Vêtements intelligents

Cahier des Charges

Objectif

Concevoir un système d'interaction avec des objets connectés sur les vêtements ou le corps.

Description du projet

Les systèmes embarqués sur les humains commencent à se développer (lunettes Google, montres connectées).

Nous proposons ici de réaliser une plateforme basée sur la technologie BLE (Bluetooth Low Energy ou Bluetooth 4.0).

Deux parties seront mise en oeuvre :

• un système embarqué compact permettant de recevoir des information et en transmettre ;
• une application Android permettant de communiquer avec le système.

Le système sera intégré sur un t-shirt en utilisant notamment la machine à coudre numérique disponible au Fabricarium de Polytech Lille.

Contexte

Informations à traiter

Pour que notre projet soit intéressant, aux yeux des consommateurs, nous devons définir l'utilité que pourrait avoir un vêtement connecté. Notre application ne doit pas être un simple gadget mais un objet qui semble utile et faire en sorte qu'il soit indispensable dans le futur. "Il faut créer le besoin si l'on veut vendre un objet et faire du profit."

Dans un premier temps nous devons faire une étude du marché pour savoir ce qui a déjà été fait. Nous devons savoir quelles types d'informations les vêtements et objets connectés transmettent, pour quels usages et pour quels publics.

Le Sport

La plupart des objets connectés à l'Homme sont utilisés pour l'informer de ses performances physiques: Combien de kilomètres ils ont parcouru, combien de pas ont été effectués, combien de calories ont été perdues.

Ce sont principalement des performances liées à la marche et la course à pied. De nouveaux objets connectés ont vu récemment le jour, notamment les bracelets connectés permettant de récolter des informations sur les nageurs, toujours dans le but d'avoir un suivi sur ses performances (nombres de mètres nagés par rapport à un certain temps).

Santé et bien être

Encore en pleine expansion que très peu d'objets connectés se sont intéressés au domaine de la santé: ici un exemple de t-shirt connecté permettant de contrôler le rythme cardiaque: [1]

Beaucoup d'application ont déjà vu le jour: [2]

Quelles sont les applications que l'on pourrait faire? Quels suivis sont à faire pour quels types de maladie etc..?

La régulation de température

Grâce aux fibres électroniques tissées il est possible de chauffer un t-shirt ou de le refroidir cela pourrait se régler en fonction de la température du corps ou bien par simple commande de l'utilisateur (cela pourrait s'avérer très utile avec le réchauffement climatique qui est en train d'arriver, winter is comming..).

Notre Projet

Ce que nous voulons faire nous: Un T-shirt permettant à la fois de calculer les performances sportives mais aussi d'avoir un suivi sur notre santé et pourquoi pas faire en sorte de réguler la température du corps lors d'un effort..

->Calculer le nombre de pas (Podomètre)

->Calculer une distance, la vitesse, la position sur un carte? (GPS)

->Calculer la fréquence cardiaque ? (Cardiofréquencemètre)

->Afficher la fréquence cardiaque sur LED

->Mesurer la température du corps

->Transférer toutes ses informations sur l'application mobile (Android)

Etapes du Projet

• Partie électronique
  • Définition des différents modules (Capteurs de températures, accéléromètre..)
  • Connecter et programmer les différents modules au microprocesseur Lilypad
  • Créer un programme pour ordonnancer les différents modules
  • Connecter le module Bluetooth BLE et le configurer
  • Intégrer les composants au tee-shirt

• Partie informatique
  • Créer une application Android simple (Par exemple HelloWorld)
  • Importer l'application sur smart-phone
  • Savoir faire un menu et sous-menu [3]
  • Comprendre les Services [4], les maîtriser: [5]
  • Comprendre les vues sous Android [6]
  • Comment utiliser SQLite sur Android [7]
  • Créer les programmes principaux:
    • Intégration Google Map sur Android (pour utiliser le GPS) [8]
    • Ajouter les protocoles nécessaires pour communiquer en Bluetooth [9], utilisation du NFC [10]
    • Une vue pour afficher les différentes applications (activités)
    • Une activité pour gérer l'affichage des informations envoyé depuis le microprocesseur

Matériel possédé

• LilyPad Accelerometer ADXL335 [11] [fourni le 28/1/2015]

• LilyPad Temperature Sensor [12] [fourni le 28/1/2015]

• Arduino Lilypad Atmega 328P [13] [fourni le 28/1/2015]

• SparkFun FTDI Basic Breakout - 3.3V [14] [fourni le 28/1/2015]

• Une dizaine de LilyPad LED Red [15] [LEDs LilyPad blanches disponibles]

• Interrupteur [fourni le 28/1/2015]

• BLE nRF8001 [16] [1 fourni le 9/2/2015]

Matériel nécessaire

• Olimex platine ECG

• [ Du fil conducteur en bobine ]

Tableau de bord

Semaine 1

Nous avons fait le point sur les capacités qu'aura notre t-shirt connecté.

Après discussion avec M.Boë nous avons décidé d'utiliser dans un premier temps deux capteurs, Accéléromètre et capteur de température (emprunté à M.Redon), pour nous concentrer plus rapidement sur les deux problèmes majeur que nous allons rencontrer, celle de la communication entre l'arduino (Lilypad), le BLE et l'application androïde du téléphone et celle de l'énergie où le problème réside dans l'alimentation système embarqué. Nous devons trouver un composant à la fois petit, pour pouvoir être porté, et assez puissant pour délivrer de l'énergie au microprocesseur pendant plusieurs mois. Nous devons nous demander quand éteindre le micro-contrôleur et à quel moment le Bluetooth sera connecté. Nous allons pour cela ajouter un interrupteur glissière au tee-shirt.

Nous nous sommes informés sur le bluetooth de type BLE :

Histoire du Bluetooth: [17]

Projet de conception d'une liaison bluetooh 2.0 : [file:///tmp/P12Rap_bluetooth.pdf]

Protocole Bluetooth: SIG (Special Interest Group)

Bluetooth 2.0 :

Appairage facile et sécurisé : le SSP (Secure Simple Pairing)

Protocole?: EDR (Enhanced Data Rate)

Bluetooth 3.0:

Protocole: HS (High Speed)

Bluetooth 4.0

Conception d'un module bluetooth : [18]

Classic Bluetooth: Regroupe les versions 1.0 -> 3.0

Protocole: LE (Bluetooth Low Energy) --> Réduit fortement la consommation de la puce Bluetooth avec un protocole différent

Dans le 4.0 le constructeur peut décider d'implémenter deux modes: Bluetooth Low Energy seul (single mode) ou avec le Classic Bluetooth (dual mode) qui lui permet de conserver la compatibilité avec les autres appareils.

Semaine 2

Nous avons établi une connexion avec l'Atmega 328P et communiqué avec l'accéléromètre et le capteur de température. Malheureusement le capteur de température LyliPad n'est pas très précis, nous avons donc opté pour un capteur DS18B20, c'est un capteur 1-wire. Nous avons donc commencé par comprendre cette technologie puis grâce à un programme trouvé sur internet, nous essayons de l'adapter à notre microprocesseur lillypad pour communiquer avec le DS18B20.

Parallèlement nous avons débuté la programmation d'application Android. Nous utilisons pour cela l'IDE Eclipse. Nous rencontrons actuellement des problèmes pour compiler un programme Android simple comme "Hello World".

Semaine 3

• • Toujours des problèmes avec le capteur de température DS18B20. Nous arrivons à envoyer le programme C sur l'arduino mais la communication avec le capteur ne se fait pas. Nous avons donc décortiqué le programme et comprendre son fonctionnement.

• • Après de nombreux bug d’installation des plateformes (Eclipse, JDK, SDK, Bibliothèque etc..) nous réussissons à lancer l'application "HelloWorld" dans un émulateur de téléphone Android. Nous pouvons maintenant nous concentrer vers la programmation orienté objet Android et détailler plus spécifiquement les étapes à réaliser avant de pouvoir coder notre programme final (cf "Etapes du Projet").

Notions à connaitre:

  *Introduction aux ressources Android (les éléments qui s'afficheront à l'écran ou avec lesquels l'utilisateur pourra interagir [19])
  *Introduction à la notion de "Style" et de "Thèmes" [20]

Semaine 4

• • Nous arrivons à communiquer avec le capteur DS18B20. Notre programme détecte le capteur, arrive à l'initialiser mais nous avons à présent des problèmes d'envoi de données pour connaitre la température.

• • Nous essayons dans un premier temps d'afficher un menu simple dans lequel nous pouvons naviguer [21] cependant nous rencontrons des problèmes de librairies, en effet nous ne disposons pas de toutes les images publique qu'Android nous offre [22], nous devrons donc ajouter les images nous même [23] dans la librairie..

Semaine 5

• Toujours des problèmes de communication avec le capteur de température. Le programme avec l'IDE fonctionne mais nous ne comprennons pas pourquoi cela ne marche pas avec le programme en c.

• Côté application, nous avons réussis à afficher un menu simple dans lequel figure quelques boutons qui nous serviront à naviguer entre plusieurs activités:
  • L'entrainement
  • L'historique
  • Les paramètres
  • La connexion

Voici à quoi ressemble notre menu pour le moment

Définition des différentes activités:

L'activité "Entrainement"

Une fois connecté via Bluetooth grâce à l'activité "Connexion", l'utilisateur devra appuyer sur le bouton "Start" pour commencer son entrainement. L'application affichera en temps réel les données envoyé depuis le t-shirt et indiquera à l'utilisateur le temps qui c'est écoulé. En background elle écrira dans un fichier texte afin de traiter ces données par la suite. Lorsque l'utilisateur termine son entrainement il devra appuyer sur le bouton "Stop", une fenêtre s'ouvrira et lui demandera s'il souhaite enregistrer ou supprimer les données de l'entrainement qu'il vient d'effectuer. S'il décide d'enregistrer il sera automatiquement redirigé vers l'activité "Stats" (non pas accessible depuis le menu) qui affichera le bilan de son entrainement.

L'activité "Historique"

Recense tout les entrainements effectué par l'utilisateur. De cette activité il pourra décider de supprimer ses anciens entrainements (cela supprimera le fichier texte associé en background) ou bien d'en afficher ses statistiques ("Activité Stats").

L'activité "Paramètre"

Activité optionnel, servira à récupérer certaines informations sur l'utilisateur qui pourrait nous être utile pour certains calcul. Comme le nombre de calories dépensé lors de l'entrainement ou autre.. Nous n'avons pas encore défini les calculs que nous effectuerons

L'activité "Connexion"

Servira à se connecter l'application au T-Shirt via Bluetooth

Semaine 6

• • Nous avons essayé de télécharger d'autres programmes pour communiquer avec le capteur de température mais sans aucun succès. Nous avons donc essayé de traduire le programme de l'IDE (écrit en c++) en c mais toujours pas de résultat. Nous avons donc décider de laisser tomber ce capteur 1-WIRE et de prendre un capteur analogique, le TMP36. Nous sommes donc passés à la communication Bluetooth sur le lilypad avec le BLE nrf8001.

Semaine 7

• • Après avoir étudier le fonctionnement du BLE, nous avons téléchargé un code source sur internet pour l'IDE d'arduino que nous avons retranscrit en C. Le programme comportait à ce moment beaucoup de bogs que nous deviez résoudre.

Semaine 8

• • Après avoir déboguer la communication I2C sur le programme arduino et les quelques autres bogs, nous avons pu commencer à utiliser la communication Bluetooth avec l'application téléphone. Nous avons donc établi un protocole de communication entre l'application et le lilypad pour pouvoir communiquer.

Semaine 9

• • Premier essai d'un programme pour mettre le lilypad en mode veille lorsque aucun appareil n'est connecté au Bluetooth. Reste à faire des tests de consommation électriques pour valider le code.

Semaine 10

• • Ajout du capteur de température sur le lilypad pour envoyer les données. Nous avons également tester de nouveau la communication Bluetooth suite à une modification de l'application.

Semaine 11

• • Ajout de l'accéléromètre pour réaliser le podomètre. Nous allons pouvoir commencer la construction du tee-shirt.

Liens

RFDUINO [www.rfduino.com/] : RFD22102 RFduino DIP [24]

Nordic rf8001 (BLE) [25]

Arduino SHIELD-EKG-EMG: [26]

Électrocardiogramme [27]

LED [28] --> Fil de LED Bleu [29] ---> Lot de 25 LED [30] ---> [31]

GraphView: [32]

Library for DS18B20 [33]

Tuto

Tuto arduino : [34]

Tuto capteur de température: [35]

Tuto Bluetooth: [36] connexion app [37]

Tuto Android: [38] [39] [40] fiche: [41]

Tuto BLE Android: [42]

Tuto ListView: [43] GraphView: [44]

Tuto GPS android: [45]