Miniature Wireless Sensor Board

Type: Semester thesis
Students: Mario Schweizer
Advisor: Marc Bächlin, Daniel Roggen
Project: DAPHNet

In dieser Semesterarbeit wurde ein miniaturisierter, drahtloser Beschleunigungssensor entwickelt. Dieser kommuniziert über Bluetooth und kann im Zusammenspiel mit anderen Bluetooth Geräten wie der tragbaren QBIC Rechnerplattform, Mobiltelefonen oder PDAs eingesetzt werden. Die Abmessungen des neuen Sensors konnten gegenüber dem alten USB Sensor beinahe halbiert werden. Trotz des relativ grossen Lithium Ionen Akkus hält sich das Gewicht des Sensors mit 22g in Grenzen. Daher kann er einfach an der Kleidung angebracht werden und behindert den Träger in seiner Bewegungsfreiheit kaum. Durch die Verwendung eines sparsamen Mikroprozessors wurde eine Batterielaufzeit von 12 Stunden erreicht. Dies erfüllt die Vorgabe von einem Arbeitstag Messzeit.

Es wurde ein kombiniertes Interface entworfen, über welches der Sensor erweitert werden kann und in dem die Schnittstellen für die Programmierung, das Debugging und das Aufladen des Akkus enthalten sind. Die verwendete flache Ausführung der Schnittstelle benötigt sehr wenig Platz.

Als Gegenstück zum Sensor wurde eine Programmier- und Ladestation entwickelt. Vier Sensoren können auf dieser Station eingesteckt und gleichzeitig aufgeladen werden. Das Design der Station kann ohne Probleme für das gleichzeitige Aufladen von noch mehr Sensoren erweitert werden. Während dem Entwicklungsprozess wird die Servicestation für das Programmieren der Sensoren und das Debugging verwendet.

Auf der Empfangsseite wurde die bereits vorhandene Software für die Kommunikation mit dem Bluetooth Sensor erweitert. Dazu wurde die Klasse BlueReader implementiert, welche den Datenstrom des Sensors dekodiert und der Anwendung zur Verfügung stellt.

Da der Datenfluss bei der Kommunikation über Bluetooth nicht sehr kontinuierlich verläuft, musste ein neues Konzept zur Angleichung und Synchronisation der Daten aller Sensoren entwickelt werden. Empfangspuffer für jeden Sensor wurden eingeführt. Diese werden von einem Algorithmus im Mittelwert auf einem Sollfüllstand gehalten und gleichen den diskontinuierlichen Verlauf des Datenstroms aus. Die unterschiedlichen Abtastraten der Sensoren werden vom Algorithmus berücksichtigt. Durch einen an die jeweilige Abtastrate des Sensors angepassten Sollfüllstand konnte die zeitliche Synchronisation der Sensoren verbessert werden.