poiščemo strokovno pomoč. Amaterski pa tudi profesionalni športniki zato velikokrat poiščejo pomoč osebnih trenerjev. Tako vadba postane organizirana in poteka pod strokovnim nadzorom osebnega trenerja. Pri tem ima ta funkcijo strokovnega delavca, predvsem pa motivatorja [1] (Tušak, 2003). Pri pravilni in učinkoviti izvedbi trenažnega procesa je pomembno, da pokrivamo tri pomembna področja delovanja. Prvo področje je planiranje treninga. Področje, ki je obenem najzahtevnejše področje trenerjevega delovanja, zahteva podrobnega poznavanja stroke. Drugo tako področje je izvajanje treninga. Da bi lahko napredovali in se izboljševali, je potrebno, da smo na tekočem z novimi tehnikami in oblikami vaj. Tretje področje pa je kontrola uspešnosti treninga. V trenažnem procesu je pomembno, da so treningi kontrolirani, tako lahko namreč dosežemo največjo učinkovitost in motivacijo ob primerjavi rezultatov [2] (Tušak, 2003). Velikokrat si osebnih trenerjev ne moremo privoščiti, ne zaupamo njihovemu strokovnemu znanju ali si iz kakih drugih razlogov ne uspemo zagotoviti strokovnega znanja in se lotimo prej opisanih področij trenažnega procesa sami. V tem primeru lahko pride do lažjih ali v skrajnem primeru tudi trajnih poškodb zaradi preutrujenosti, nezadostnega vnosa potrebnih živil, prenaprezanja itd. Na trgu lahko najdemo ogromno pripomočkov, ki nam pomagajo na področjih izvajanja treninga in kontrole uspešnosti le-tega. S pomočjo pametnih telefonov in pametnih ur lahko vodimo evidenco vseh treningov, ki smo jih izvedli, in rezultate med seboj primerjamo v raznih grafih in tabelah. Vendar na trgu ni naprave, ki bi nam omogočala področje planiranja trenažnega procesa. Pri tem ima Ianista prednost, saj nam s tremi ločenimi enotami pomaga pri vseh treh področjih učinkovitega trenažnega procesa. Te enote so: • • •. zapestna ura, časovna vrata in aplikacija na mobilnem telefonu v operacijskem sistemu Android..

(13) 1. Uvod. Zapestna ura je tukaj izrednega pomena, saj lahko le-ta nemoteno in neprekinjeno spremlja športnikovo počutje, srčni utrip, celodnevno aktivnost in te podatke sproti shranjuje za poznejšo obdelavo. Časovna vrata so namenjena zgolj zaznavanju športnika, ko ta prečka začrtano ciljno ali medetapno razdaljo. V osnovi je potrebna kompenzacija dveh tipal (senzorjev), pri čemer prvega postavimo na začetek tekalne razdalje, drugega pa na sorazmerno razdaljo, ki jo želi tekač preteči. Aplikacija na mobilnem telefonu v operacijskem sistemu Android poskrbi za vse ostalo in je zadolžena za to, da prevzame vlogo osebnega trenerja. Aplikacija nam torej s pomočjo zahtevanih parametrov, kot so starost, teža, višina, športna aktivnost, želena stopnja fizične pripravljenosti, sestavi trenažni proces, ki nam bo pomagal doseči zastavljene cilje. Aplikacija ima funkcijo vodenja in usmerjanja subjekta tako, da mu, preden prične s treningom, predstavi podroben opis postavitve poligona in pravilne izvedbe posamezne vaje. V tem delu smo na splošno predstavili Ianisto in njen način delovanja. V nadaljevanju bomo podrobneje opisali vse enote, ki sesta.. 13.

(14) 2 Predstavitev Ianiste Ianisto (elektronskega osebnega trenerja) predstavljajo merilni subjekt (merjenec), časovna vrata, aplikacija na mobilnem telefonu v operacijskem sistemu Android in zapestna ura. Ianista je predstavljena na Sliki 2.1.. Slika 2.1: Ianista Osnovna funkcija Ianiste je pomagati profesionalnim in rekreativnim športnikom doseči najboljšo fizično pripravljenost glede na njihovo športno aktivnost in način življenja. To je mogoče le s sistemom, ki zagotavlja vsa tri področja trenažnega procesa. Da bi lahko vključili aspekte osebnega trenerja v sistem, ki lahko opravlja enake funkcije kot trener, je potrebno sistem ločiti v tri ločene podsisteme, od katerih vsak opravlja svojo točno določeno funkcijo.. 2.1 TEHNOLOGIJA ČASOVNIH VRAT Časovna vrata (Slika 2.2) so sestavljena iz napajalnega dela vezja, signalizacije merjencu, tipala (senzorja) in komunikacijskega dela.. Slika 2.2: Časovna vrata.

(15) 2. Predstavitev Ianiste. Časovna vrata merijo čas med dvema oddaljenima točkama, kjer je prožilni signal začetka in konča štetja časa določen s tipali v posameznem časovnem oknu. Časovna okna se med seboj razlikujejo v komunikacijskem delu, ostali deli sistema so enaki.. Napajanje Napajanje (Slika 2.3) je realizirano z napetostnim USB izvorom, pretvornikom napetosti, polnilcem baterij, baterijsko zaščito, ki ščiti baterijo pred neugodnimi pojavi, Li-Po baterijsko celico in pretvornikom baterijske napetosti.. Slika 2.3: Napajanje časovnih vrat Napajanje celotnega časovnega okna vršimo s 4 Li-Po baterijskimi celicami. Te celice so relativno poceni in imajo veliko kapacitivnost. Da bi povečali kapacitivnost električne energije v našem časovnem oknu in s tem posledično podaljšali čas delovanja vezja, smo zaporedno vezali 4 LiPo baterije. 1 takšna baterija ima 2200 mAh energije, v zaporedni vezavi 4 baterij pa ima baterijski paket:. 4  2200  8800 mAh V primeru, da se baterije popolnoma izpraznijo, imamo v vezju možnost to ponovno napolniti z USB polnilcem. Kadar priklopimo vezje na 5 V USB napajanje, nam stikalni pretvornik TPS61178 (Slika 3.11) dvigne napetost na 20 V, ki jo nato pripeljemo na 4 celični LTC4006-4 (Slika 3.14) tokovno-konstanten/napetostno konstanten polnilec baterij. Izhodna napetost baterijskega paketa je med 14,4 in 16,8 V, kar je preveč za napajanje ostalih porabnikov v vezju, zato imamo še na izhodu napajalnega dela vezja en linearni pretvornik napetosti, ki nam zmanjša napetost na 3,3 V.. 15.

(16) 2.1 Tehnologija časovnih vrat. Signalizacija Signalizacija merjencu je izvedena z dvema različnima led trakovoma (Slika 2.4).. Slika 2.4: Signalizacija časovnih vrat Kadar se merjenec poslužuje intervalnih treningov ali Beep testa, je potrebna pravilna signalizacija, saj ta merjencu pove, kdaj prične in kdaj zakluči s trenažnim poligonom ter kako ga izvaja. V vezju imamo dva različna LED trakova, zelenega in rdečega. Zeleni ima vedno funkcijo signalizacije začetka nekega dela poligona, rdeči pa ima ravno nasprotno funcijo in signalizira konec nekega dela oz. celotnega trenažnega poligona. LED signalna trakova sta krmiljena z mikrokontorlerjem in dvema MOSFET tranzistorjema (Slika 2.5). 16. Slika 2.5: Shema krmiljenja LED signalnih trakov.

(17) 2. Predstavitev Ianiste. V vezju imamo dva signalna trakova, ki zahtevata 12 V napajanje. To izvedemo z bipolarnim NPN tranzistorjem, ki ima bazo preko 12 V zenner diode povezano na zemljo. Tako zmanjšamo baterijsko napetost, ki znaša med 14,4 in 18,4 V na 12 V. Krmiljenje je izvedeno z NTR4003N MOSFET tranzistorjem. Kadar želimo signalni trak izklopiti, je potrebno na bazo MOSFET tranzistorja pripeljati majhno napetost s krmilnika, ki povzroči, da tranzistor prične prevajati in se signalni trak izklopi.. Senzor Senzor Omron E3Z-LS832M (Slika 3.16) je fotoelektrični senzor, ki zaznava merjenca s pomočjo infrardeče LED diode in fotoelektričnega upora (slika 2.6).. Slika 2.6: Shema krmiljenja senzorja Omron E3Z-LS832M Senzor deluje v razponu od 12 do 40 V enosmerne napetosti, zato je napajanje senzorja izvedeno direktno iz baterijskega paketa. Kadar senzor zazna merjenca, sproži signal na 3 pinu konektorja J2 (Slika 2.6) in s tem povzroči, da MOSFET tranzistor NTR4003N priče prevajati in se signalna linija SENS postavi na logično ničlo. To spremembo lahko zaznamo z mikrokontrolerjem, povezanim na linijo SENS.. Komunikacija Začetno in končno časovno okno časovnih vrat sta med seboj oddaljeni za točno določeno dolžino uporabljenega poligona. Ob merjenju natančne vrednosti časa, ki ga potrebuje merjeni subjekt, da preteče začrtano razdaljo, je zelo pomembno, da ne pride do zakasnitve med časovnima oknoma, zato je potrebna pravilna sinhronizacija časovnih vrat. Tu imamo več različnih možnosti, pri katerih ima vsaka svoje prednosti in slabosti. Izpostavili bi tri možnosti, ki smo jih tudi mi v našem projektu primerjali in vzeli v obzir: • • •. GPS sinhronizacija ure, ločeno merjenje časa posameznega okna, RFM komunikacija med časovnima oknoma.. 17.

(18) 2.1 Tehnologija časovnih vrat. GPS sinhronizacija ure: Sateliti GPS vključujejo štiri atomske ure, ki so med seboj sinhronizirane tako, da sledijo nacionalnim in mednarodnim standardom (znanim kot UTC). Sinhronizacija časa se izvaja tako, da se sprejme GPS signal, ki ga obdela referenčna ura in nato pošlje drugim podrejenim napravam, katerih lokalne ure so sinhronizirane z UTC standardom. Natančnost te sinhronizacija je od 1 do nekaj milisekund, odvisno od sinhronizacijskega protokola [3]. Sinhronizacijo časovnih vrat bi tako lahko dosegli na milisekundo natančno s pomočjo GPS sinhronizacije, vendar smo to idejo zavrgli, saj bi nastal problem, kadar bi želeli Ianisto uporabljati v dvorani oziroma zaprtih prostorih. Tam namreč nastopi problem, saj ne moremo vselej dostopati do GPS signala in tako sinhronizacija ne bi bila pravilna. Ločeno merjenje časa posameznega okna: Drugi način sinhronizacije je ločeno merjenje časa na vsakem časovnem oknu posebej in kasnejša kompenzacija rezultatov. Ob zaznavi merjenca s prvim časovnim oknom bi se sprožil signalni znak in bi obe časovni okni pričeli z merjenjem časa. Kadar bi merjenca zaznalo drugo časovno okno, bi se merjenje časa ustavilo. Nato bi rezultate primerjali in kompenzirali časovne zakasnitve med časovnima oknoma. Do velikih popačenj merilnega časa bi prišlo, če bi uporabljali Ianisto za teke, dolge nekaj ure (v primeru priprave na maraton). Takrat bi prišlo do velikih razlik med časovnima vrednostma posameznega časovnega okna in časovnih vrednosti ne bi bilo več mogoče pravilno kompenzirati. 18.

(19) 2. Predstavitev Ianiste. RFM komunikacija med časovnima oknoma: Zato smo se odločili za tretjo idejo, ki je nekoliko fleksibilnejša. Odločili smo se za radio frekvenčno komunikacijo, saj je dovolj enostavna za uporabo, izjemno hitra in vselej zanesljiva na kratke razdalje. Tako bi merili čas le na začetnem časovnem oknu, drugo pa bi nam poslalo prekinitveni signal v primeru zaznave merjenca. Velikih zakasnitev med sinhronizacijo časovnih oken ne bi bilo, saj je radio komunikacija zelo hitra. V našem sistemu smo uporabili RFM69 (Slika 3.1) modul, ki ne uporablja modulacije podatkov, zato se ti pošljejo v trenutku in ni velikega časovnega zamika. Želeli smo doseči, da lahko merjenec spremlja svoj čas, kadar trenira na trenažnem poligonu. Tu lahko izkoristimo zapestno uro, kjer se na zaslonu sočasno z meritvami časa na časovnih vratih prikazuje meritev časa na zapestni uri. Merjenec prične s trenažnim procesom in v trenutku, ko prvo časovno okno zazna tekača, sproži začetni signalni pulz v bluetooth gatt karakteristiko kot indikator, ki ga ura zazna in začne z ločeno meritvijo časa. Enako se zgodi ob zaključku teka. Čas na zapestni uri ni merodajen za pravi čas (je le prikazovalnik trenutnega relativnega časa), ki ga izmerijo časovna vrata, zato je za pravilno vrednost časa potrebno sinhronizirati zapestno uro ali Android aplikacijo s časovnimi vrati, tako bi časovna meritev bila podrobna in natančna. Podroben prikaz celotnega blokovnega načrta časovnih vrat (Slika 2.7 in Slika 2.8).. 19. Slika 2.7: Blokovna shema prvega časovnega okna.

(20) 2.1 Tehnologija časovnih vrat. Slika 2.8: Blokovna shema drugega časovnega okna Z blokovnih shem je razvidno, da se prvo in drugo časovno okno razlikujeta v komunikacijskem delu. Prvo ima poleg radijske komunikacije še bluetooth smart 4.0 komunikacijo, s katero lahko komunicira tako z zapestno uro kot tudi z aplikacijo v operacijskem sistemu Android.. 2.2 TEHNOLOGIJA ANDROID APLIKACIJE Da bi zagotovil pravilno uporabljanje Ianiste, smo v projekt vključil Android aplikacijo, ki bo povezovala vse aspekte naprave v eno celoto in tako lahko profesionalnemu športniku zagotavljala, da treninge izvaja pravilno in s tem napreduje. Aplikacija bo poskrbela, da je športnik v trenažnem procesu pod stalnim drobnogledom, in te podatke shranjevala v internetno SQL bazo, kjer bo lahko uporabnik dostopal do njih in primerjal pretekle rezultate z novimi. V Ianisto smo vključil tri najpomembnejše oblike treninga, ki se jih poslužujejo tako profesionalci kot amaterji [4, 5, 6, 7, 8]. Pri teh oblikah se izračunava predvsem VO2 max (maksimalna aerobna kapaciteta), ki je največja količina kisika, ki jo lahko med aktivnostjo naraščajoče intenzivnosti telo porabi v eni minuti. VO2 max običajno izražamo kot relativno porabo kisika v mililitrih na minuto na kilogram teže (ml/kg/min). Koliko kisika aktivno tkivo lahko porabi, je odvisno od sposobnosti dostave kisika do tega tkiva in sposobnosti tega tkiva, da ta kisik tudi porabi. Več kot se lahko dostavi kisika in več kot se lahko kisika tudi porabi, večja je lahko maksimalna aerobna kapaciteta.. 20.

(21) 2. Predstavitev Ianiste. Za oceno VO2 max testa se v praksi uporabljajo različni stopnjevalni testi, ki naše telo postopoma obremenijo do stopnje izčrpanosti, to pomeni da takrat testiranec ne more več opravljati testa in se na podlagi tega izračuna VO2 max. Ti stopnjevalni testi so lahko obremenitveni testi na tekalnih preprogah ali stacionarnih kolesih. Idealne meritve VO2 max testov se izvajajo v za to specializiranih laboratorijih, vendar ti zahtevajo drago opremo ter veliko časa, zato se tega ne poslužuje veliko ljudi. Vendar obstajajo tudi testi, ki za opravljanje testa ne zahtevajo drage opreme in veliko časa. Enega izmed najbolj priljubljenih testov na to temo je leta 1968 predstavil Kenneth Cooper. Njegov cilj je preteči čim večjo razdaljo v 12 minutah. Pretečena razdalja se nato uporabi v enačbi, po kateri preračunamo VO2 max (Enačba: 2.1): VO 2MAX . d12  505 45. (1.1). , kjer je d12 pretečena razdalja v 12 minutah. Ker v to enačbo ni vključen faktor starosti, je ta podatek neuporaben, dokler ne primerjamo dobljene VO2 max vrednosti s podanima tabelama (Tabela 2.1 in Tabela 2.2). Tabela 2.1: Vrednosti VO2 max za ženske. ŽENSKE STAROST 13–19 28–29 30–39 40–49 50–59 60+. ZELO SLABO < 25.0 < 23.6 < 22.8 < 21.0 < 20.2 < 17.5. SLABO. V REDU. DOBRO. 25.0–30.9 23.6–28.9 22.8–26.9 21.0–24.4 20.2–22.7 17.5–20.1. 31.0–34.9 29.0–32.9 27.0–31.4 24.5–28.9 22.8–26.9 20.2–24.4. 35.0–38.9 33.0–36.9 31.5–35.6 29.0–32.8 27.0–31.4 24.5–30.2. SLABO. V REDU. DOBRO. 35.0–38.3 33.0–36.4 31.5–35.4 10.0–33.5 26.1–30.9 20.5–26.0. 38.4–45.1 36.5–42.4 35.5–40.9 33.6–38.9 31.0–35.7 26.1–32.2. 45.2–50.9 42.5–46.5 50.0–44.9 38.9–43.7 36.8–40.9 32.3–36.4. ODLIČNO 39.0–41.8 37.0–41.0 35.7–40.0 32.9–36.9 31.5–35.7 30.3–31.4. SUPERIORNO > 41.9 > 41.0 > 40.0 > 36.9 > 35.7 > 31.4. Tabela 2.2: Vrednosti VO2 max za moške. ŽENSKE STAROST. ZELO SLABO. 13–19 28–29 30–39 40–49 50–59 60+. < 35.0 < 33.0 < 31.5 < 30.0 < 26.1 < 20.5. Funkcije aplikacije za operacijski sistem Android Android aplikacija bo razpolagala z vrsto različnih funkcij, kot so: • •. shranjevanje in obdelava podatkov s časovnih vrat, shranjevanje podatkov v bazo SQL,. ODLIČNO 51.0–55.9 46.6–52.4 46.0–49.4 44.7–48.0 41.0–45.3 36.5–44.2. SUPERIORNO > 55.9 > 52.4 > 49.4 > 48.0 > 45.3 > 44.2. 21.

(22) 2.3 Tehnologija zapestne ure. • • •. podrobni opisi in prikazi postavitev trenažnega poligona, ogrevanje pred pričetkom vaj ter različne oblike treningov.. V nadaljevanju bomo na kratko opisali vsako funkcijo, ki jo bo imela Android aplikacija. Najprej začnimo z oblikami treningov.. Oblike treningov V Ianisto smo vključili tri osnovne oblike treningov, ki najbolj učinkovito pripomorejo k izboljševanju telesne pripravljenosti profesionalnih športnikov.. Cooperjev test Cooperjev test izvira že iz leta 1968, razvit pa je bil za potrebe vojske. Dr. Kenneth Cooper1 je šest mesecev preučeval 15.146 udeležencev vadbenega programa United States Air Force letalskih baz. S svojimi zdravniškimi sodelavci je ugotovil, da je potrebno vsakega, ki se želi ukvarjati s kondicijskim programom, najprej temeljito zdravniško pregledati. Ti pregledi so pomembni zaradi odkrivanja težav srca, ožilja in pljuč, zaradi katerih bi lahko bila vadba nevarna. V osnovi Cooperjev test izvajamo 12 minut in merimo razdaljo, ki jo posameznik zmore preteči v tem časovnem intervalu. Vendar se zaradi lažje organizacije in zahtevnosti uporablja prilagojen test, kjer se posamezniku meri, koliko časa potrebuje, da preteče 2400 m (za ženske se uporablja test do 1600 m).. Beep test Poleg Cooperjevega testa se v praksi za izračun maksimalne aerobne kapacitete (VO2 max) največ uporablja večstopenjski fitnes test, bolj poznan po imenu Beep test. Uporabljajo ga večinoma športniki, ki se ukvarjajo s športi, ki zahtevajo kratke in hitre ponovitve, kot so: • • • • •. rugby, ameriški nogomet, nogomet (ang. soccer), hokej (ang. hockey), tenis. in še veliko drugih športov, kjer je potrebna telesna sposobnost ponavljajočih se kratkih hitrih tekov z vmesnimi premori (primer šprinta v nogometu).. 1. Kenneth H. Cooper je doctor medicine in bivši vojaški polkovnik zračnih enot v Oklahomi, ki je kot prvi predstavil concept aerobike. Kenneth Cooper je tudi avtor velike uspešnice Aerobics, ki je izšla leta 1968 in je predstavila temelje aerobike, kot jo poznamo danes.. 22.

(23) 2. Predstavitev Ianiste. Izračun maksimalne aerobne kapacitete (VO2 max) se glasi (Enačba: 2.2):. VO2 MAX   v  6,35  35,8   0,95  0.182. (1.2). , kjer je v hitrost posamezne stopnje testa, kot je prikazano v tabeli (Tabela 2.3). Tabela 2.3: Tabela vrednosti za Beep test STOPNJA PONOVITEV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21. 7 8 8 9 9 10 10 11 11 11 12 12 13 13 13 14 14 15 15 16 16. HITROST v (km/h) 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5. ČAS PONOVITVE (s) 8.47 8.00 7.58 7.20 6.86 6.55 6.26 6.00 5.76 5.54 5.33 5.14 4.97 4.80 4.65 4.50 4.36 4.24 4.11 4.00 3.89. DOLŽINA PONOVITVE (m) 140 160 160 180 180 200 200 220 220 220 240 240 260 260 260 280 280 300 300 320 320. CELOTNA POT (m) 140 300 460 640 820 1020 1220 1440 1660 1880 2120 2360 2620 2880 3140 3420 3700 4000 4300 4620 4940. CELOTEN ČAS (mm:ss) 1:08 2:12 3:12 4:17 5:19 6:24 7:27 8:27 9:30 10:31 11:35 12:37 13:42 14:44 15:44 16:47 17:48 18:52 19:54 20:54 21:56. Večstopenjski fitnes preizkus vključuje neprekinjen tek med točkama, ki sta ena od druge oddaljeni 20 m. Teki so sinhronizirani s predhodno posneto avdio kaseto ali zgoščenko, ki v določenih intervalih preizkusa zapiska. Med preizkusom se interval zaporednih piskov zmanjšuje in se sorazmerno poveča hitrost teka. Test je strukturiran na ravni 21 tekov, kjer vsak traja približno 62 sekund. Interval piska se izračuna tako, da se hitrost vsake naslednje stopnje poveča za 0,5 km/h. Napredovanje z ene stopnje v drugo se signalizira s tremi hitrimi piski. Najvišja raven, ki jo doseže testiranec, se zapiše kot končni rezultat. Z etapno hitrostjo, ki jo je testiranec dosegel, se izračuna VO2 max. V našem primeru smo v vezje časovnih vrat vključil brenčala, s katerimi signaliziramo potek Beep testa.. 23.

(24) 2.3 Tehnologija zapestne ure. Intervalni trening Intervalni treningi so treningi za vzdržljivost, saj z njimi povečujemo pljučni volumen in pospešujemo absorpcijo kisika v krvi. Razvoj osnovne aerobne vzdržljivosti temelji na nenehnih obremenitvah za izboljšanje tekmovalne učinkovitosti tekačev, ki se resno pripravljajo na tekmovanja. Intervalni trening je osnovna metoda te vadbe. Najpogosteje ga lahko opišemo kot sistem vzdržljivostne vadbe, pri katerem se teki v nekem tempu izmenjujejo z vmesnim počitkom. Poznamo več vrst intervalnih treningov, kot so: Naravni intervalni trening, Anaerobni intervalni trening, Anaerobni intervalni trening, Kratkotrajni aerobni intervalni trening in Dolgotrajni aerobni intervalni trening. 24.

(25) 2. Predstavitev Ianiste. 2.3 TEHNOLOGIJA ZAPESTNE URE Zapesta ura (Slika 2.9) je sestavljena iz napajalnega dela vezja, perifernih naprav za merjenje različnih merilnih veličin, LCD zaslona, funkcijskih modulov, potrebnih za pravilno delovanje sistema in komunikacijskega dela vezja.. Slika 2.9: Blokovna shema zapestne ure Funkcija zapestne ure je, da lahko zagotovimo tretje področje pravilnega trenažnega procesa (Uvod, 2. odstavek). Eden izmed pomembnejših delov trenažnega procesa je spremljanje in primerjanje dobljenih rezultatov. Tako lahko točno vidimo, ali v trenažnem procesu napredujemo ali zgolj le ostajamo na enakem mestu ali v najslabšem primeru nazadujemo s fizično pripravljenostjo. Da bi lahko dobili rezultate, ki so pomembni pri izračunu fizične pripravljenosti, moramo v sistemu imeti periferne naprave, ki so zmožne meriti te merilne veličine. V športu je najbolj uporabljen podatek srčni utrip. Z njim lahko izmerimo veliko različnih sposobnosti merjenca (ali je fizično dovolj pripravljen, ali je telo sposobno prenesti stopnjo obremenjenosti, ali je subjekt zdrav itd.).. Napajanje Napajanje (Slika 2.10) je realizirano z napetostnim USB izvorom, pretvornikom napetosti, polnilcem baterij, baterijsko zaščito, ki ščiti baterijo pred neugodnimi pojavi, Li-Po baterijsko celico in pretvornikom baterijske napetosti.. Slika 2.10: Napajanje zapestne ure. 25.

(26) 2.3 Tehnologija zapestne ure. Napajanje zapestne ure vršimo z Li-Ion baterijsko celico. V primeru, da se baterije popolnoma izpraznijo, imamo v vezju možnost baterije ponovno napolniti z USB polnilcem.. Periferne naprave Periferne naprave (Slika 2.11) sestavljajo merilci temperature, srčnega utripa, pospeški pri premikanju roke in telesa (pospeškometer) in žiroskop.. Slika 2.11: Blokovna shema perifernih naprav S pomočjo teh senzorjev lahko izračunamo vrsto pomembnih parametrov. S temperaturnim senzorjem lahko spremljamo dnevno temperaturo in glede na to prilagajamo dolžino in zahtevnost trenažnega poligona. Merilnik srčnega utripa je najpomembnejši faktor pri izračunu maksimalne aerobne kapacitete ali VO2 max, ki nam pove fizično pripravljenost merjenca. S srčnim utripom lahko tudi določa zdravstvene pokazatelje, ali je subjekt zdrav ali bolan. Pospeškometer in žiroskop se uporabljata predvsem pri merjenju korakov, ki jih je opravil merjenec. S pomočjo teh senzorjev pa lahko izračunavamo moč udarca na primer pri tenisu, golfu, košarki oz. pri vseh športih, ki se izvajajo z roko.. Komunikacija Komunikacija zapestne ure z drugimi napravami (časovna vrata in Android aplikacija) je realizirana z bluetooth smart 4.0 protokolom. Zaradi zelo majhnih dimenzij in visoke radijske zmožnosti sprejemanja in oddajanja bluetooth paketov, smo se odločili za Silicon Labsov mikrokontroler BGM121 (Slika 2.12).. Slika 2.12: BGM121 SiP Bluetooth Smart 4.0 mikrokontroler [10]. 26.

(27) 2. Predstavitev Ianiste. Funkcijski moduli Funkcijske module (Slika 2.13) sestavljajo moduli, ki so izredno pomembni za pravilno delovanje zapestne ure.. Slika 2.13: Funkcijski moduli zapestne ure RTCC – zapestna ura je obenem tudi ura, ki prikazuje uro in datum v realnem času. Velikokrat je RTCC sistem že vgrajen v mikrokrmilnik, v našem primeru pa ga moramo fizično dodati, da lahko na zaslonu prikazujemo čas in datum. GPS – naslednji pomemben modul v sistemu je GPS modul. Ta se uporablja predvsem za prikazovanje lokacije merjenca. Z GPS parametri lahko izračunamo hitrosti, razdalje, pospeške, spremembe ritma itd., te podatke pa si lahko merjenec po opravljenem trenažnem poligonu podrobno ogleda in primerja. NFC – v podjetju Logicdata razvijajo sistem NFC povezave, ki bi uporabniku na enostavnejši način pomagala med seboj seznaniti bluetooth naprave. Sistem deluje tako, da so vsi potrebni parametri bluetooth seznanjanja vnaprej določeni in se pri NFC povezavi med bluetooth napravami avtomatsko vzpostavi povezava. Ta sistem bi lahko učinkovito uporabili v svojem projektu. Podrobnejši blokovni diagram vezja nam bo podrobneje razkril vsebino sistema zapestne ure (Slika 2.14).. 27.

(28) 2.3 Tehnologija zapestne ure. 28. Slika 2.14: Podrobna blokovna shema zapestne ure.

(29) Poglavje 3 3 PREDSTAVITEV STROJNE OPREME 3.1 PODROBEN OPIS POSAMEZNEGA MODULA Izbira radijske komunikacije Pri izbiri antene2 je bilo potrebno izbrati napravo, ki bi imela naslednje karakteristike [11]: • • • • •. oddajanje signalov brez signalnih modulacij, frekvenco delovanja 433 MHz, majhno porabo električne energije, delovanje na relativno velike razdalje (v našem primeru do 300 m) ter zmožnost oddajanja in sprejemanja signalov.. Glede na te karakteristike smo si izbrali HopeRF-ov oddajnik RFM69CW (Slika 3.1).. Slika 3.1: Oddajnik RFM69CW [11] Oddajniški modul RFM69CW je zmožen delovati v širokem frekvenčnem področju, na frekvenčnih pasovih 315, 433, 868 in 915 MHz , to je na brez-licenčnih frekvenčnih področjih ISM – Industry Scientific and Medical. Vsi glavni RF komunikacijski parametri se lahko programirajo in večina od njih se lahko dinamično nastavlja. RFM69CW ponuja edinstveno prednost programabilnega ozkega pasu in širokega pasu načina komunikacije. RFM69CW je optimiziran za nizko porabo energije z visoko RF izhodno močjo in delovanjem po kanalih. Je skladen s predpisi ETSI in FCC.. 2. V našem primeru se antena nanaša na elektromagnetni oddajnik in sprejemnik hkrati, saj vsak od senzorjev oddaja in sprejema podatke..

(30) 3.1 Podroben opis posameznega modula. V tabeli (Tabela 3.1) lahko vidimo funkcije, ki jih ima posamezen pin, na sliki (Slika 3.2) pa njihovo pozicijo na čipu. Pri antenskem pinu je zelo pomembno, da je dolžina antene točno za 1/4 dolžine celotnega frekvenčnega vala, saj drugače oddajnik ne bo deloval, v najslabšem primeru pa se bo celo poškodoval, saj se signali brez pravilne antene vrnejo nazaj v vezje. Tabela 3.1: Funkcije pinov RFM69CW PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14. IME ANA 3.3V GND DIO3 MOSI SCK NSS MISO DIO0 DIO2 DIO1 DIO5 RESET GND. TIP I/O I I I O I/O I/O I/O I/O I/O -. OPIS RF signal vhod-izhod (antena) Napajalna napetost Zemlja Digitalni I/O SPI podatkovni vhod SPI ura SPI izbira čipa SPI podatkovni izhod Digitalni I/O Digitalni I/O Digitalni I/O Digitalni I/O Ponovni zagon Zemlja 30. Slika 3.2: Predstavitev pinov RFM69CW oddajnika [11] Na sliki je prikazan Altium model čipa RFM69CW (Slika: 3.3), ki smo ga narisali in uporabili v vezju. Vidimo, da je za pravilno delovanje čipa potrebnih 3,3 V in stabilizacijski kondenzator 22 µF, ki zagotovi 3,3 V napetosti v primeru nihanja le-te.. Slika 3.3: Altium model RFM69CW.

(31) 3. Predstavitev strojne opreme. Izbira krmilnika za bluetooth smart 4.0 komunikacijo Pri izbiri krmilnika je bilo najpomembnejše, da je krmilnik malih dimenzij in da ima bluetooth komunikacijo že vgrajeno v sam čip [12]. Tega načina načrtovanja vezja smo se poslužili zato, da bi naredili vezje in celotno ohišje senzorjev čim manjše. Tako smo se po tehtnem razmisleku odločili za SiliconLabsov BGM111 mikrokrmilnik (Slika 3.4).. Slika 3.4: Mikrokrmilnik BGM111 [13] BGM111 je sistem na čipu, ki uporablja bluetooth 4.2 komunikacijo, ki porabi bistveno manj energije v primerjavi s prejšnjimi različicami in podpira veliko večje prenose podatkov na razdalje do 200 m. Za tehnologijo bluetooth smo se odločili, ker je relativno enostavna za uporabo in omogoča hitrosti prenosa, ki zadoščajo za prenos podatkov iz časovnih vrat na Android aplikacijo. Z bluetooth komunikacijo smo dosegli enostavno uporabo Ianiste z vsemi napravami, ki so kompatibilne s tehnologijo komunikacije bluetooth z nizko porabo. Krmilnik ima še veliko več prednosti pri enostavnosti uporabe in implementacije v naš projekt. BGM111 vsebuje ARM Cortex M4 mikrokrmilnik s frekvenco takta do 40 MHz, ki ima zelo malo porabo električne energije in izjemno procesno moč. Da bi lahko shranjevali podatke, dokler ne sinhroniziramo podatkov z Android aplikacijo, ima BGM111 že vgrajen bliskovni pomnilnik z 256 kB, kar zadošča za naš projekt. Krmilnik vsebuje tudi druge komunikacijske protokole, ki so uporabljeni v našem projektu, kot so: • • •. univerzalni sinhroni/asinhroni sprejemnik/oddajnik – USART, serijski vmesnik I2C in uro realnega časa RTCC.. Silicon Labs ponuja za SoC BGM11 EFR32™3 Mighty Gecko brezžično razvijalsko ploščico (Slika 3.5), ki jo je podjetje Logicdata v Mariboru že imelo na zalogi in smo jo lahko uporabili za lažji razvoj projekta.. 3. EFR (Electric friendly microcontroller): električno prijazen mikrokrmilnik – pomeni, da mikrokrmilnik za svoje delovanje troši izjemno malo električne energije.. 31.

(32) 3.1 Podroben opis posameznega modula. Slika 3.5: Brezžična razvijalska ploščica EFR32™ Mighty Gecko [14] Silicon Labs poleg razvijalske ploščice ponuja še odprto-kodno programsko okolje Silicon Labs Simplicity Studio (Slika 3.6), ki je optimizirano za mikrokrmilnike EFR32. Programski jezik je osnovni C, vendar z nekaj prilagojenimi komandami in knjižnicami za njihove mikrokrmilnike. To programsko okolje smo uporabili za poznejše programiranje komunikacije bluetooth med časovnimi vrati in Android aplikacijo.. 32. Slika 3.6: Začetna stran programskega okolja Simplicity Studio.

(33) 3. Predstavitev strojne opreme. Izbira in načrtovanje linearnega regulatorja napetosti Za delovanje mikrokrmilnikov in RF komunikacije je potrebno, da v vezju zagotovimo napetosti do 3,3 V [15]. V vezju imamo 4 Li–Po baterije, ki generirajo napetost 16,8 V, zato je potrebno, da to napetost znižamo na vrednost, pri kateri mikrokrmilniki pravilno delujejo. Ker imamo veliko višjo generirano napetost, kot je 3,3 V, smo to napetost znižali s pomočjo linearnega regulatorja TPS7A19 (Slika 3.7). Za ta regulator smo se odločili, saj ima velik razpon vhodne napetosti, tako da ne bo problema, če bo napetost v nekih trenutkih večja oziroma manjša, kot je načrtovano.. Slika 3.7 Linearni regulator TPS7A19 mA [15] TPS7A19 je linearni regulator LDO s širokim razponom vhodne napetosti (VIN), ki sega od 4 do 40 V, in izhodnim tokom (Iout) do 450 mA. Ta regulator napetosti je idealen za generiranje nizkonapetostnega vira s širokim spektrom vhodnih napetosti. V tabeli (Tabela 3.2) lahko vidimo funkcije, ki jih ima posamezen pin, na sliki (Slika 3.8) pa njihovo pozicijo na čipu. Pri pinu EN je pomembno, da je ob uporabi linearnega pretvornika EN pin na logični 1, saj drugače ne bo pričel z delovanjem. Tabela 3.2: Opis in funkcije pinov TPS7A19 IME. PIN V/I ŠTEVILKA. DELAY. 1. -. EN FB GND IN. 6 3 4,5 7. V V V. OUT. 2. I. PG 8 Thermal pad. I -. OPIS Pin zakasnitve. Povežite kondenzator na GND, da nastavite PG zakasnitveni čas; odprte sponke, če funkcija PG ni potrebna. Pin za vklop. Ta pin vklopi ali izklopi napravo. Pin povratne informacije. Zemlja. Vhodna napetost. Ko je napetost nad 2.5 V, za stabilno napajanje zadostuje kondenzator 22 uF. Pg pade na nič, ko izhodna napetost pade pod mejo. Prispajkajte na PCB.. 33.

(34) 3.1 Podroben opis posameznega modula. Slika 3.8: Predstavitev pinov napetostnega regulatorja TPS7A19 [15] Na sliki je prikazan Altium model linearnega pretvornika TPS7A19 (Slika 3.9), ki smo ga narisali v Altium Designer programu in uporabili v vezju. Vidimo, da je za pravilno delovanje čipa potrebnih 3,3 V in stabilizacijski kondenzator 22 µF, ki zagotovi 3,3 V napetosti v primeru nihanja le-te. Enako velja za izhod pretvornika, saj tako izničimo nadaljnje nihanje napetosti. Ostale elemente v vezju bomo opisali spodaj, kjer lahko najdemo podroben opis načrtovanja linearnega pretvornika.. 34. Slika 3.9: Načrt povezav napetostnega regulatorja TPS7A19 v programskem okolju Altium Designer. Načrtovanje linearnega regulatorja Načrtovanja linearnega regulatorja (Slika 3.9) smo se lotili tako, da smo preverili, da vse kombinacije maksimalnega toka, maksimalne prostorske temperature, maksimalne vhodne napetosti in maksimalne izhodne napetosti ne presegajo meja, ki jih regulator še premore [13]. Ko smo potrdili, da so vsi parametri znotraj meja, smo nadaljevali z načrtovanjem. Nastavitev izhodne napetosti: Za nastavitev želene izhodne napetosti je potrebno preračunati vrednost uporov v povratni vezavi. S tehničnega dokumenta smo razbrali, da je priporočena nominalna vrednost upora R2 10 kΩ, zato bomo to vrednost uporabili v naši enačbi. Razmerje izhodne napetosti VOUT in uporov R1 in R2 je podano v (3.1)..

(35) 3. Predstavitev strojne opreme. Vrednost VFB = 1,233 V.  R  VOUT  VFB  1  1   R2  VOUT R 1  1 VFB R2. (2.1). V   3,3V  R1  R2   OUT  1  10 k     1  16, 7 k   1, 233V   VFB  Tu je: VOUT – izhodna napetost (V), VFB – napetost ploskovnega pasu (podana v tehničnem dokumentu) (V), R1 – vrednost prvega upora uporovnega delilnika (Ω) in R2l – vrednost drugega upora uporovnega delilnika (Ω). Tako smo izbrali naslednjo večjo vrednost in dobili 17 kΩ upor. Nastavitev PG4 zakasnitve. S kondenzatorjem na izhodu pina DELAY nastavimo zakasnitev preden PG pin doseže logično vrednost 1. Kondenzator se polni s konstantnim tokom, dokler napetost na kondenzatorju ne preseže nivoja napetosti, kjer se z vgrajenim primerjalnikom generira impulz, ki vklopi pin PG na logično 1, kot je predstavljeno na sliki (Slika 3.10). Zakasnitev tPG_DLY je določena s časom, ki je potreben, da se napolni zunanji kondenzator na pinu DELAY (3.2):. C 1V t PG _ DLY   DELAY  9,5  A.    325  s . CDELAY   t PG _ DLY  325  s   9,5  A CDELAY  1 ms  325  s   9,5  A CDELAY  6,512 nF Tu je: tPG_DLY – čas polnitve CDELAY kondenzatorja; zakasnitev PG (s), CDELAYA – kapacitivnost kondenzatorja (F).. 4. PG (Power Good): pin PG se inicializira, kadar izhodna napetost doseže 91,6 % svoje nastavljene vrednosti.. (2.2). 35.

(36) 3.1 Podroben opis posameznega modula. Najbližja večja vrednost kondenzatorja za zakasnitev 1 ms je vrednost kondenzatorja CDELAY = 10 nF. Pri tej vrednosti je zakasnitev dolga tPG_DLY = 1,38 ms. Na sliki (Slika 3.10) je razvidna odvisnost izhodne napetosti od vhodne in pogoj za zakasnitev PG.. Slika 3.10: Pogoji za aktiviranje PG , kjer je: VIN – vhodna napetost (V), VOUT – izhodna napetost (V), VDELAY – napetost na DELAY pinu (V) in VPG – napetost na PG pinu (V).. 36.

(37) 3. Predstavitev strojne opreme. Izbira in načrtovanje stikalnega pretvornika Izbira stikalnega pretvornika Stikalni pretvornik navzgor smo uporabili za polnjenje Li–Po baterij s pomočjo USB pomnilnika [16]. V projektu smo preračunali, da je najboljši izkoristek porabe električne energije in cenovno najugodnejše, da uporabimo 4 Li-Po baterije, ki jih vežemo zaporedno in dobimo veliko večjo kapaciteto električne energije ter tako dosežemo, da časovna vrata do ponovnega polnjenja delujejo veliko dlje. Polnilna napetost 1 celice Li–Po baterije znaša 4,2 V, ker pa imamo 4 baterije, se polnilna napetost zviša na 16,8 V. Zato je potrebno napetost iz USB pomnilnika zvišati na napetost 16,8 V. Vendar smo za polnjenje baterij uporabili polnilnik s konstantnim tokom in nato s konstantno napetostjo, ki deluje na vhodne napetosti, večje od 20 V, zato je bilo potrebno napetost povišati na 20 V. S takimi zahtevami smo izbrali linearni regulator TPS7A19.. 37 Slika 3.11: Stikalni pretvornik TPS61178 [16] V tabeli (Tabela 3.3) lahko vidimo funkcije, ki jih ima posamezen pin, na sliki (Slika 3.12) pa njihovo pozicijo na čipu. Pri pinu EN je pomembno, da je ob uporabi stikalnega pretvornika EN pin na logični 1, saj drugače ne bo pričel z delovanjem. Tabela 3.3: Funkcije pinov TPS61178 PIN IME. ŠTEVILKA. FREQ/SYNC. 1. AGND. 2. ILIMIT. 3. COMP FB PGND. 4 5 6. SW. 7. VOUT. 8. V/I. OPIS. Preklopna frekvenca je nastavljiva z uporom med tem pinom in analogno maso AGND. Analogna masa (zemlja) čipa. Povezati je potrebno AGND na PGND z eno signalno linijo. Nastavljanje maksimalnega toka preklapljanja z uporom med tem V pinom in AGND. I Izhod vgrajenega ojačevalnika napake. V Napetostni vhod povratne vezave. MOČ Masa čipa (močnostna zemlja) . Stikalni izhod pretvornika, povezan na ponor vgrajenega MOČ močnostnega FET tranzistorja z AGND in na izvor močnostnega FET tranzistorja, povezanega na izhod boost pretvornika VOUT. MOČ Izhod boost pretvornika. V.

(38) 3.1 Podroben opis posameznega modula. DISDRV VCC. 9 10. I I. EN. 11. V. VIN BST. 12 13. V I. Izhod za izklop zunanjega FET tranzistorja. Izhod vgrajenega regulatorja. Vhod za omogočanje delovanja preklopnika. Logična 1 vklopi napravo, logična 0 izklopi delovanje naprave. Napajanje čipa. Napajanje za vgrajena FET-a.. Slika 3.12: Predstavitev pinov TPS61178 [17] Pri pinih PGND, SW in VOUT moramo biti izredno previdni, saj se pri spajkanju elementa na vezje lahko pojavijo kratki stiki, ki privedejo do nepravilnega delovanja stikalnega pretvornika. Na sliki je prikazan Altium model stikalnega pretvornika TPS61178 (Slika 2.13), ki smo ga narisali v Altium Designer programu in uporabili v vezju. Vidimo lahko, da stikalni pretvornik pretvarja vodno napetost USB polnilnika 5 V na izhodno napetost 20 V. Uporabljene elemente in njihove vrednosti v vezju bomo opisali na naslednji strani, kjer lahko najdemo podroben opis stikalnega pretvornika.. Slika 3.13: Načrt vezja stikalnega regulatorja TPS61178 v programskem okolju Altium. 38.

(39) 3. Predstavitev strojne opreme. Načrtovanje stikalnega regulatorja napetosti Načrtovanja stikalnega regulatorja napetosti smo se lotili s pomočjo tehničnega dokumenta TPS61178. Nastavitev frekvence: Frekvenco preklapljanja smo poračunali po Enačbi (3.3):. 1  k  x  RFREQ  TDELAY Freq 1  TDELAY Freq RFREQ  k  CFREQ. T. kjer je:. TDELAY  50 nS ,. RFREQ. k  3,. CFREQ  1,8 pF. 1  50 nS 500 kHz   342 k  3 1,8 pF. (2.3) 39. , kjer je: RFREQ – vhodna upora za nastavljanje frekvence (Ω), TDELAY – perioda preklapljanja (s), CFREQ – kapacitivnost kondenzatorja (F), k – konstanta (pobrana iz tehničnega dokumenta) (V) in Freq – frekvenca preklapljanja (V). Tako smo dobili rezultat 342 kΩ pri frekvenci preklapljanja 500 kHz. Uporabili smo naslednjo večjo vrednost upora, ki znaša 348 kΩ. S tem smo dobili stikalno frekvenco 518 kHz (3.4): 1  k  x  RFREQ  TDELAY Freq 1 Freq  k  CFREQ  RFREQ  TDELAY. T. Freq . 1  518 kHz 3 1,8 pF  348 k   50 nS. (2.4).

(40) 3.1 Podroben opis posameznega modula. Nastavitev maksimalnega toka: Mejo maksimalnega preklopnega toka lahko nastavljamo z uporom, povezanim na ILIMIT pin stikalnega preklopnika. Razmerje med mejnim tokom in uporom je določeno z Enačbo 3.5:. RLIMIT . 745 745   372 k  I LIMIT 2. (2.5). Izbrali smo tok 2A in izračunali vrednost upora RLIMIT = 372 kΩ. Ker smo izbrali upornost RLIMIT = 340 kΩ, smo izračunali maksimalni tok (3.6): I LIMIT . 745 745   2, 2 A RLIMIT 340. (2.6). , kjer je: RLIMIT – vrednost upora (kΩ) in ILIMIT – maksimalni tok (A). Nastavitev izhodne napetosti: Nastavitev izhodne napetosti je pri stikalnem regulatorju TPS61178 nastavljiva z uporovnim zunanjim delilnikom napetosti. Razmerje med izhodno napetostjo in delilnikom upornosti je podano z Enačbo 3.7: Vrednost VFB =   R VOUT  VFB  1  UP  RDOWN  . (2.7). , kjer je: VOUT – vrednost izhodne napetosti (V), RUP – vrednost zgornjega upora v uporovnem delilniku (Ω), RDOWN – vrednost spodnjega upora v uporovnem delilniku (Ω), VFB – napetost ploskovnega pasu (podana v tehničnem dokumentu) (V). Pri implementaciji delilnika napetosti je priporočljivo, da je RDOWN upor manjši od 100 kΩ. Tako se zmanjša vpliv šuma. Zato smo za računanje RUP upora za vrednost RDOWN izbrali vrednost RDOWN = 80,6 kΩ (priporočena s strani proizvajalca) in izračunali razmerje po Enačbi 3.8.. 40.

(41) 3. Predstavitev strojne opreme.   R VOUT  VFB  1  UP   RDOWN  VOUT R  1  UP VFB RDOWN RUP. V   RDOWN   OUT  1  VFB . (2.8).  20 V  RUP  80, 6 k     1  1,16 M   1, 3V . Tako smo kot najbližjo vrednost uporabili upor vrednosti 1 MΩ. Druge vrednosti elementov smo dobili iz podatkovnega lista stikalnega regulatorja TPS61178.. 41.

(42) 3.1 Podroben opis posameznega modula. Izbira in načrtovanje 4-celičnega polnilca baterij Ker smo se odločili, da bomo v časovnih vratih uporabili 4 Li–Po polnilne baterije, je bilo potrebno izbrati ustrezen polnilnik [17]. Iskali smo takega, ki lahko polni baterije z visokim polnilnim tokom, je relativno poceni ter ima majhne dimenzije. Našim zahtevam je najbolj ustrezal polnilnik LTC4006-4 podjetja Linear Technology. Polnilnik baterij LTC4006-4 je polnilnik, ki polni baterijo s konstantnim tokom dokler je prazna, kasneje pa polni s konstantno napetostjo, tok pa se ustrezno stanju napolnjenosti manjša. Tak polnilnik imenujemo polnilnik s konstantnim tokom/napetostjo. Polnilnik lahko polni 4-celične litij-polimerske baterije v malem SSOP ohišju z uporabo nekaj izhodnih komponent. Polnilni tok izbiramo z vrednostjo upora RSENSE do ±4 % točnosti. Polnjenje se avtomatsko nadaljuje, če napetost pade pod 3,9 V/celico. LTC4006 vsebuje termistor, ki prekine polnjenje, če zazna temperaturo, večjo od dovoljene, in nadaljuje polnjenje, ko je temperatura manjša. V tabeli (Tabela 3.4) lahko vidimo funkcije, ki jih ima posamezen pin, na sliki (Slika 3.14) pa njihovo pozicijo na čipu. Tabela 3.4: Funkcije pinov LTC4006-4 PIN. V/I. OPIS. V. Vhod enosmerne zunanje napetosti. Ko se baterija polni, se pin spusti na LOW (0 V) z notranjim MOSFET tranzistorjem. Izhodni pin, ki prikazuje, ali je vhodna napetost dovolj velika, da se lahko izvrši polnjenje. Časovni upor. Perioda časovnika je nastavljiva z uporabo upora povezanega na GND. Zemlja. Termistor, povezan na GND. Ta pin določa, ali je temperatura sigurna za polnjenje baterije. Kontrolni signal za notranjo zanko toka. Pin za kontrolo polnilnega toka. Ojačevalnik toka. Ta in BAT pin merita napetost na RSENSE uporu. Pin za zaznavanje baterije. Pozitivna referenca za omejevanje tokovnega ojačevalnika CL1. Negativna referenca za omejevanje tokovnega ojačevalnika CL1. Krmili P-kanalni MOSFET na buck preklopniku baterijskega polnilca. Visoki tokovni povratnik za BGATE vodilo. Krmilnik za spodnji N-kanalni MOSFET na buck preklopniku baterijskega polnilca. Krmili vrata zunanjega vhodnega PFET-a.. IME DCIN. ŠTEVILKA 1. \CHG. 2. I. ACP/\SHDN. 3. V. RT. 4. -. GND. 5. -. NTC. 6. V. ITH IMON CSP BAT CLP CLN TGATE PGND BGATE. 7 8 9 10 11 12 13 14 15. I V I V V -. INFET. 16. 42.

(43) 3. Predstavitev strojne opreme. Slika 3.14: Predstavitev pinov LTC4006-4 [18] Na sliki je prikazan Altium model 4-celičnega LTC4006-4 polnilca baterij (Slika 3.15), ki smo ga narisali v Altium Designer programu in uporabili v vezju. Uporabljene elemente in njihove vrednosti v vezju bomo opisali na naslednji strani, kjer lahko najdemo podroben opis načrtovanja polnilca baterij. 43. Slika 3.15: Altium načrt vezja LTC4006-4.

(44) 3.1 Podroben opis posameznega modula. Načrtovanje 4-celičnega LTC4006-4 polnilca baterij Načrtovanja polnilnika 4–celičnih Li-Po baterij smo se lotili s pomočjo tehničnega dokumenta LTC4006 [18]. Tokovna nastavitev polnilnika: Največja vrednost polnilnega toka je določena z napetostjo na uporu RSENSE in padcem napetosti na njem, ki je velik 100 mV, kot je predstavljeno v Enačbi 3.9:. I CHARGE ( MAX ) . 100mV RSENSE. (2.9). , kjer je: ICHARGE(MAX) – maksimalni polnilni tok (A) in RSENSE – vrednost upora za nastavitev maksimalnega toka (Ω). Ker je iz USB konektorja maksimalni polnilni tok 2 A, smo se odločili, da bo tako tudi maksimalni polnilni tok baterij do 2 A. Za to potrebujemo vrednost upora RSENSE = 0,05Ω (3.10). RSENSE . 100 mV  0.05  2A. (2.10). Nastavitev časovnega upora: 44 Izklop pomnilnika je načrtovan med 1 in 3 ure polnjenja s 15 % pogreškom. Časovnik nastavimo z uporom RT po Enačbi 3.11:. tTIMER s   10  227  RRT 17.5 pF. (2.11). , kjer je: tTIMER – čas izklopa (s) in RRT – vrednost nastavitvenega upora (Ω). Izbrali smo čas 2 uri in dobili (3.12): RTH . t. TIMER 27. 10  2 17,5 pF. . 7200  307 k  10  2 17,5 pF 27. (2.12). Nato smo za upor izbrali naslednjo večjo upornost 310 kΩ in tako izračunali čas: tTIMER s   10  227  RRT 17.5 pF  10  227  310 k  17,5 pF  7281 s t1 . tTIMER 7281   2, 20 h 3600 3600. Za vrednosti drugih elementov v vezju smo uporabili priporočene vrednosti proizvajalca.. (2.13).

(45) 3. Predstavitev strojne opreme. Izbira fotoelektričnega senzorja Povprečna razdalja zaznave tekača pri izvajanju trenažnega poligona ne presega razdalje 1,5 metrov, zato smo se odločili za fotoelektrični senzor Omron E3ZLS832M, ki dosega razdalje na odprtem prostoru do 2 m.. Slika 3.16: Fotoelektrični senzor Omron E3ZLS832M [18] Fotoelektrični senzor deluje na principu oddaje in sprejema odboja IR svetlobe. Senzor vsebuje oddajno infrardečo led diodo in sprejemni fotodetektor [18]. Senzor deluje tako, da ob vklopu led dioda generira žarek IR svetlobe, ki se usmerjeno širi v prostor. Ko naleti na oviro, se od nje odbije in del odbitega žarka sprejme fotodetektor. Če želimo povečati razdaljo, ki jo je senzor sposoben zaznati, je potrebno na nasprotno stran postaviti kovinski odbojnik svetlobe. Drugi način zaznave je prav nasproten. Senzor zazna tekača tako, da v trenutku, ko se svetlobni žarek med senzorjem in odbojno ploščico prekine, pomeni, da je tekač pretekel snop infrardeče svetlobe in se na mikrokrmilnik pošlje nizek – LOW (digitalna ničla) signal in se v tem trenutku prične ali zaključi merjenje časa. Prikaz povezovalne sheme (Slika 3.17).. Slika 3.17: Tipična povezava fotoelektričnega senzorja. Fotoelektrični senzor za pravilno delovanje potrebuje napetosti med 12 in 24 V. Napetost, ki jo dajejo 4 Li–Po baterije v našem projektu, znaša 16,8 V, kar je primerno za pravilno delovanje senzorja, zato ni potrebno dodajati nobenih regulatorjev napetosti. Tudi v primeru, da so baterije nekoliko bolj prazne, napetost ne pade pod 12 V in fotoelektrični senzor pravilno deluje.. 45.

(46) Poglavje 4 4 PREDSTAVITEV PROGRAMSKE OPREME Programska oprema Ianiste je sestavljena iz dveh različnih programskih jezikov. Programiranja aplikacije za operacijski sistem Android smo se lotili v programskem okolju Android studio, ki je prostokodno programsko okolje in za razvijanje aplikacij uporablja Java programski jezik. Android aplikacije ne bomo podrobno predstavili, prikazali bomo le grobi diagram poteka (Slika 4.1).. Slika 4.1: Diagram poteka aplikacije za operacijski sistem Android.

(47) 4.1 Komunikacija bluetooth. Časovna vrata so sestavljena iz programskega jezika nižjega sloja, C programskega jezika. Programiranja smo se lotili v programskem okolju Simplicity Studio, ki je razvit s strani Silicon Labs posebej za mikrokontrolerje iz njihove proizvodnje. Simplicity Studio je programsko okolje Eclipse, ki je prostokodno in eno od svetovno najpogosteje uporabljenih programski okolij za programiranje programskih jezikov nižjih slojev, z dodanimi funkcijami, ki podpirajo EFR32, EFM32 mikrokontrolerje. Diagram poteka časovnih vrat (Slika 4.2) bomo razdelili na manjše dele in jih predstavili bolj podrobno.. 47. Slika 4.2: Diagram poteka časovnih vrat.

(48) 4. Predstavitev programske opreme. Vidimo lahko, da je potrebno, preden časovna vrata lahko uporabimo, le-ta povezati z Android aplikacijo, kjer izberemo trenažni poligon, ki ga želimo uporabljati. Ko Android aplikacija pošlje potrebne podatke v GATT karakteristiko in jo časovna vrata preberejo ter nastavijo potrebne parametre, lahko pričnemo z uporabo časovnih vrat. Podrobnejši diagram poteka (Slika 4.3) nam podrobneje predstavi potek programa časovnih vrat.. 48. Slika 4.3: Blokovni diagram programa časovnih vrat Ker je za to, da lahko pričnemo z uporabo Ianiste, najprej potrebna bluetooth komunikacija, pričnimo s podrobnejšim opisom inicializacije in vzpostavitve povezave med aplikacijo in časovnimi vrati..

(49) 4. Predstavitev programske opreme. 4.1 KOMUNIKACIJA BLUETOOTH Pametni protokol modri zob (ang. bluetooth, Bluetooth Low Energy, Bluetooth Smart) je brezžični omrežni protokol, ki je bil razvit za brezžično komunikacijo med osebnimi računalniki in perifernimi napravami, danes pa se uporablja tudi za povezovanje naprav v [19, 20]: • • • • •. fitnesu, napravah v zdravstvu, svetilnikih, napravah za zaščito in napravah doma.. Od klasične bluetooth 2.0 povezave se bluetooth 4.0 razlikuje predvsem v porabi električne energije pri enaki komunikacijski razdalji. GATT profil Bluetooth Smart komunikacije ima sledečo terminogijo: o Odjemalec: Je naprava, ki izvršuje komande in zahteve GATT ter sprejema odgovore (primer: pametni telefon). o Strežnik: Ima ravno nasprotno funkcijo kot klient, sprejema namreč GATT komande in zahteve ter vrne odgovore (primer: merilec srčnega utripa). o Karakteristika: Je podatek, ki se prenaša med odjemalcem in strežnikom (primer: trenutna vrednost srčnega utripa). o Storitev: Če imamo dve značilnosti, ki skupaj delujeta za izvajanje neke funkcije (primer: merilec srčnega utripa vsebuje meritve srčnega utripa v eni minuti in časovni interval med meritvami), pomeni, da imamo eno storitev, ki določa dve karakteristiki. o Deskriptor: Deskriptorji so v bluetooth povezavi nepotrebni, lahko pa jih uporabimo kot dodatne informacije pri značilnostih. Identifikacijo atributov (karakteristika, storitev, deskriptor) GATT terminologije določa UUID5.. Opis programa bluetooth komunikacije med časovnimi vrati in aplikacijo za operacijski sistem Android Opisali bomo eno od uporabljenih karakteristik GATT v našem projektu. V tem primeru pošiljamo čas, ki ga je tekač potreboval, da je zaključil tek. Preden lahko pošiljamo podatke napravam, je potrebno inicializirati GATT karakteristiko:. 5. UUID (Universally unique identifier): Je 128-bitna številka, ki se uporablja za identifikacijo informacij v računalniških sistemih.. 49.

(50) 4. Predstavitev programske opreme. Spodaj je prikazana gaat.xml inicializacija GATT karakteristike, v katero pošiljamo vrednost ure in iz katere jo beremo na drugi napravi. <!--Time Service--> <service advertise="true" name="Time Service" requirement="mandatory" sourceId="com.kevin.timeservice" type="primary" uuid="43756401-637f-426fbd5e-1cdcbf0a7e3d"> <informativeText>Custom service</informativeText> <!--Timer--> <characteristic id="timer" name="Timer" sourceId="com.kevin.timer" uuid="15194246-4389-4335-848f-e13e88f10cc9"> <informativeText>Custom characteristic</informativeText> <value length="1" type="hex" variable_length="false"/> <properties indicate="true" indicate_requirement="mandatory"/> </characteristic> </service> Vidimo lahko, da je ime storitve »Time service«, ki ima točno določeno UUID in tako lahko z drugo napravo to storitev odkrijemo. Druga alineja je podana kot karakteristika. Ta ima tudi svoj UUID, tako kot storitev. Kadar odkrijemo storitev, lahko preko tega UUID dostopamo do karakteristike, ki je v naši storitvi. Karakteristika je podana kot hexadecimalni podatek dolžine 255 bitov oziroma 1 byte in ima lastnost obveščanja. To se pravi, kadar je v GATT karakteristiko poslana vrednost časa, se obvesti napravo, ki je povezana v našo GATT karakteristiko, da se je podatek spremenil in ga lahko preberemo. Naslednji korak je bluetooth oglaševanje. Da bi nas druge naprave lahko videle in se na nas povezale, je potrebno, da smo vidni. To naredimo z naslednjim ukazom: /* Nastavi oglaševalske parametre. 100ms oglaševalski interval. * Prva dva parametra nam poveta minimalni im maksimalni oglašrevalski interval * enote (milisekunde * 1.6). tretji parameter '7' nastavi oglaševanje na vseh kanalih. */ gecko_cmd_le_gap_set_adv_parameters(160, 160, 7); /* prični z bluetooth oglaševanjem. */ gecko_cmd_le_gap_set_mode(le_gap_general_discoverable,le_gap_un directed_connectable); Sedaj, ko imamo GATT karakteristiko sestavljeno in povezano, naprava lahko prične uporabljati komunikacijo za pošiljanje in sprejemanje podatkov. Funkcija, s katero pošljemo podatke ure v GATT karakteristiko:. 50.

Figure

Updating...

References

Updating...

Related subjects :