بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به اهمیت بهداشت و سلامت در جوامع امروزی، اندازهگیری کالری مصرفی و ضربان قلب با استفاده از حسگرهای بیسیم پوشیدنی بهعنوان یکی از دستاوردهای حوزهی سلامت، بهداشت و پزشکی و بهویژه در زمینه سنجش فعالیت ورزشکاران میباشد. در مقالهی حاضر با توجه به اهمیت زیر ساخت محاسبات فراگیر در انتقال دادههای محیطی، به بررسی این فناوری پرداختهایم. همچنین به منظور محاسبهی ضربان قلب و کالری مصرفی حاصل از فعالیتهای روزانه حسگر فوتوپلتیسموگرافی را پیادهسازی کردهایم. این حسگر دادههای مورد نیاز را از طریق فناوری بلوتوث به صورت سریال و لحظهای به گوشی هوشمند ارسال میکند و میزان کالری مصرفی را از طریق برنامه کاربردی اندروید به منظور رفع نیازهای سلامت در اختیار کاربر قرار میدهد. سیستم طراحی شده روی 3 نفر مرد و 3 نفر زن ورزشکار تست شده است و با توجه به کالری مصرفی محاسبه شده از طریق داده ضربان قلب بهدست آمده به نتیجهای مشابه طرحهای گذشته دست یافتیم. در واقع درصد خطای سیستم پیادهسازی شده کمتر از 2 درصد است.
کلمات کلیدی: حسگر بیسیم، ضربان قلب، کالری مصرفی، محاسبات فراگیر
.1 مقدمه
با توجه به پیشرفتهای اخیر در زمینه ساخت حسگرها و استفاده از آنها در زندگی روزمره افراد، می توان به نقش کلیدی حسگرهای ساخته شده پی برد. این حسگرها به منظور رفع نیازهای سلامت افراد بهصورت پوشیدنی قابل نصب بر روی بدن میباشند. برای نمونه زمانیکه شخص میخواهد از کالری مصرفی حاصل از فعالیتهای روزانه خود آگاه شود،میتواند توسط حسگرهای داخل گوشی هوشمند یا حسگرهای پوشیدنی نیاز خود را برطرف سازد. در طرحهای گذشته حسگر پوشیدنی اپل واچ1 و نایک فیول باند2 به منظور اندازهگیری کالری مصرفی و ضربان قلب ارائه شده است.[1,2] با این حال میتوان حسگر هایی را طراحی نمود که علاوه بر خروجی حاصل از دستگاه بتوان این دادهها را برای تحلیل بیشتر به گوشی هوشمند ارسال نمود. البته آنچه که منجر به انتقال دادهها به صورت بیسیم میگردد فناوریهای ارتباطی نظیر بلوتوث 3، زیگبی4، وایفای5 و دیگر فناوریهای ارتباطی خواهد بود.[3]
درواقع این فناوریها زیرساخت فناوری محاسبات فراگیر را فراهم میکنند. فناوری محاسبات فراگیر محدودیت جغرافیایی رو حذف نموده و دادههای حاصل از حسگرها را در هر زمان و مکانی در اختیار شخص قرار میدهد.[4] همچنین این فناوری علاوه بر حذف محدودیتهای جغرافیایی، هزینه حمل و نقل را کاهش داده [5]و نیازی نیست که شخص برای دسترسی به دادههای سلامت و درمان به موقع هزینه کند. در مقاله حاضر حسگر فوتوپلتیسموگرافی6 با هدف اندازهگیری ضربان قلب و میزان کالری مصرفی شخص ارائه شده است. این حسگر بیسیم داده ضربان قلب را از طریق دو فرستنده و گیرنده مادون قرمز توسط فناوری بلوتوث به صورت لحظهای در اختیار کاربر قرار داده، و سپس با استفاده از برنامه کاربردی اندرویدی کالری مصرفی شخص طی فعالیت راه رفتن محاسبه میگردد.
.2 محاسبات فراگیر
فناوری محاسبات فراگیر افراد را قادر میسازد که به سرویسهای اینترنتی به صورت برخط دسترسی داشته و در هر لحظه و هر مکانی این سرویسها قابل استفاده هستند .[3] این فناوری منجر به دریافت خودکار دادههای محیطی میشود. زمانیکه از حسگرهای پوشیدنی به منظور دریافت دادههای سلامت استفاده میکنیم، میتوان تأثیر این فناوری را جهت انتقال به موقع داده ها به کاربر مشاهده نمود. امروزه محاسبات فراگیر در حوزه سلامت و بهداشت، حمل ونقل و کشاورزی کاربرد دارد. [4] بنابراین یکی از حوزههای مهمی که محاسبات فراگیر به عنوان زیرساخت ارتباطی آن میباشد، سلامت و بهداشت است. چراکه دادهها و اطلاعات سلامت به موقع در دسترس افراد قرار گرفته و افراد می توانند متناسب با دادههای دریافتی بازخورد لازم را داشته باشند.
اطلاعات دریافتی از محیط توسط کاربر میتواند دادههای خروجی حاصل از حسگرها باشد. حسگرهای محیطی هم به صورت پوشیدنی هستند و هم داخل گوشیهای هوشمند وجود دارند. دادههای دریافتی از حسگرها، پردازش شده و از طریق فناوریهای ارتباطی مانند: بلوتوث، زیگبی و دیگر فناوریهای بیسیم در اختیار شخص قرار میگیرد. برای نمونه زمانیکه شخص نیازمند آگاهی از ضربان قلب، تعداد گام، کالری مصرفی و یا هر نوع دادهای باشد، میتواند از طریق حسگرهای بیسیم نیاز خود را برطرف سازد. بنابراین محاسبات فراگیر، دنیای ارتباطی بین کاربر و دستگاههای مختلف هوشمند مانند گوشی هوشمند است. امروزه گوشیهای هوشمند نقش ارتباطی مهمی در زندگی روزمره افراد دارند.
پیادهسازی محاسبات فراگیر در کنار دستگاههای هوشمند نظیر حسگرهای پوشیدنی و گوشیهای هوشمند منجر به ارائهی اطلاعات قابل فهم برای کاربر شده و در واقع شخص میتواند به صورت زمان واقعی7 دادههای تحلیل شده توسط دستگاه را به درستی و به صورت زمان واقعی دریافت کند. شکل1 لایهی ارتباطی فناوری محاسبات فراگیر با دستگاههای هوشمند را نشان میدهد. در اینجا محاسبات فراگیر به عنوان یک زیرساخت ارتباطی جهت تعامل داده بین دستگاههای هوشمند درنظر گرفته شده است. آنچه که به عنوان هدف اصلی در پیادهسازی فناوری محاسبات فراگیر مد نظر است، دستیابی به دادهها، اطلاعات و سرویسها توسط کاربر در هر زمان و مکان میباشد.
بنابراین هیچ گونه محدودیت جغرافیایی وجود نخواهد داشتومیتوان اینطور استنباط نمود که با توجه به ظهور محاسبات فراگیر، فناوری اطلاعات هوشمند به وجود آمده [6] و همیشه وهمه جا دادهها و اطلاعات را برای رفع نیازهای روزانهی افراد در اختیارشان قرار میدهد. در طرح حاضر حسگر فوتوپلتیسموگرافی به منظور دریافت داده ضربان قلب به صورت لحظهای پیادهسازی شده که برای تحلیل بیشتر داده و محاسبه کالری مصرفی شخص از طریق فناوری محاسبات فراگیر به گوشی هوشمند انتقال داده و در نهایت با استفاده از برنامه کاربردی اندرویدی کالری مصرفی محاسبه گردیده است.
.3 حسگر فوتوپلتیسموگرافی
برای اندازهگیری ضربان قلب تحت فعالیت حرکتی راه رفتن، حسگر فوتوپلتیسموگرافی طراحی شده است. این حسگر دادههای ضربان قلب را به صورت سریالی ارسال کرده و روی السیدی نمایش میدهد. جهت برنامهریزی دریافت خروجی از حسگر، میکروکنترلر AVR مدل Atmega32a به کار رفته است. به منظور تحلیل بیشتر دادههای دریافتی از ماژول حافظه 32 مگابایت استفاده شده است. در واقع میتوان دادههای ذخیره شده را در داخل محیط متلب مشاهده نمود و تحلیل مورد نظر را انجام داد. شکل2 نمونهای از دادهی ذخیره شده در حافظه میباشد که در محیط متلب ترسیم شده است. همچنین به منظور ارسال دادههای دریافتی به گوشی هوشمند جهت محاسبه کالری مصرفی، از ماژول بلوتوث استفاده شده است.
دادهها به صورت سریالی به گوشی ارسال میشوند. باتری لیتیوم آیون به عنوان منبع تغذیه حسگر به کار رفته است که تا 7 ساعت حسگر همچنان کار میکند و در صورت کم شدن شارژ، حسگر توسط آدابتور قابل شارژ خواهد بود. نحوه کار حسگر بیسیم به این صورت است که توسط دو فرستنده و گیرنده مادون قرمز1 می توان ضربان قلب شخص را اندازه گیری کرد. گیرنده و فرستنده باید در مقابل یکدیگر قرار بگیرند. در واقع زمانیکه دو فرستنده و گیرنده با پوست تماس دارند، طول مسیر
