Miércoles , Agosto 23 2017
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Paso a Paso

La tecnología vestible (wearable) nunca había tenido tanta repercusión mediática como en la actualidad. El éxito de los dispositivos wearable, un término genérico que describe a los dispositivos electrónicos que llevamos en el cuerpo y que supervisan su funcionamiento, parece imparable. A la cabeza de esta tendencia se encuentran los dispositivos para el control del ejercicio físico que miden el número de pasos, animando así a los usuarios a practicar el ejercicio diario adecuado que reduzca la presión sanguínea y el índice de masa corporal. Estos dispositivos de tipo brazalete que cuentan pasos e incorporan una conexión Bluetooth Low Energy (de bajo consumo) están ganando popularidad como herramientas de motivación para quieren desean su actividad física y su salud. Un podómetro digital es un dispositivo electrónico portátil que cuenta cada paso que da una persona al detectar el movimiento del cuerpo mediante un acelerómetro. Este tipo de dispositivo se puede construir utilizando un microcontrolador de 8 bit, un módulo Bluetooth LE y un acelerómetro triaxial digital. Este dispositivo de demostración puede colocarse en la muñeca como si fuera un brazalete o reloj. El módulo Bluetooth LE integrado permite que el podómetro se comunique con un smartphone o tableta para hacer un seguimiento del ejercicio del usuario. La Figura 1 muestra el diagrama de bloques de un podómetro de este tipo basado en el microcontrolador PIC16LF1718 de Microchip, el módulo RN4020 Bluetooth LE 4.1 de Microchip, el acelerómetro triaxial digital BMA250E de Bosch Sensortec y una pila de litio de tipo botón CR2032 de 3V.

Funcionamiento

El acelerómetro de 10 bit detecta el movimiento del usuario. El firmware del microcontrolador contiene un algoritmo de detección de pasos desarrollado por Bosch Sensortec. La aplicación de usuario aplica periódicamente una función de detección de pasos incluida en esta biblioteca. El microcontrolador lee los datos de aceleración a lo largo de los ejes x, y, z del acelerómetro mediante un interface I2C cada vez que aplica la función de detección de pasos. La función de detección de pasos analiza entonces los datos de aceleración acumulados y utiliza un reconocimiento de patrones para determinar el número de pasos dados. El número de pasos acumulado puede mostrarse en una pantalla LED de siete segmentos y tres dígitos o mediante Bluetooth LE en una aplicación que se ejecuta en un smartphone o tableta. La Figura 2 muestra un organigrama con el flujo del proceso correspondiente al podómetro de demostración. El módulo Bluetooth LE al que está conectado cumple la especificación principal de Bluetooth 4.1 y es compatible con 13 perfiles públicos y 17 servicios públicos basados en el perfil de atributo genérico GATT. Entre los perfiles públicos compatibles, cuatro se basan en la salud: medidor de ritmo cardíaco, termómetro, medidor de glucosa y medidor de presión sanguínea. El módulo también admite un perfil privado definido por el usuario o un servicio que se puede adaptar de forma precisa a la aplicación de usuario. En este caso, la demostración define un servicio privado para la aplicación de podómetro. Todas las configuraciones se guardan en la memoria no volátil que integra el módulo Bluetooth LE, por lo que los usuarios solo tienen que configurar el módulo una vez. El microcontrolador activa el módulo cuando las comunicaciones Bluetooth LE están habilitadas, presionando para ello el botón incorporado. A continuación el módulo se puede conectar al smartphone o tableta. El microcontrolador envía periódicamente el número de pasos al módulo mediante un interface UART una vez realizada correctamente la conexión. Entonces el módulo transmite el número de pasos al dispositivo móvil, donde se puede utilizar una aplicación compatible con Bluetooth LE para visualizar el número de pasos. No obstante, es posible que no haga falta una aplicación asistente si el dispositivo tiene instalado Apple HealthKit, una función de iOS 8 y posteriores que cumple las especificaciones Bluetooth LE GATT. Esto significa que Apple HealthKit es compatible con dispositivos médicos como medidores de ritmo cardíaco y presión sanguínea, termómetros y medidores de glucosa incluidos en el módulo RN4020. Por tanto, en lugar de desarrollar una aplicación asistente, los fabricantes de dispositivos pueden permitir que Apple HealthKit controle automáticamente el dispositivo o accesorio cuando se conecta al módulo Bluetooth LE. Un botón proporciona un control rápido del funcionamiento al podómetro de demostración mediante un interface IOC (interrupt-on-change). Para apagar o encender la pantalla LED, el usuario ha de presionar el botón y soltarlo rápidamente en menos de un segundo. Para activar o desactivar las comunicaciones mediante Bluetooth LE, el usuario ha de pulsar el botón y mantenerlo presionado durante más de un segundo pero menos de cuatro segundos. Si se manteniendo el botón presionado durante más de cuatro segundos, al soltarlo el número de pasos se pone a cero.

Alimentación

El podómetro de demostración se alimenta con una pila de botón de litio de 3V. La pantalla LED se desconecta automáticamente después de diez segundos para ahorrar energía. La velocidad de transmisión del UART se ajusta en 2400 kbit/s de forma que el módulo Bluetooth LE pueda permanecer en modo dormido profundo cuando no se utilicen las comunicaciones de datos del UART. Si no hay movimiento durante 16 segundos, el acelerómetro enviará una interrupción de no movimiento al microcontrolador a través del interface IOC. Cuando se produce la interrupción de no movimiento, el microcontrolador reconfigura el acelerómetro a interruptor de alta g y lo pone en modo de bajo consumo, tras lo cual el propio microcontrolador pasa a modo dormido, de forma que el consumo total del sistema es lo más bajo posible. Durante el modo de bajo consumo, el acelerómetro conmuta periódicamente entre una fase de modo dormido y una fase de activación. Mientras está en fase de modo dormido, todo el circuito analógico del acelerómetro se desconecta de la alimentación. En la fase de activación, el acelerómetro trabaja normalmente y se ejecuta la función de interrupción de alta g para determinar cuándo hay que salir del modo de bajo consumo. El acelerómetro genera una interrupción de alta g para activar el microcontrolador cuando el movimiento del usuario está por encima de un umbral preestablecido en caso de aceleración, como puede ser andar, recoger el podómetro, o mover o girar el podómetro en el aire. El podómetro reanuda su funcionamiento normal una vez activada.

Conclusión

Este artículo ha mostrado cómo construir un podómetro que se pueda comunicar mediante Bluetooth LE para su evaluación y desarrollo. No está indicado para uso médico, diagnóstico o tratamiento, pero puede ser un dispositivo útil para las personas que deseen controlar y aumentar su nivel de ejercicio físico.  



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