IMA5 2018/2019 P16 : Différence entre versions

De Wiki de Projets IMA
(Commande matos farnell/mouser)
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  - Intra : Communication en utilisant le corps humain comme couche physique, encore très expérimental mais beaucoup de recherche sur le sujet
 
  - Intra : Communication en utilisant le corps humain comme couche physique, encore très expérimental mais beaucoup de recherche sur le sujet
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.15.4  802.15.4] : [https://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee Zigbee]====
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.15.4  802.15.4] : [https://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee Zigbee]====
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth Bluetooth] ====
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L'avantage du reseau Zigbee est qu'il est  très facile a utiliser (et que j'ai deja utilisé plusieur fois la technologie), cependant il est assez consommateur d'energie (environ 50mA à la transmission), ce qui dans notre cas ne pourra pas etre envisagé, car l'autonomie du système sera un point très important du projet
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Low_Energy BLE] ====
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_Low_Energy BLE] ====
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/ANT%2B ANT+] ====
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Le BLE est tout a fait envisageable car il propose - comme son nom l'indique - une communication basse consommation d'energie.
ANT+ est un protocole de communication sans fil designé specifiquement pour l'envoi de données issues de capteur mais également pour monitorer certain systèmes (notamment en domotique). Il a l'avantage d'être specifiquement désigné pour les équipements sportifs, à tel point que beaucoup de dispositifs fonctionnent aujourd'hui avec. On retrouve notamment les bracelets et montre du style FitBit, mais également plusieurs applications comme des cardiogrammes...
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==== [https://en.wikipedia.org/wiki/ANT%2B ANT] ====
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ANT+ est un protocole de communication sans fil, similaire au BLE, designé specifiquement pour l'envoi de données issues de capteur mais également pour monitorer certain systèmes (notamment en domotique). Il a l'avantage d'être specifiquement désigné pour les équipements sportifs, à tel point que beaucoup de dispositifs fonctionnent aujourd'hui avec. On retrouve notamment les bracelets et montre du style FitBit, mais également plusieurs applications comme des cardiogrammes...
 
==== Radio 'simple' ====
 
==== Radio 'simple' ====
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On peut également partir sur de petites radios proposant un courrant d'emission tres faible (2mA), mais il refaudra faire tout l'étage de modulation, de démodulation et d'encodage de l'information, ce qui peut rajouter un travail de conception non négligeable. Cela pourra etre interessant pour un modele final, afin d'optimiser le systeme
 
==== Synthese comparative ====
 
==== Synthese comparative ====
 
==== Choix retenu ====
 
==== Choix retenu ====
Je me focaliserait sur le protocole ANT+ en essayant de mettre en place un support a differents device disponible sur le marché, afin que le système global puisse être utilisés avec des produits déjà existant. <s>Je dispose d'ailleurs déjà d'une [https://www.fitnessdigital.fr/cardiofrequencemetre-polar-ceinture-t34/p/10004265/?ct=29 ceinture] Cardiofrequencemetre de la marque Polar</s> (Il ne s'agit pas d'une communication avec Ant+ mais d'une "simple" communication via un champ magnétique)
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Je me focaliserai sur le protocole ANT en essayant de mettre en place un support a differents device disponible sur le marché, afin que le système global puisse être utilisés avec des produits déjà existant. <s>Je dispose d'ailleurs déjà d'une [https://www.fitnessdigital.fr/cardiofrequencemetre-polar-ceinture-t34/p/10004265/?ct=29 ceinture] Cardiofrequencemetre de la marque Polar</s> (Il ne s'agit pas d'une communication avec ANT mais d'une "simple" communication via un champ magnétique)
  
 
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=== Choix de techno de communication sur le terrain ===
 
=== Choix de techno de communication sur le terrain ===
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.15.4  802.15.4] : [https://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee Zigbee] longue portée (~100m)====
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.15.4  802.15.4] : [https://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee Zigbee] longue portée (~100m)====
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Le Zigbee permet également une communication assez longue portée lorsqu'il est utilisé en espace ouvert (~100m), et propose un consommation
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi Wi-Fi]====
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi Wi-Fi]====
L'utilisation du Wi-fi est envisageable de par l'utilisation du signal en espace ouvert (stade/salle de sports) permettant ainsi de limiter les absorptions/reflections dues aux murs
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L'utilisation du Wi-fi est envisageable de par l'utilisation du signal en espace ouvert (stade/salle de sports) permettant ainsi de limiter les absorptions/reflections dues aux murs. Cependant le Wifi est très consommateur d'energie de part le fait que ce protocole propose un très grand débit, que l'on ne pourrait pas exploiter complètement
 
 
Risque de grande conso d'energie ?
 
 
 
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth Bluetooth] classe 1 (~100m)====
 
==== [https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth Bluetooth] classe 1 (~100m)====
 
==== Choix retenu ====
 
==== Choix retenu ====
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[https://www.parallax.com/sites/default/files/downloads/28048-Polar-Wireless-Heart-Rate-Receiver.pdf Datasheet] du receiver compatible avec la ceinture
 
[https://www.parallax.com/sites/default/files/downloads/28048-Polar-Wireless-Heart-Rate-Receiver.pdf Datasheet] du receiver compatible avec la ceinture
  
==Semaine 3==
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==Suite du travail==
  
 
https://www.digikey.com/en/product-highlight/s/stmicroelectronics/stm32-overview
 
https://www.digikey.com/en/product-highlight/s/stmicroelectronics/stm32-overview
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[https://fr.farnell.com/molex/105164-0001/micro-usb-2-0-type-b-embase-femelle/dp/2614947 Connecteur USB B Micro Femelle a souder] *2
 
[https://fr.farnell.com/molex/105164-0001/micro-usb-2-0-type-b-embase-femelle/dp/2614947 Connecteur USB B Micro Femelle a souder] *2
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=== Changement de techno ===
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Ayant pas mal de difficulté a trouver de bon module ANT utilisable rapidement, et quelques problemes de livraison de matériel, je décide donc de changer de techno de communication courte portée. Voulant respecter l'objectif de la basse consommation en energie du systeme, je m'oriente vers le BLE. Avec un peu de recherche, on se rend compte que le BLE propose plusieur typologie de réseau, dont un réseau en étoile, qui pourrait être compatible avec notre objectif.
  
 
=Documents Rendus=
 
=Documents Rendus=

Version du 14 novembre 2018 à 10:20


Présentation générale

Description

Le sportif amateur ne dispose que de peu de retour quant à ses performances, notamment lors des entraînements. Dans les sports collectifs, le seul retour possible provient des entraîneurs, qui eux-même ne disposent pas de données chiffrées.

Nous proposons de réaliser un ensemble de capteurs permettant de :

   - Mesurer différents paramètres du sportif ;
   - Collecter ces informations au niveau d\'une base (portée par le sportif) ;
   - Transmettre ces informations à une base posée sur le bord du terrain.

Une version légèrement modifiée des capteurs pourra être disposée sur le terrain, voire dans les ballons.

Objectifs

Concevoir et réaliser des objets connectés permettant de mesurer les performances sportives et d'adapter l'entraînement

Il sera necessaire de mettre en place differents système pour y parvenir :

- Un réseau de capteur placés sur le sportif, connectés à une base plus puissante accrochée sur son dos/sa ceinture : Base Portable (BP)
- Un réseau de capteur placés sur le terrain (plots/cerceaux/balises) afin de verifier la bonne réalisation des exercices
- Une base posée sur le bord du terrain (PC/Tablette) qui récuperera les données et permettra un affichage : Unité de controle (UC)
- Une communication entre la BP sur le sportif et l'UC

Préparation du projet

État de l'art

Analyse des concurrents : Strava

Strava est un réseau social de fitness, utilisant des données GPS dans le cadre de la course à pied, du cyclisme et de la natation afin de récolter les performances des utilisateurs. Ainsi chaque utilisateur peut, grâce aux cartes mis en place sur le site/l'application mobile, voir les trajets parcourus, l'evolution des performances au fil du temps et se comparer avec les autres utilisateurs parmis une selection

Ces données sont recoltées à partir de dispositifs tiers, tels que les bracelets/montres FitBit mais également parmis une plus grande liste de devices

Cahier des charges

Choix techniques : matériel et logiciel

Choix de techno de communication sur le sportif

Afin de mettre en place la recolte de données issues des performances du sportif, il sera necessaire de mettre en place un système de communication a courte portée (environ 2 mètres) afin d'envoyer les données récoltées par les différents capteurs (acceleromètres, ECG, thermomètre, giroscope...) avec la base qui sera portée par le joueur dans son dos, ou à la ceinture (afin de ne pas trop le gener). Pour ce faire, plusieures technologies sont disponibles et pourraient permettre la mise en place d'une telle communication, il faut donc en choisir une pour se fixer..

802.15.6 : Body Area Network

Nouveau standard pour les communications à courte portée (echelle humaine), beaucoup de recherche encore sur le protocole, très peu de board de developpement, et certaines assez cher. Plusieur techno possibles : extra, over et intra body.

- Extra : Communication RF via des protocoles de com a 2,4Ghz a faible consommation de courant
- Over : Communication filaire placée directement sur l'utilisateur ou sur/dans ces vêtements
- Intra : Communication en utilisant le corps humain comme couche physique, encore très expérimental mais beaucoup de recherche sur le sujet

802.15.4 : Zigbee

L'avantage du reseau Zigbee est qu'il est très facile a utiliser (et que j'ai deja utilisé plusieur fois la technologie), cependant il est assez consommateur d'energie (environ 50mA à la transmission), ce qui dans notre cas ne pourra pas etre envisagé, car l'autonomie du système sera un point très important du projet

BLE

Le BLE est tout a fait envisageable car il propose - comme son nom l'indique - une communication basse consommation d'energie.

ANT

ANT+ est un protocole de communication sans fil, similaire au BLE, designé specifiquement pour l'envoi de données issues de capteur mais également pour monitorer certain systèmes (notamment en domotique). Il a l'avantage d'être specifiquement désigné pour les équipements sportifs, à tel point que beaucoup de dispositifs fonctionnent aujourd'hui avec. On retrouve notamment les bracelets et montre du style FitBit, mais également plusieurs applications comme des cardiogrammes...

Radio 'simple'

On peut également partir sur de petites radios proposant un courrant d'emission tres faible (2mA), mais il refaudra faire tout l'étage de modulation, de démodulation et d'encodage de l'information, ce qui peut rajouter un travail de conception non négligeable. Cela pourra etre interessant pour un modele final, afin d'optimiser le systeme

Synthese comparative

Choix retenu

Je me focaliserai sur le protocole ANT en essayant de mettre en place un support a differents device disponible sur le marché, afin que le système global puisse être utilisés avec des produits déjà existant. Je dispose d'ailleurs déjà d'une ceinture Cardiofrequencemetre de la marque Polar (Il ne s'agit pas d'une communication avec ANT mais d'une "simple" communication via un champ magnétique)


Choix de techno de communication sur le terrain

802.15.4 : Zigbee longue portée (~100m)

Le Zigbee permet également une communication assez longue portée lorsqu'il est utilisé en espace ouvert (~100m), et propose un consommation

Wi-Fi

L'utilisation du Wi-fi est envisageable de par l'utilisation du signal en espace ouvert (stade/salle de sports) permettant ainsi de limiter les absorptions/reflections dues aux murs. Cependant le Wifi est très consommateur d'energie de part le fait que ce protocole propose un très grand débit, que l'on ne pourrait pas exploiter complètement

Bluetooth classe 1 (~100m)

Choix retenu

Liste des tâches à effectuer

Calendrier prévisionnel

Réalisation du Projet

Semaine 1

essais fonctionnement shield arduino olimex + Electrodes

Semaine 2

recherches sur le protocole ANT+ et son implem via un atmega328P / MSP430

exemple

Il sera interessant d'obtenir un module du style : [1] pour les tests

Il est possible de se procurer directement le [2] RF (datasheet) a embarqué sur un PCB apres coup, mais cela sera plus complexe a mettre en place pour le prototype puisqu'il faut remettre en place l'antenne comme le montre la figure 6 de la datasheet :

Nrf24.jpg

Recherches de modules compatibles Ant+ https://www.digikey.com/product-detail/en/garmin-canada-inc/ANTAP281M5IB/1094-1004-ND/2748494


Info sur la ceintures : http://arduino-projects4u.com/rmcm01/

https://www.reddit.com/r/electronics/comments/10oct3/polar_heart_rate_monitor_chest_strap_arduino_cant/ (Champ magnétique 5Khz Oo" ?)

Datasheet du rmcm01 permettant d'interfacer avec la ceinture (selon le constructeur)

Sur Adafruit : kit de dev de test de la ceinture T34 https://www.adafruit.com/product/1077


Apres beaucoup de recherche, en vain, afin d'obtenir des informations sur des modules compatibles avec la ceinture T31 de polar, une information a illuminé l’intérêt de mon PFE, comme le dit les avis - très - positifs sur le composant, qui n'est plus disponible, permettant d'interfacer la ceinture à une arduino : "In addition to working on humans, the Polar T31 transmitter can be strapped to a cow." @Member #322613, Source


====> Problem solved avec la seconde partie du kit de test de la ceinture !! :D

Datasheet du receiver compatible avec la ceinture

Suite du travail

https://www.digikey.com/en/product-highlight/s/stmicroelectronics/stm32-overview

recherches circuit embarqué (capteur): STM32L0 / F0 ? (Cortex M0)  : https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/STM32L031K6T7/497-16269-ND/5805501 (L : low power // F : fast ==> On s'interesse principalement a une faible conso, on prendra donc le modele L)

24 MHz Quartz (+ capa) Le STM32L0 embarque un oscillateur RC (HSI) de 16 MHz (source : page 23 de la datasheet

https://www.sciencezero.org/index.php?title=STM32L031K6_Microcontroller

Depuis le schéma de la carte NUCLEO-L031K6 (carte de developpement qui embarque un STM32L0) on défini l'environnement passif minimal necessaire au MCU.

- Capa 100 nF sur le reset pour stabilité du signal (eviter des resets intempestifs)
- Capa 200 nF sur VDD (Capa decouplage sur l'alim)
- Capa 100 nF sur AVDD (Tension reference a l'ADC)
- 10K resistor entre le pin BOOT0 et la masse afin de set le PIN à l'etat 0 afin de choisir un boot depuis la flash


Afin de reprogrammer le STM32L0 : "The boot loader is located in System memory. It is used to reprogram the Flash memory by using SPI1 (PA4, PA5, PA6, PA7), USART2 (PA2, PA3) or USART2 (PA9, PA10). See STM32™ microcontroller system memory boot mode AN2606 for details"



recherches base embarquée : La base recevra les données de tous les capteurs embarqués sur le sportif, et devra decoder les différentes trames, afin d'en reconstruire une globale après. Il sera donc necessaire d'avoir un MCU un peu plus puissant.

STM32L1 (Cortex M3 : datasheet) : https://www.digikey.com/product-detail/en/stmicroelectronics/STM32L100RBT6/497-13631-ND/3973519

Selon la carte NUCLEO-L152, l'environnement passif du MCU est similaire a celui du STM32L0, cependant la capacités de découplages est un peu plus grande : elle passe a 400nF.


Commande matos farnell/mouser

Suite a un probleme de commande sur digikey.. voila les composants commandées mais chez farnell, avec quelques ajouts

STM32L0

STM32L1

NUCLEO-L031K6

NUCLEO-L152RE

Condensateur 100 nF 0603 * 20

Condensateur 18 pF 0603 *4

Quartz 16 MHz *2

Condensateur 4.3 pF 0603 *4

Quartz 32.768 kHz *2

Resistance 130 Ohm *20

Resistance 10 kOhm *6

LED RVB * 5

Xbee Module *2

BLE Module *4 (ou ce module plus petit mais plus cher) Il sera pas possible de les souder au four, mais ca devrait pas trop poser de probleme a la main, pads a 0.7mm pour le plus grand)

Module protection USB (pour faire une carte de programmation)

Resistance 22 Ohm (Adaptation USB) *10 (qtt mini)

Connecteur USB B Micro Femelle a souder *2

Changement de techno

Ayant pas mal de difficulté a trouver de bon module ANT utilisable rapidement, et quelques problemes de livraison de matériel, je décide donc de changer de techno de communication courte portée. Voulant respecter l'objectif de la basse consommation en energie du systeme, je m'oriente vers le BLE. Avec un peu de recherche, on se rend compte que le BLE propose plusieur typologie de réseau, dont un réseau en étoile, qui pourrait être compatible avec notre objectif.

Documents Rendus