Bluetooth Low Energy para monitorização da postura no ciclismo

Abstract

A presente dissertação tem como finalidade analisar e aplicar o protocolo de comunicações sem fios BLE (Bluetooth Low Energy) à monitorização da postura de um atleta, durante a atividade de ciclismo. Um dos principais objetivos deste trabalho incide na implementação de uma infraestrutura de rede, baseada em BLE, que possibilite a integração de vários sensores. O sistema sem fios implementado garante maior simplicidade e flexibilidade de utilização no que diz respeito a uma mobilidade acrescida por parte de quem está a ser monitorizado, ao contrário do que acontece em sistemas cablados. Estes fatores fazem com que uma solução sem fios seja cada vez mais procurada no seio das áreas da saúde, desporto e entretenimento. O sistema de monitorização de postura desenvolvido tem como finalidade obter as posições relativas a cada segmento corporal em que os nós estão colocados. O ângulo de inclinação do tronco do atleta, o ângulo de inclinação da bicicleta e o ângulo do joelho são os segmentos corporais alvos de análise. Os dados posicionais são obtidos periodicamente por meio de acelerómetros, magnetómetros e giroscópios e posteriormente enviados (via BLE) para um smartphone, que desempenha o papel de estação central. Na estação central existe uma aplicação, desenvolvida sob a plataforma Android, que recebe e interpreta os dados vindos dos diversos nós sensoriais e procede ao cálculo da postura nos segmentos corporais assinalados. Para a implementação do sistema, desenvolveu-se firmware para a comunicação periódica entre módulos BLE CC2540 da Texas Instruments; obteve-se os dados dos módulos sensoriais via protocolo SPI; desenvolveu-se uma aplicação Android capaz de receber a informação; e integrou-se o smartphone no sistema de monitorização de postura. Foi também realizada uma análise intensiva ao protocolo BLE e discutidos os resultados obtidos por via teórica e experimental.

This thesis aims to analyze and apply the BLE (Bluetooth Low Energy) wireless protocol to monitor the posture of an athlete during the cycling activity. One of the main objectives of this work concentrates on the implementation of a network infrastructure based on BLE, which enables the integration of multiple sensors. The wireless system implemented ensures greater simplicity and flexibility of use with regard to increased mobility by the person who is being monitored, unlike what happens in wired systems. These factors make wireless solutions to be increasingly sought after within the areas of health, sport and entertainment. The developed posture monitoring system aims to obtain the relative positions of each body segment in which we are placed. The tilt angle of the trunk of the athlete, the tilt angle of the bike and the knee angle are the body segments that are the target of analysis. Positional data are obtained periodically through accelerometers, magnetometers and gyroscopes and then sent (through BLE) for a smartphone, which plays the role of central station. At the central station there is an application, developed under the Android platform, which receives and interprets the data from the various sensor nodes in order to determine the posture in the monitored body segments. To implement the system, we developed firmware for periodic communication between CC2540 BLE modules, from Texas Instruments; we obtained the data of sensor modules via the SPI protocol; developed an Android application capable of receiving the information; and integrated the smartphone in the posture monitoring system. We also performed an intensive analysis of the BLE protocol and discuss the results obtained through theoretical and experimental evaluation.