La technologie portable n'a jamais eu autant de couverture médiatique qu'aujourd'hui. Le succès des appareils portables, un terme générique qui décrit les appareils électroniques que nous portons sur notre corps et qui surveillent son fonctionnement, semble imparable. À la tête de cette tendance, les trackers d'exercice mesurent le nombre de pas, encourageant ainsi les utilisateurs à faire des exercices quotidiens adéquats qui abaissent la tension artérielle et l'indice de masse corporelle. Ces appareils en forme de bracelet qui comptent les pas et intègrent une connexion Bluetooth Low Energy (basse énergie) gagnent en popularité en tant qu'outils de motivation pour les personnes qui souhaitent améliorer leur activité physique et leur santé. Un podomètre numérique est un appareil électronique portable qui compte chaque pas d'une personne en détectant les mouvements du corps à l'aide d'un accéléromètre. Ce type d'appareil peut être construit à l'aide d'un microcontrôleur 8 bits, d'un module Bluetooth LE et d'un accéléromètre triaxial numérique. Cet appareil de démonstration peut être porté au poignet comme un bracelet ou une montre. Le module Bluetooth LE intégré permet au podomètre de communiquer avec un smartphone ou une tablette pour suivre l'exercice de l'utilisateur. La figure 1 montre le schéma fonctionnel d'un tel podomètre basé sur le microcontrôleur PIC16LF1718 de Microchip, le module Bluetooth LE 4020 RN4.1 de Microchip, l'accéléromètre triaxial numérique BMA250E de Bosch Sensortec et une pile bouton au lithium 2032V CR3. .
Opération
L'accéléromètre 10 bits détecte le mouvement de l'utilisateur. Le micrologiciel du microcontrôleur contient un algorithme de détection de pas développé par Bosch Sensortec. L'application utilisateur applique périodiquement une fonction de détection de pas incluse dans cette bibliothèque. Le microcontrôleur lit les données d'accélération le long des axes x, y, z de l'accéléromètre via une interface I2C chaque fois qu'il applique la fonction de détection de pas. La fonction de détection de pas analyse ensuite les données d'accélération accumulées et utilise la reconnaissance de formes pour déterminer le nombre de pas effectués. Le nombre de pas accumulés peut être affiché sur un écran LED à trois chiffres et sept segments ou via Bluetooth LE dans une application fonctionnant sur un smartphone ou une tablette. La figure 2 montre un organigramme avec le déroulement du processus pour le podomètre de démonstration. Le module Bluetooth LE auquel il est connecté est conforme à la spécification de base Bluetooth 4.1 et prend en charge 13 profils publics et 17 services publics basés sur le profil d'attribut générique GATT. Parmi les profils publics pris en charge, quatre sont liés à la santé : cardiofréquencemètre, thermomètre, glucomètre et tensiomètre. Le module prend également en charge un profil ou un service privé défini par l'utilisateur qui peut être précisément adapté à l'application de l'utilisateur. Dans ce cas, la démo définit un service privé pour l'application podomètre. Tous les paramètres sont enregistrés dans la mémoire non volatile intégrée au module Bluetooth LE, de sorte que les utilisateurs n'ont besoin de configurer le module qu'une seule fois. Le microcontrôleur active le module lorsque les communications Bluetooth LE sont activées en appuyant sur le bouton intégré. Le module peut alors être connecté au smartphone ou à la tablette. Le microcontrôleur envoie périodiquement le nombre d'étapes au module via une interface UART une fois la connexion établie. Le module transmet ensuite le nombre de pas à l'appareil mobile, où une application compatible Bluetooth LE peut être utilisée pour afficher le nombre de pas. Cependant, une application d'assistant peut ne pas être nécessaire si Apple HealthKit est installé sur l'appareil, une fonctionnalité d'iOS 8 et versions ultérieures conforme aux spécifications Bluetooth LE GATT. Cela signifie qu'Apple HealthKit est compatible avec les dispositifs médicaux tels que les compteurs de fréquence cardiaque et de pression artérielle, les thermomètres et les glucomètres inclus dans le module RN4020. Par conséquent, au lieu de développer une application d'assistant, les fabricants d'appareils peuvent permettre à Apple HealthKit de contrôler automatiquement l'appareil ou l'accessoire lorsqu'il est connecté au module Bluetooth LE. Un bouton permet un contrôle opérationnel rapide du podomètre de démonstration via une interface IOC (interruption en cas de changement). Pour allumer ou éteindre l'affichage LED, l'utilisateur doit appuyer sur le bouton et le relâcher rapidement en moins d'une seconde. Pour activer ou désactiver les communications Bluetooth LE, l'utilisateur doit appuyer sur le bouton et le maintenir enfoncé pendant plus d'une seconde mais moins de quatre secondes.
Alimentation
Le podomètre de démonstration est alimenté par une pile bouton au lithium 3V. L'écran LED s'éteint automatiquement après dix secondes pour économiser de l'énergie. Le débit en bauds UART est réglé sur 2400 kbit/s afin que le module Bluetooth LE puisse rester en mode veille prolongée lorsque les communications de données UART ne sont pas utilisées. S'il n'y a pas de mouvement pendant 16 secondes, l'accéléromètre enverra une interruption sans mouvement au microcontrôleur via l'interface IOC. Lorsque l'interruption de non-mouvement se produit, le microcontrôleur reconfigure l'accéléromètre en un commutateur à g élevé et le met en mode basse consommation, après quoi le microcontrôleur lui-même passe en mode veille, de sorte que la puissance totale du système soit aussi faible que possible. En mode basse consommation, l'accéléromètre bascule périodiquement entre une phase de mode veille et une phase de veille. Pendant la phase de mode veille, tous les circuits de l'accéléromètre analogique sont déconnectés de l'alimentation. Dans la phase de réveil, l'accéléromètre fonctionne normalement et la fonction d'interruption g élevée est exécutée pour déterminer quand quitter le mode basse consommation. L'accéléromètre génère une interruption à haute vitesse pour activer le microcontrôleur lorsque le mouvement de l'utilisateur dépasse un seuil prédéfini en cas d'accélération, comme marcher, prendre le podomètre ou déplacer ou tourner le podomètre dans les airs. Le podomètre reprend son fonctionnement normal une fois activé.
Conclusion
Cet article a montré comment construire un podomètre qui peut communiquer via Bluetooth LE pour l'évaluation et le développement. Il n'est pas indiqué pour un usage médical, un diagnostic ou un traitement, mais il peut être un appareil utile pour les personnes qui souhaitent contrôler et augmenter leur niveau d'exercice physique.
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