plataforma inalámbrica para la monitorización y teleasistencia domiciliaria usando un pc (y....
DESCRIPTION
Desarrollo de una plataforma de teleasistencia con soporte para dispositivos biométricos Bluetooth y Zigbee e interfaz web basada en un PC con conexión WiFiTRANSCRIPT
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Plataforma Inalámbrica para la Monitorización y Teleasistencia
Domiciliaria usando un PC
Yolanda Padial Florido
Dpto. Tecnología Electrónica Universidad de Málaga
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Índice
1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro
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Índice
1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro
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Introducción
• Aumento de la edad media mundial
Implicaciones sociales -> Dependencia Implicaciones económicas
• La política europea promueve medidas
Sistemas inteligentes y semiautónomos de monitorización
Concepto de ‘casa inteligente’
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Introducción• Oferta en el mercado de sensores
inalámbricos
Vestibles-> Bluetooth
Ambientales -> Domóticos
-> IEEE 802.15.4
NINGUNA SOLUCIÓN COMERCIAL DE SISTEMA DE
TELEMONITORIZACIÓN
-> Funcionalidad definida
-> Programables
-> Sin Interfaz
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Introducción
• Propuesta de Sistema de telediagnóstico y monitorización
Gestión de red de sensores inalámbricos Obtenga datos de sensores y los envía al
servidor Funcionando en el PC del usuario
Controlada desde servidor Información accesible remotamente
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Índice
1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro
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2. Monitorización de Señales
• Señales biométricas
Electrocardiograma (ECG)- PVC negativo- QRS
Ritmo cardíaco Temperatura corporal
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2. Monitorización de Señales
• Señales ambientales
Luz Temperatura ambiental
CASAS INTELIGENTES
SOPORTE A PERSONAS CONMOVILIDAD LIMITADA
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2. Monitorización de Señales
• Sun Spot
Tecnología estándar IEEE 802.15.4 3 sensores: Luz, Temperatura
ambiente, acelerómetro Tamaño 6 cms y 33 grs de peso
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2. Monitorización de Señales
• Equivital
Tecnología Bluetooth Amplio registro señales biométricas 10 días de autonomía Vestible
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2. Monitorización de Señales
• Dispositivo Bluetooth AT4wireless
Transceptor radio Bluetooth (ad-hoc) Usando un PIC -> Cualquier sensor No Vestible
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Índice
1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro
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3. Arquitectura del Sistema
Estructura de la plataforma
Estación Central
• PC usuario
• Controladores inalámbrico -> puerto serie
• Sensor inalámbrico
Servidor
• Apache Tomcat
• Base de Datos
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3. Arquitectura del Sistema• Estación Central
Lenguaje programación Java - J2SE -> estación - J2ME -> sensores
• Servidor Servlets - Programas que se ejecutan en el servidor - Accedidos por la aplicación web y por las estaciones remotas
-> peticiones HTTP Archivos JSP - Código Java entre etiquetas
- Generación de código dinámico sobre contenido estáticos (formato HTML)
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3. Arquitectura del Sistema• MySQL
Sistema de gestión de bases de datos
Interacción con Java: driver JDBC
Bases de datos compuestas por tablas
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Índice
1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro
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4. Implementación del Sistema
Funcionalidad
• Gestión peticiones servidor
• Gestión red sensores
• Envío de los datos al servidor
• Detección alarmas
• Configurar la estación
• Configurar sensores
• Almacenar datos
• Detección de anomalías cardíacas
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4. Implementación del Sistema• Objetivo: Usuario Experto controla, configura y
monitoriza la Plataforma remotamente
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4. Implementación del Sistema• Pasos:
Usuario Experto configura Estación:
1. Acceder a la web -> login y
password2. Identificador de Estación3. Perfil de sensores de la estación
Usuario Plataforma lanza aplicación local:
1. Activar y ubicar sensores2. Configurar parámetros de estación
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4. Implementación del Sistema
Perfil Sensor
Parámetros del sensor
Personalizado al usuario
Creación Lista Prioridades de Estación
Lista sensores a gestionar
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4. Implementación del Sistema
Servidor. Acciones en la aplicación web:
- Registrar y Eliminar usuarios
- Configurar nueva estación
1- Asignar identificador 2- Crear perfiles sensor
Crear automática lista prioridad estación
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4. Implementación del Sistema
Servidor. Acciones en la aplicación web:
- Monitorizar Datos Sensores
Gráficas de datos - ECG -> PVC negativo y QRS
-> Generación Alarma en Servidor
Fallos conexión Alarmas Estado
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4. Implementación del Sistema
Servidor. Acciones en la aplicación web:
- Visualizar estado estación
- Eliminar sensor -> Borrar perfil sensor
- Añadir Sensor -> Nuevo perfil sensor
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4. Implementación del Sistema
Gestión peticiones del Servidor a la Estación remota:
Actualizar PIN Bluetooth Cambiar PIN Bluetooth Nueva Lista de Prioridades Solicitar envío de datos de sensor
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4. Implementación del Sistema
Gestión peticiones de la Estación al Servidor (Servlets)
- Registrar nueva estación - Registrar nuevo sensor - Enviar perfiles de sensor - Gestionar recepción archivos sensor - Receptor alarmas
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4. Implementación del Sistema
Estación Central
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4. Implementación del Sistema
Funcionamiento Estación
1. Detección dispositivos controladores
2. Lanzar dos hilos ejecución Thread Escucha Peticiones Servidor
- Pide Lista Prioridades + Fecha y Hora - Registra Estación en Servidor - Aplica Configuración Recibida
Thread de Control Red Sensores - Parado hasta -> Configuración Aplicada
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4. Implementación del Sistema
Thread Escucha Peticiones Servidor
Recepción peticiones -> Socket puerto 1234
Peticiones: -> Actualizar PIN Bluetooth -> Cambiar PIN Bluetooth -> Nueva Lista Prioridades -> Envío datos sensor
INFLUYE EN THREAD CONTROL RED SENSORES
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4. Implementación del Sistema
Thread de Control Red Sensores
1.- Si sensores BT -> Configura Tarea cambio PIN Bluetooth
periódica
2.- Configuración puertos serie PC -> control
sensores
3.- Activación Ciclo Gestión Red Sensores
Núcleo monitorización plataforma Se repite iterativamente
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4. Implementación del Sistema Ciclo Gestión Red Sensores
1. Cambio PIN periódico - Cambia PIN a todos sensores Bluetooth
2. Nueva lista prioridades
3. Escucha nuevos sensores - Orden visita -> Lista prioridades por tipos - Configura sensor con Perfil -> Solicitado al servidor - Registra Sensor en Servidor - Configura envío periódico datos sensor -> Perfil
4. Pedir datos sensores - Orden visita -> Lista prioridades
Una vez al encenderse el sensor
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4. Implementación del Sistema
Información en Datos Sensor
Datos - Valores muestreados - Estadísticos
Estado alarma umbrales
Estado batería
PRIMER NIVEL ALARMA EN SENSOR
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4. Implementación del Sistema
Gestión Plataforma frente Alarmas y Fallos
Tipos - Fallos conexión - Valores fuera umbral - Acceso dispositivo no permitido - Batería baja
Acciones - Notificación Servidor - Envío SMS -> Móvil usuario local y experto
SEGUNDO NIVEL ALARMA EN ESTACIÓN
TERCER NIVEL ALARMA EN SERVIDOR SI ECG
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Índice
1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro
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5. Fase de Pruebas
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Índice
1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro
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6. Conclusiones y Trabajo Futuro
• Gestión secuencial de sensores
- Reducción interferencias entre sensores
- Menor requerimiento computacional
- Al aumentar el número de sensores -> Riesgo pérdida datos en sensor
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6. Conclusiones y Trabajo Futuro• Gestión de Alarmas
- Alarmas de gestión urgente deberían ubicarse en Estación central
• Elección tecnología inalámbrica
- En presencia de obstáculos -> pérdida cobertura- Convivencia Bluetooth vs. Zigbee sin problemas -> Al menos con gestión multiplexada en tiempo- Elección tecnología inalámbrica en sensor influye en
la robustez del sistema frente a interferencias de sistemas colindantes
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6. Conclusiones y Trabajo Futuro
• Procesado ECG
- Mayor eficiencia en algoritmos basados en las características intrínsecas del ECG frente a los basados en su forma de onda
- Problemas de la detección PVC negativo por artefactos producido por el movimiento
- Dependencia umbrales detección con mecanismo obtención señal en algoritmos basados en forma onda
- Alarma generadas por ECG -> Necesidad validación profesional -> Alarma fijada en el servidor
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6. Conclusiones y Trabajo Futuro• Varias líneas de estudio interesantes
- Aumento cobertura -> Nuevo diseño red sensores
- Uso HTTPS para comunicación estación-servidor
- Diseño nuevos sensores vestibles -> Captura múltiples señales simultáneamente
- Monitorización en el medio acuático
- Integración en un sistema de inteligencia ambiental
- Ampliación y mejora algoritmos procesado ECG
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Plataforma Inalámbrica para la Monitorización y Teleasistencia
Domiciliaria usando un PC
Gracias
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Algoritmos sobre el ECG
-> Detección PVC negativo
Valor promedio
Rango
Umbral mínimo = Valor promedio - 0.4*Rango
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Algoritmos sobre el ECG
-> Detección QRS
Señal
Derivada
Señal al cuadrado + Integración + Normalización
0.3
Punto Medio
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Algoritmos sobre el ECG
-> Detección QRS
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Tecnologías inalámbricas
• Tecnología Bluetooth
Banda ISM de los 2.4 GHz Incorpora mecanismos para reducir las
interferencias Dispositivos que Tx hasta 20 dBm (alcance
de hasta 100 m) Alta tasa de envío de datos (hasta 3 Mbps) Consumo optimizado
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Tecnologías inalámbricas
• Tecnología estándar IEEE 802.15.4
Baja tasa de envío de datos (hasta 250 Kbps) Bajo consumo
Alcance reducido de un dispositivo (20 m) Distintos tipos de topologías aumentando el
alcance - punto a punto - estrella