צאנג פנג מחברת Microchip Technology מסביר איך לבנות מד-צעדים דיגיטלי שלא צורך הרבה אנרגיה.
הטכנולוגיה הלבישה מככבת כיום בחדשות יותר מאי פעם. נראה כי תנופת התקדמות הטכנולוגיה הלבישה מונח גנרי עבור התקנים אלקטרוניים שנלבשים על הגוף, ומנטרים את תפקודו לא מתכוונת לעצור בקרוב.
ההתקנים המובילים את המגמה הזו הם עוקבי פעילות, המודדים את מספר הצעדים,
ומעודדים את הלובש אותם לצאת לאימון ספורט יומיומי שיכול להפחית את לחץ הדם
ואת מדד המסה של הגוף. עוקבי פעילות בצורת צמיד המשלבים ספירת צעדים ובלוטות’ באנרגיה נמוכה (LE) זוכים לפופולריות רבה ככלים להגברת המוטיבציה למי שחפץ לשפר את בריאותו ואת הפעילות הגופנית שלו.
מד צעדים דיגיטלי הוא התקן אלקטרוני נישא שסופר כל צעד שהאדם עושה, על ידי זיהוי התנועה של גוף הצועד באמצעות מד-תאוצה. ניתן לבנות התקן כזה באמצעות מיקרו – בקר 8 ביט, מודול בלוטות’ באנרגיה נמוכה, ומד תאוצה דיגיטלי בעל 3 צירים.
ניתן ללבוש את ההתקן לתצוגה על מפרק כף היד בדומה לשעון או לצמיד. מודול הבלוטות’ LE שנמצא על הלוח מאפשר למד הצעדים לתקשר עם טלפון חכם או טבלט, עליהם ניתן לעקוב אחר התקדמות האימון של המשתמש.
באיור 1 מוצגת דיארגמת הקוביות של מד צעדים כזה, בו מותקן מיקרו-בקר PIC16LF1718 של Microchip, מודול Microchip RN4020 Bluetooth LE 4.1, מד תאוצה דיגיטלי תלת-צירי Bosch Sensortec BMA250E , וסוללת ליטיום CR2032 3V בצורת מטבע.
איור מס’ 1: תרשים קוביות של דגם מד צעדים
אופן הפעולה
מד התאוצה בעל 10 הביטים מזהה את התנועה של הלובש. הקושחה שבמיקור-בקר מכילה אלגוריתם לזיהוי צעידה שפותח על ידי Bosch Sensortec. פונקציית זיהוי הצעדים בספרייה זו נקראת באופן תקופתי על ידי יישום המשתמש.
המיקרו-בקר קורא את נתוני ההאצה לאורך הצירים X, Y ו – Z ממד התאוצה באמצעות ממשק I2C כאשר קוראים לפונקציית זיהוי הצעדים.
לאחר מכן, פונקציית זיהוי הצעדים מנתחת את נתוני ההאצה שהצטברו ומשתמשת באלגוריתם לזיהוי דפוסים כדי לקבוע את מספר הצעדים שנצעדו.
ניתן להציג את מספר הצעדים שהצטברו על צג LED בעל 3 ספרות ו- 7 מקטעים, או באמצעות בלוטות’ LE על גבי יישום שרץ על הסמרטפון או הטבלט.
איור 2 הוא תרשים זרימה שמראה את זרימת התהליך של הצגת מד הצעדים.
איור מס’ 2: הדגמת תהליך הזרימה של הקושחה של מד הצעדים
מודול הבלוטות’ LE עמו המכשיר מצומד תואם למפרט הליבה של בלוטות’ 4.1 ותומך ב-13 פרופילים ציבוריים ו-17 שירותים ציבוריים מבוססי GATT, פרופילים בעלי תכונות כלליות. ארבעה מהפרופילים הציבוריים בהם תומכת המערכת קשורים לתחום הבריאות – מכשיר לניטור קצב לב, מד חום בריאותי, מד גלוקוז מכשיר לניטור לחץ דם.
המודול תומך גם בפרופיל או שירות פרטי ידידותי למשתמש שיכול להתאים
בדיוק ליישום של המשתמש. במקרה זה, ההדגמה מגדירה שירות פרטי
עבור יישום מד הצעדים.
כל ההגדרות נשמרות בזיכרון החומרי שעל הלוח של מודול הבלוטות’ LE, כך שהמשתמשים צריכים להגדיר את המודול שלהם רק פעם אחת.
המיקרו-בקר מפעיל את המודול כאשר תקשורת הבלוטות’ LE מופעלת, על ידי לחיצה על כפתור על גבי המכשיר. עם הלחיצה, ניתן להצמיד את המודול לסמרטפון או טבלט. המיקרו-בקר שולח בצורה מחזורית את מספר הצעדים למודול באמצעות ממשק UART לאחר הצלחת הצימוד. לאחר מכן המודול משדר את מספר הצעדים למכשיר הנייד המצומד, שבו ניתן להשתמש ביישום מתאים של בלוטות’ LE כדי להציג את מספר הצעדים.
עם זאת, ייתכן שאין צורך ביישום נלווה, אם מותקן במכשיר Apple HealthKit . זהו יישום עבור iOS 8 ומעלה שמתחבר לבלוטות’ LE עם מפרט GATT. משמעות הדבר היא שהתקנים רפואיים כמו מכשירים לניטור קצב לב ולחץ דם, מודדי חום ומדי גלוקוזה שבנויים עם מודול RN4020 נתמכים באופן פעיל על ידי Apple HealthKit. כך שבמקום לפתח יישום
נלווה, ייצרני ההתקן יכולים להרשות ל – Apple HealthKit לשלוט בהתקן או באבזר באופן אוטומטי כאשר הוא מצומד למודול בלוטות’ LE.
כפתור אחד מספק בקרת תפעול טובה למד הצעדים המודגם באמצעות ממשק ה-מפסק בשינוי (interrupt-on-change (IOC. כדי להדליק ולכבות את צג ה – LED, המשתמש צריך ללחוץ על הכפתור ולשחרר במהירות תוך שנייה אחת. כדי להפעיל או להשבית את תקשורת הבלוטות’ LE , על המשתמש ללחוץ על הכפתור ולהחזיקו למשך יותר משנייה אחת, אך פחות מ-4 שניות. לחיצה על הכפתור למשך יותר מ-4 שניות ושחרורו, מאפסת את מספר הצעדים.
הזנה
מד הצעדים לתצוגה מוזן על ידי סוללת ליתיום 3V אחת בצורת מטבע. צגי ה-LED נכבים באופן אוטומטי לאחר 10 שניות כדי לחסוך אנרגיה.
קצב השידור של תקשורת ה-UART מוגדר ל- 2400 קילוביט לשנייה כך שמודול הבלוטות’ LE יכול להישאר במצב שינה עמוקה כאשר אין תקשורת נתוני UART.
אם אין כל תנועה למשך 16 שניות, מד התאוצה ישלח אות פסיקה בשל אי-תנועה למיקרו בקר באמצעות ממשק ה-IOC . כאשר נשלח אות הפסיקה בשל אי-תנועה, המיקור בקר מגדיר מחדש את מד התאוצה לפסיקת g גבוה ומעביר את ההתקן למצב צריכת חשמל נמוכה. לאחר מכן המיקרו- בקר עצמו עובר למצב שינה כך שהמערכת כולה צורכת את הכמות הנמוכה ביותר האפשרית של אנרגיה.
במהלך מצב האנרגיה הנמוכה, מד התאוצה עובר במחזוריות בין שלב שינה לבין שלב ערות. כאשר הוא נמצא בשלב השינה, כל המעגל האנלוגי של מד התאוצה מכובה. בשלבים שהמערכת ערה, מד התאוצה פועל באופן רגיל ופונקציית פסיקת ה-g הגבוה פועלת כדי לקבוע מתי להתעורר ממצב האנרגיה הנמוכה.
מד התאוצה יוצר פסיקת g גבוה כדי להעיר את המיקרו-בקר כאשר התנועה של הצועד עוברת סף מוגדר מראש של אירוע בעל תאוצה גבוהה, כמו למשל הליכה, לקיחת מד התאוצה ביד, נפנוף או סיבוב של מד התאוצה באוויר. מד התאוצה חוזר לפעולה רגילה לאחר שהוא מתעורר.
איור מס’ 3 : צד קדמי ואחורי של
לוח מד הצעדים להדגמה
לסיכום
מאמר זה הראה כיצד לבנות מד צעדים שיכול לתקשר דרך בלוטות’ LE למטרות הערכה ופיתוח. הוא אינו מיועד לשימוש רפואי, אבחנתי או טיפולי, אך יכול להיות מכשיר שימושי לאנשים שרוצים לנטר ולהגביר את מידת הפעילות הגופנית שלהם.
com.microchip.www
צ’אנג פנג הוא מהנדס בחברת Microchip Technology
