Plataforma Inalámbrica para la Monitorización y Teleasistencia

Domiciliaria usando un PC

Yolanda Padial Florido

Dpto. Tecnología Electrónica Universidad de Málaga

Índice

1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro

Índice

1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro

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’

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

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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1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro

2. Monitorización de Señales

• Señales biométricas

Electrocardiograma (ECG)- PVC negativo- QRS

Ritmo cardíaco Temperatura corporal

2. Monitorización de Señales

• Señales ambientales

Luz Temperatura ambiental

CASAS INTELIGENTES

SOPORTE A PERSONAS CONMOVILIDAD LIMITADA

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

2. Monitorización de Señales

• Equivital

Tecnología Bluetooth Amplio registro señales biométricas 10 días de autonomía Vestible

2. Monitorización de Señales

• Dispositivo Bluetooth AT4wireless

Transceptor radio Bluetooth (ad-hoc) Usando un PIC -> Cualquier sensor No Vestible

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1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro

3. Arquitectura del Sistema

Estructura de la plataforma

Estación Central

• PC usuario

• Controladores inalámbrico -> puerto serie

• Sensor inalámbrico

Servidor

• Apache Tomcat

• Base de Datos

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)

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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1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro

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

4. Implementación del Sistema• Objetivo: Usuario Experto controla, configura y

monitoriza la Plataforma remotamente

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

4. Implementación del Sistema

Perfil Sensor

Parámetros del sensor

Personalizado al usuario

Creación Lista Prioridades de Estación

Lista sensores a gestionar

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

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

4. Implementación del Sistema

Servidor. Acciones en la aplicación web:

- Visualizar estado estación

- Eliminar sensor -> Borrar perfil sensor

- Añadir Sensor -> Nuevo perfil sensor

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

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

4. Implementación del Sistema

Estación Central

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

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

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

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

4. Implementación del Sistema

Información en Datos Sensor

Datos - Valores muestreados - Estadísticos

Estado alarma umbrales

Estado batería

PRIMER NIVEL ALARMA EN SENSOR

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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1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro

5. Fase de Pruebas

Índice

1. Introducción2. Monitorización de Señales3. Arquitectura del Sistema4. Implementación del Sistema5. Fase de Pruebas6. Conclusiones y Trabajo Futuro

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

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

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

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

Plataforma Inalámbrica para la Monitorización y Teleasistencia

Domiciliaria usando un PC

Gracias

Algoritmos sobre el ECG

-> Detección PVC negativo

Valor promedio

Rango

Umbral mínimo = Valor promedio - 0.4*Rango

Algoritmos sobre el ECG

-> Detección QRS

Señal

Derivada

Señal al cuadrado + Integración + Normalización

0.3

Punto Medio

Algoritmos sobre el ECG

-> Detección QRS

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

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