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ANALOG/MIXED SIGNAL
WEARABLE
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- ELETTRONICA OGGI 456 - SETTEMBRE 2016
so di sensori indossabili come orologi e occhiali “intelligenti”,
dispositivi di rilevamento (tracker) e altri prodotti simili è in
rapido aumento. Tutti questi prodotti integrano sensori che
rilevano e analizzano l’attività fisica e forniscono all’utente
informazioni quali ad esempio numero di passi percorsi, ca-
lorie bruciare e molti altri ancora. Dispositivi di questo tipo
sono anche utilizzati dai club professionistici per decidere
quali giocatori utilizzare e quali lasciare in panchina.
Varie tipologie di sensori
Nella figura 2 è riportato lo schema dell’architettura base
di un sistema per il monitoraggio dell’attività fisica
2
: come
si può vedere ci sono alcuni sensori, un processore per ac-
quisire i dati grezzi (raw data) e un display per visualizzare
i dati oppure un transceiver wireless per trasmettere i dati a
un altro dispositivo.
La tipologia di sensori utilizzata dal sistema dipende dal pa-
rametro che è necessario misurare. I più diffusi sensori uti-
lizzati per il rilevamento delle attività umane sono riassunti
nella tabella 1.
Altri tipi di sensori possono essere impiegati per il monito-
raggio dell’attività umana, soprattutto nel caso di applicazio-
ni medicali, come ad esempio sensori in grado di monitorare
la temperatura del corpo oppure la frequenza cardiaca, pa-
rametri che danno un’indicazione delle condizioni fisiologi-
che dell’utilizzatore. L’evoluzione della tecnologia comporta
gli utilizzi dei dispositivi indossabili diventano via via più
complessi. Molti dei sensori riportati nella tabella sono abbi-
nati in modo da fornire un maggior numero di gradi di libertà
(DoF – Degree of Freedom) per lo sviluppo delle applicazioni.
Alcune considerazioni di progetto
Nel progetto dei dispositivi indossabili è necessario tenere
in considerazione tre parametri critici:
• Tipologia di sensori da utilizzare e loro combinazione:
con un’appropriata combinazione di sensori in un dispositi-
vo indossabile può contribuire è possibile acquisire un mag-
gior numero di informazioni. In un tipico dispositivo di mo-
nitoraggio dell’attività utilizzare per il conteggio del numero
di passi oppure per ricavare informazioni circa la qualità del
sonno è possibile ad esempio abbinare un accelerometro a
3 assi con un transceiver wireless per immagazzinare i dati
in un PC, un tablet o uno smartphone. Per un rilevamento più
accurato della posizione e del movimento è necessario ag-
giungere sensori ambientali. Per i dispositivi indossabili che
forniscono informazioni di natura medica è invece possibile
utilizzare sensori in grado di misurare la temperatura corpo-
rea o il battito cardiaco.
• Tipologia di protocollo wireless a basso consumo:
tra i
numerosi protocolli wireless attualmente in uso, Bluetooth
Smart è senza dubbio la tecnologia RF più efficiente in ter-
mini di consumi
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. Bluetooth Smart, inoltre, è supportato dalla
maggior parte dei dispositivi di elaborazione personali wire-
less, tablet e smartphone inclusi.
• Dimensioni:
i nodi sensori per applicazioni indossabili
devono essere necessariamente piccoli e leggeri per poter
essere integrati in modo semplice in prodotti quali orologi,
bracciali, gioielli e così via.
In definitiva, un dispositivo basato su sensori per applicazio-
ni indossabili ideale per il monitoraggio dell’attività dovreb-
be abbinare il rilevamento su 9 assi con sensori ambientali
per garantire la massima accuratezza possibile, oltre a pre-
vedere l’uso della tecnologia wireless Bluetooth Smart che
garantisce consumi minimi; il tutto deve essere disponibile
sotto forma di una soluzione che permetta di realizzare si-
stemi caratterizzati da dimensioni estremamente contenute.
Un design di riferimento ottimizzato
Un sistema basato su sensori con 12 gradi di libertà – rileva-
mento su 9 assi abbinato a quello di temperature, pressione
Tabella 1 – I più comuni tipi di sensori utilizzati nei sistemi di monitoraggio dell’attività umana
Accelerometri
Misurano l’accelerazione lungo un asse sensibile e in un particolare
intervallo di frequenze
Gli accelerometri a 3 assi sono solitamente impiegati
per fornire informazioni di posizionamento di tipo 3D
Giroscopi
Misurano la velocità angolare (di rotazione) sugli assi X, Y e Z Abbinati
agli accelerometri, essi possono fornire informazioni più accurate
relative al posizionamento tridimensionale
La combinazione tra accelerometri e giroscopi
fornisce informazioni su 6 assi
Magnetometri
Questi dispositivi garantiscono un rilevamento ancora più preciso
della posizione. Le informazioni aggiuntive relative al campo
magnetico consentono agli algoritmi di rilevamento di compensare
le piccole variazioni che si manifestano su periodi di tempo molto
lunghi, così da rilevare con maggior accuratezza la variazione
assoluta della posizione e dell’orientamento
La combinazione tra magnetometri, accelerometri e
giroscopi fornisce informazioni su 9 assi
Sensori ambientali
Sensori di temperature ambiente, barometri e sensori di umidità
possono fornire un quadro preciso delle condizioni ambientali
Queste informazioni possono essere utilizzate per
conferire una maggiore accuratezza al monitoraggio
dell’attività umana grazie all’abbinamento tra
informazioni relative al posizionamento e i dati delle
condizioni ambientali