Bežični monitoring kretanja i biosignala Kojovic - Diplomski Finalni.pdf · Bežični monitoring kretanja i biosignala ... prihvatanja i obrade informacije, zaključivanja šta

UNIVERZITET CRNE GORE

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

Bežični monitoring kretanja i biosignala

-specijalistički rad-

Kandidat:

Kojović Nikola

Mentor:

Prof.dr. Stojanović Radovan

Podgorica, jun 2011

I

UNIVERZITET CRNE GORE

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

AKADEMSKE SPECIJALISTIČKE STUDIJE – SMJER ELEKTRONIKA

Broj _____________________________________

Podgorica, _____________________ 2011. godine


- Specijalistički rad -

Datum izdavanja rada: Datum predaje rada:

Podgorica, ____________ 2011. godine Podgorica, ____________ 2011.godine

Mentor: Student:

_______________________________ _______________________________

Prof.dr. Stojanović Radovan Kojović Nikola

II

IZJAVA O SAMOSTALNOM RADU

Ovim izjavljujem da sam specijastički rad uradio samostalno, uz pomoć mentora i navedene

literature.

Kandidat

__________________________

Diplomski rad je odbranjen dana ______ . ______ . 2011. godine pred komisijom u sastavu:

1. ______________________________(predsjednik)

2. ______________________________(mentor)

3. ______________________________(član )

sa ocjenom _______(____________).

III

Sažetak

U ovom radu razmatraju se svi aspekti sistema bežičnog monitoringa kretanja i biosignala, i to kao skup

odvojenih cjelina koje su međusobno povezane u istome cilju. Ovakav monitoring, kao procedura, mora

imati pravilno prikupljanje, prosleđivanje i obradu prikupljenih podataka jer oblast u kojoj djeluje ne trpi

greške. Na kvaliteta prikupljanja podataka i kvalitet samog podatka znatno utiče poznavanje fenomena

koji se posmatra, u datim slučajevima EKG, EMG i kretanje čovjeka. Uticaj pravilne interpretacije

prikupljenih podataka nad ovim fenomenima u veoma kratkom vremenu može da ima povoljan efekat.

Ovakav monitoring je sve više od interesa i teži ka tome da postane standardna procedura. Kao takav

veoma važno je poznavati svaki njegov dio u cilju lakše implementacije i buduće optimizacije. Kao što je

već navedeno ovdje posmatrani fenomeni su EKG, EMG i kretanje čovjeka, a izbor da budu od interesa u

ovom radu leži u tome da informacije o njima mogu biti lako prikupljene, proslijeđene i obrađene za

veoma kratko vrijeme, čak sta više i u realnom vremenu. Na kraju rada prikazana su rešenja bazirana na:

Shimmer modulu i softverskoj platformi koja ga prati, i samostalno rešenje u matlabu koje takođe koristi

Shimmer modul .

Ključne riječi: EKG, EMG, Kretanje, BlueTooth, Wireless machine, Shimmer, ZigBee, Topologije, Pan-

Tompkins.

Abstrakt

In this paper will be displayed all aspects regarding wireless monitoring of movement and biosignal, as

group of individual parts that are interconnected in the same goal. This type of monitoring, as procedure,

must have accurate gathering, passing and processing of collected data because this particular

environment of work is not kind to errors. Quality of data gathering and quality of data itself can be

affected allot if observed phenomena is known, in given cases ECG, EMG and movement of a man.

Influence of right data interpretation on observed phenomena in short time can have drastic positive

influence. This type of monitoring is more and more of interest and it going in direction to become a

standardized procedure. It is of great importance that every part of procedure is know in details in goal of

easy implementation and future optimization. As it already being said, phenomena that we watched

are ECG, EMG and movement of a man, choice of monitoring this particular phenomena is that

information about them can be easy acquired, passed and processed in very short time, even in real time.

At very end of this paper solution will be displayed based on: Shimmer module and his native software

platform and solution based on matalb code that also use Shimmer module.

Keywords: EKG, EMG, Movement, BlueTooth, Wireless machine, Shimmer, ZigBee, Topology, Pan-

Tompkins.

IV

Skraćenice:

A

AC Alternating current

ACC 1 podaci sa ADCaccelerometra 1



ADC Analog to digital converter

AD-HOC Jedan na jedan

aVF Izvedeni referentni signal srca

aVL Izvedeni referentni signal srca

aVR Izvedeni referentni signal srca

B

BD Biometrical Data

BOF Beging of frame

C

CRC Cyclic redundancy check

CSV Coma Separated Values

CTP Cordless Telephonz Profile

CVSD Varijabilna delta modulacija

D

DAC Digital to analog converter

DC Direct current

DevA Uređaj A

DevB Uređaj B

DNP Dialup Networking Profile

DPSK Differential Phase Shift keying

DQPSK Differential Quadrature Phase

Shift Keying

E

EEG Electroencephalography

EKG Elektrogardiogram

EKG 1 podaci sa EKG1 ADC


EMG Elektromijografija

EOF End of frame

F

FFD Full function device

FH Frequency-hopping

FHSS Frequency-hopping spread spectrum

FP Fax Profile

FTP File Transfer Profile

G

G Glukoza

GAP Generic Access Profile

GMSK Gaussian minimum shift keying

GOEP General object exchange

GPIO General purpose input output

H

HCI Host Controller Interface

HSS Headset Profile

I

I kanal Signal srca

I/O Input Output

I2C Inter-IC

ID Identification

II kanal Signal srca

III kanal Signal srca

IP Intercom Profile

L

L2CAP Logical link control and adaptation

protocol

LA Lijeva ruka

LAD Prednja lijeva silazna arterija

LAP Lan Access Profile

LCA Lijeva koronarna arterija

LED Light emiting diode

LL Lijeva noga

LMP Link manager protocol

V

LR-WPAN Low-Rate Wireless Personal

Area Networks

M

MAC Media Access

MEMS Microelectromechanical systems

O

OBEX Object Exchange

OPP Object push Profile

OSI Open Systems Interconnection

P

P talas Dio EKG signala

P2P Pear to Pear

PAN Personal Area Netvork

PCM Impulsna kodna modulacija

PHY Physical

POS Point of sale

PSK Phase Shift keying

Q

QRS Komplex Dio EKG signala

R

RA Desna Ruka

RAM Randomaccess memory

RCA Desna koronarna arterija

RFCOMM Radio Frequency

Communication

RFD Reduced function device

RL Desna noga

ROM Read onlz memory

RS232 Serijski port

RTOS Real time operating system

S

SBC Sub-Band kodek

SDK Software Development Kit

SDP Service discovery protocol

SDP Service Discovery Protocol

SMD Sport medicine data

SP Synchronization Profile

SPI Serial Peripheral Interface

SPO2 Zasićenje kisonkom

SPP Serial port profile

T

T Temperatura

T talas Dio EKG signala

TDD Time division Duplex

TDMA Time division multiple access

U

UART Universal asynchronous

receiver/transmitter

USART Universal

synchronous/asynchronous receiver-transmitter

USB Universal Serial Buss

V

V1 Pozicija EKG elektrode






W

WCET Worst-case execution time

VI

Popis slika

Broj slike Naslov Strana

Slika 1.1 Prikaz P talasa 2

Slika 1.2 Prikaz Q-R-S talasa 2

Slika 1.3 Prikaz T talasa 3

Slika 1.4 Prikaz pozicija elektroda dvanaesto-kanalnog EKG-a 3

Slika 1.5 Posmatrani signali u odnosu na ravan srca 4

Slika 1.6 Prikaz mišića srca i povezanost sa signalima koji ga opisuju 5

Slika 1.7 Rukavica sa senzorima pritiska 7

Slika 1.8 Senzor ugla 7

Slika 1.9 Kretanje tijela sa mrežom senzora 8

Slika 1.10 Intramuskularna elektromijografija 9

Slika 1.11 Površinski EMG djelova tijela 10

Slika 1.12 Prelazak na aktivne elektrode 10

Slika 3.1 Dizajn BlueTooth profila prema specifikaciji 16

Slika 3.2 Profil BlueTooth standarda 18

Slika 4.1 Princip Kreiranja podrške za BlueTooth na mikrokontrolerima 28

Slika 4.2 BlueTooth moduli 29

Slika 5.1 Piconet topologija 30

Slika 5.2 Scatternet mrežna topologija 31

Slika 6.1 Primjena BlueTootha 32

Slika 10.1 Prikaz softvera BSL430 48

Slika 10.2 Hardverski dizajn Shimmer modula 50

Slika 11.1 Pravilno postavljanje Shimmer modula 52

Slika 11.2 Blok dijagram putanje razvoja u Bliomobius platformi 53

Slika 11.3 Prikaz Eyasweb softvera 54

Slika 11.4 Rad u Eyasweb-u Shimmer blok 55

Slika 11.5 Rad u Eyasweb-u Bang generator blok 56

Slika 11.6 Rad u Eyasweb-u Delay blok 57

Slika 11.7 Rad u Eyasweb-u Input selector blok 58

Slika 11.8 Rad u Eyasweb-u Constant generator blok 58

Slika 11.9 Rad u Eyasweb-u FastDataBufferMatrixInput blok 59

Slika 11.10 Rad u Eyasweb-u prikaz statusa Shimmer modula 59

Slika 11.11 Rad u Eyasweb-u, šema povezanih blokova 60

Slika 11.12 Biomobius GUI dizajner 61

Slika 11.13 Prikaz gotovog projekta za monitoring kretanja 61

Slika 11.14 Shimmer modul sa oznakama elektroda 62

Slika 11.15 Matlab softver za primanje i analizu signala sa Shimmer modula 62

Slika 11.16 Blok dijagram Wirelles mašine 63

Slika 11.17 Simulacija Shimmer modula i njegove uloge 63

Slika 11.18 Algoritam softvera za analizu u Matlabu 64

Slika 11.19 Dekodovanje frejma Shimmer modula 66

VII

Slika 11.20 koraci u Pan-Tompkinsovoj metodi QRS detekcije 66

Slika 11.21 Normalizacija signala 66

Slika 11.22 LP filtar 67

Slika 11.23 HP filtar 67

Slika 11.24 Filtar derivacije 68

Slika 11.25 Kvadriranje 68

Slika 11.26 Integracija i oblast detekcije 69

Popis Tabela

Broj tabele Naslov Strana

Tabela 1.1 Prikaz kanala EKG-a i njihovi grafici 4

Tabela 2.1 Karakteristike BlueTooth sistema 12

Tabela 3.1 Glavni elementi BlueTooth arhitekture 17

Tabela 3.2 Osobine generičkog pristupnog profila 19

Tabela 3.3 Ostali BlueTooth profili 25

Tabela 7.1 Poredbena tablea BlueTooth i ZigBee 36

Tabela 10.1 Osobine Shimmer platforme 47

Tabela 10.2 Opis paketa unutar frejma komunikacije Shimmer modula 51

VIII

Uvod

U cilju daljeg razvoja u nekoj stručno specijalizovanoj oblasti, gdje su poznati ciljevi ali ne i način

postizanja istih, stvara se potreba da različite grane prirodnih nauka počnu da se preklapaju na takav način

da se kreira uska saradnja među njima. Ta saradnja dovodi do međusobne koristi u kojoj svaka od strana

ima željene rezultate i ostvarene postavljene ciljeve. Takva veza se stvorila između različitih grana

medicine i elektrotehnike.

U ovom radu će biti objašnjeno na koji način je uspostavljena ta veza, koji su njeni ciljevi i putevi ka tom

cilju, gledajući sa strane elektrotehnike kao nauke, elektronike kao oblasti i medicinske elektronike kao

grane te oblasti. Generalno ova metoda prati uspostavljene rute koje su definisane zbog limita trenutne

tehnologije i metode rada, kao i iskustvo u rješavanju problema i poznavanje praćenog fenomena iz kojeg

se želi izvući korisna informacija .

Biosignali i motorika čovjeka su dvije pojave u medicini koji se dosta lako mjere, obrađuju i

interpretiraju. Od interpretacije tih informacija se znatno može u veoma kratkom vremenu povećati

kvalitet života pacijenta ili performanse posmatranog fenomena nad pacijentom. Naša izmjerena

informacija je uzrokovana nekim fenomenom, i kao takav mi se nećemo baviti zašto je došlo do tog

fenomena nego mjerenjem vrijednosti istog ili neke mjerljive veličine istog koja ga direktno ili indirektno

opisuje.

Ovdje će se posmatrati srce i mjerljivi fenomeni nad njime, kao i motorika tijela čovjeka bilo da li je u

pitanju sportska medicina ili psihofizička rehabilitacija pacijenta. Ukratko će biti opisano srce kao aparat

nad kojim vršimo mjerenje kao i generalni opis motorike koju ćemo pratiti posmatrano sa stanovišta

fizičke interpretacije.

Ovakav sistem, i svi slični njemu, se posmatra kao sistem sa povratnom spregom, bilo da je pozitivna ili

negativna, jer način fizičke interpretacije fenomena, prenosa informacija mjerenja, prihvatanja i obrade

informacije, zaključivanja šta treba unaprijediti i sanirati, sama sanacija ili optimizacija nad posmatranim

objektom našeg interesovanja kreira zatvoreni krug. Cilj je da vrijeme koje je potrebno da se ovaj krug

obiđe bude što kraće, zbog rasterećenja resursa, ljudstva i postizanja optimuma u odnosu kvaliteta i

kvantiteta.

IX

Sadržaj:

1. Posmatrani fenomeni ............................................................................................................................ 1

1.1 Srce, elektrokardiografija (EKG) .................................................................................................. 1

1.2 Motorika i elektromijografija (EMG) ........................................................................................... 6

2. BlueTooth Primjena ............................................................................................................................ 11

2.1 Motivacija i razvoj bežičnih tehnologija ..................................................................................... 11

2.2 BlueTooth karakteristike ............................................................................................................. 12

2.3 Primjena BlueTooth baziranih uređaja ....................................................................................... 12

2.4 Mobilna obrada informacija ........................................................................................................ 13

2.5 Prednosti i mane BlueTooth baziranih uređaja ........................................................................... 14

3. BlueTooth – specifikacija i profili ...................................................................................................... 16

3.1 Specifikacija BlueTooth protokolnih nivoa ................................................................................ 16

3.2 BlueTooth profili ........................................................................................................................ 18

3.3 Generički pristupni profil (Generic Access Profile) ................................................................... 19

3.3.1 Pregled profila ..................................................................................................................... 19

3.3.2 Korisnički aspekt................................................................................................................. 20

3.3.3 Način rada ........................................................................................................................... 20

3.4 Otkrivanje mogućih profila/usluga ............................................................................................. 21

3.4.1 Pregled profila ..................................................................................................................... 21

3.5 Profil serijskog porta ................................................................................................................... 22

3.5.1 Pregled profila ..................................................................................................................... 22

3.5.2 Pregled procedura pri komunikaciji .................................................................................... 24

3.5.3 Režimi pri čuvanju energije i gubitku veze ......................................................................... 24

3.6 Ostali profili predefinisani BlueTooth specifikacijom ................................................................ 25

4. Mikrokontrolerska komponenta primjene BlueTooth ......................................................................... 26

4.1 HCI Postojeći - HCI Nepostojeći BlueTooth moduli ................................................................. 27

4.2 Mikrokontrolerski USB BlueTooth modul ................................................................................. 28

4.3 Mikrokontrolerski GPIO/SPI/I2C/High-Speed UART BlueTooth modul .................................. 29

4.4 USART/UART/RS232 BlueTooth modul .................................................................................. 29

5. BlueTooth mrežna topologija .............................................................................................................. 30

5.1 Piconet topologija ....................................................................................................................... 30

5.2 Scatternet topologija ................................................................................................................... 31

X

6. Primjena BlueTooth uređaja ............................................................................................................... 32

6.1 Primjena u medicini .................................................................................................................... 32

6.2 Lokalni i daljinski monitoring pacijenata ................................................................................... 33

6.3 Bežično daljinsko očitavanje biometrijskih podataka ................................................................. 33

7. Primjer sličnih komunikacija i poređenje sa BlueTooth ..................................................................... 34

7.1 ZigBee-opis rada i topologija ...................................................................................................... 34

7.2 Poređenje BlueTootha i ZigBee sistema ..................................................................................... 36

7.3 Zaključak primjene BlueTooth i ZigBee sistema ........................................................................ 37

8. Wireless mašina .................................................................................................................................. 38

8.1 Wireless kontrolni sistem ............................................................................................................ 38

8.2 Wireless monitoring sistem ......................................................................................................... 39

8.3 Neke od mogućih primjena Wireless mašina u medicini ............................................................ 41

9. RTOS .................................................................................................................................................. 42

9.1 Definicija RTOS-a ...................................................................................................................... 42

9.2 Razlozi korišćenja RTOS-a ......................................................................................................... 42

9.3 Osobine i funkcije RTOS-a ......................................................................................................... 42

9.4 Upravljanje resursima sistema .................................................................................................... 43

9.5 Hard i SOFT REAL-TIME ......................................................................................................... 43

9.6 Multitasking ................................................................................................................................ 44

9.7 Prioriteti i previđanja .................................................................................................................. 44

9.8 Modeli rezervisanja i predviđanja prioriteta ............................................................................... 44

9.9 Klase kernela ............................................................................................................................... 45

9.10 Prekid i pojava važnog podatka i njegovo upravljanje ............................................................... 45

9.11 Akcija i kašnjenje ........................................................................................................................ 46

10. Shimmer platforma ......................................................................................................................... 47

10.1 Osobine platforme ....................................................................................................................... 47

10.2 Start sistema i njegova konfiguracija za rad ............................................................................... 48

10.3 Hardverski opis Shimmer modula ............................................................................................... 50

10.4 Opis format paketa komunikacije Shimmer modula ................................................................... 51

11. Predložena rješenja ......................................................................................................................... 52

11.1 Pravilno povezivanje i pozicioniranje Shimmer modula ............................................................ 52

11.2 Riješenje korišćenjem Biomobius-a ............................................................................................ 53

11.2.1 Monitoring kretanja............................................................................................................. 53

XI

11.2.1.1 Kontrola Shimmer modula .............................................................................................. 55

11.2.1.2 Prihvatanje podataka sa accelerometara.......................................................................... 58

11.2.1.3 Očitavanje statusa Shimmer modula ............................................................................... 59

11.2.1.4 Grafički prikaz informacija ............................................................................................. 61

11.3 Samostalno rješenje korišćenjem Matlaba .................................................................................. 62

11.3.1 Blok dijagram primijenjenog metoda.................................................................................. 63

11.3.2 Algoritam softwera za analizu u Matlabu ........................................................................... 64

11.3.2.1 COM PortX ..................................................................................................................... 64

11.3.2.2 Inicijalizacija svih promenljivih ...................................................................................... 65

11.3.2.3 Pravilno dekodovanje paketa i prepoznavanje korisne informacije ................................ 65

11.3.2.4 Pan-Tompkinsov metod za analizu QRS kompleksa ...................................................... 66

Zaključak .................................................................................................................................................... 70

LITERATURA: .......................................................................................................................................... 71


1

1. Posmatrani fenomeni

1.1 Srce, elektrokardiografija (EKG)

Srce je četvorokomorni mišić čija funkcija je da pumpa krv kroz tijelo. U realnosti srce se može

predstaviti kao dvije cjeline, lijeva i desna strana koja kuca istovremeno. Svaka od ove dvije strane ima

dvije komore, manju gornju komoru atrium i veću donju komoru ventrikulu. Desni atrium, desna

ventrikula, lijevi atrium i lijeva ventrikula su pravilni nazivi ovih komora. Ovako imenovan niz

predstavlja i putanju protoka krvi kroz srce.

Sami postupak kretanja krvi kroz srce je od važnosti pa zato će i biti ukratko opisan:

Desni atrium prima krv koja je prošla kroz cjelokupno tijelo i u kojoj su kiseonik i hranljive

materije iscrpljene. Ta krv se vraća preko dvije velike vene, superior vena cava vraća krv iz glave

vrata, ruku i gornjeg dijela torzoa, i inferior vena cava koja vraća krv iz ostalog dijela tijela.

Desni atrium pumpa ovu krv u desnu ventrikulu koja samo trenutak kasnije pumpa ovu krv kroz

krvne sudove pluća.

Pluća u ovom procesu imaju dvostruku ulogu: da zasićuju krv kiseonikom izlaganjem vazduhu

koji udišemo i da oslobodi ugljendioksid iz krvi koji se nagomilao usled raznih metaboličkih

procesa. Kada krv prođe kroz pluća, ona ulazi u lijevi atrium koji je prosleđuje u lijevu

ventrikulu.

Lijeva ventrikula ispumpava krv nazad u cirkularni sistem krvnih sudova, arterije i vene. Krv

izlazi iz lijeve ventrikule preko aorte koja predstavlja najveću arteriju u tijelu. Pošto lijeva

ventrikula mora stvoriti dovoljan pritisak da krv protiče kroz cjelokupno tijelo zaključuje se da je

ona ekstremno jaka pumpa. Odavde slijedi da kada se mjeri krvni pritisak, mjeri se pritisak koji

stvara lijeva ventrikula.

Srce takođe zahtijeva krv da bi funkcionisalo. Krv ulazi u srčane mišiće preko grupe arterija koje

izlaze iz aorte veoma blizu spoja srca i aorte i zovu koronarne arterije. Kada iz nekog razloga

dođe do prekida protoka kroz koronarne arterije tada taj dio mišića srca počinje da izumire. Ako

se ovo ne spriječi tada srce gubi svoju sposobnost i snagu da pumpa krv i posljedice su fatalne.

Kada je zastoj krvi kratkoročan, simptomi se zovu angina, i nema permanentnih posljedica, ali

ako je zastoj dugoročan posljedice postoje i djelovi mišića srca izumiru. Ovo nazivamo srčanim

napadom ili mijokardijalna infrakcija-infarkt.

Nervi srca su odvojeni od ostatka nervnog sistema tijela zbog svoje važnosti i kao takvi su

apsolutno nezavisni od stanja nervnog sistema tijela. Mreža nerava koja se prostire kroz sve

komore srca pokreću impulse koji ga tjeraju da ono usklađeno radi i obavlja svoju funkciju. Srce

normalno radi brzinom od 60 do 100 otkucaja u minuti. Ova varijacija zavisi od fizičke

spremnosti čovjeka. Brzina otkucaja zavisi od specijalizovanih ćelija u srcu koje su locirane u

desnom atriumu. One rade automatski i nezavisno od nervnog sistema.

Svaki put kada dođe do otkucaja, obje arterije se skupljaju i impuls putuje kroz atrium do dijela

srca koji se zove atrioventikularni čvor koji leži u zidu između dvije ventrikule. Ovaj čvor služi

kao tačka od koje se dalje prosljeđuju električni impulsi. Iz atrioventikularnog čvora električni


2

talas putuje do obje ventrikule izazivajući njihovo skupljanje i ispumpavanje krvi. Vremenska

razlika između kontrakcija atriuma i ventrikula je od 0.12 do 0.2 sekunde. Ovo rastojanje je

tajmirano tako da krv optimalno pređe između atriuma i ventrikula. Vrijeme kraće ili duže od

ovoga upućuje na moguće srčane probleme.

EKG bilježi električnu aktivnost tokom vremena koja se pojavljuje usled kontrakcije mišića u

atriumu i ventrikuli.

Kontrakcije oba atriuma se prikazuju kao P talas. (sl.1.1)

Slika 1.1. Prikaz P talasa

Kontrakcije ventrikula se prikazuju kao serija od tri talasa Q-R-S, poznatiji kao QRS komplex.

(sl. 1.2)

Slika 1.2. Prikaz Q-R-S Talasa


3

Treći i zadnji talas je poznat kao T talas i odražava ponovno punjenje mišića ventrikule za sledeću srčanu

kontrakciju (repolarizacija). (sl. 1.3)

Slika 1.3. Prikaz T talasa

Sa fizičkog aspekta EKG funkcioniše tako sto detektuje i pojačava male električne promjene na površini

kože koji se pojavljuju kada se srčani mišić depolarizuje tokom svakog svog okucaja. Kada srce miruje

mišić ima potencijal i polarizovan je ka spoljašnjem zidu. Smanjivanje ovog potencijala odnosno

depolarizacija izaziva kontrakcije mišića. Ove promjene se detektuju kao mali rastući i opadajući

naponski signali između dvije elektrode. Uobičajeno je da se koriste više od dvije elektrode i to tako da

su kombinovane u parovima. Postoji nekoliko različitih načina snimanja sa različitim brojem elektroda i

to sa 3 kanala, 5 kanala i 12 kanala. Najvjerodostojniji EKG je sa 12 kanala koji uvjek ima neki medijum

koji ga zapisuje, dok sa 3 ili 5 kanala se koriste kao privremeni monitoring i kao takav najčešće nema

zapis. EKG sa 12 kanala ima najčešće 10 elektroda koje se označavaju i postavljaju kao na slici 1.4.

RA-Desna Ruka

LA-Lijeva Ruka

RL-Desna Noga

LL-Lijeva Noga

V1-Između 4. i 5. rebra desno od prsne kosti

V2-Između 4. i 5. rebra lijevo od prsne kosti

V3-Između elektroda V2 i V4

V4-Između 5. i 6. rebra

V5-Horizontalno sa V4 pomereno udesno

V6-Horizontalno sa V5 pomereno udesno

Slika 1.4. Prikaz pozicija elektroda dvanaesto-kanalnog EKG-a


4

U zavisnosti od kombinacije elektroda i da li željeni kanal je unipolaran ili bipolaran dobijamo

informacije o različitim segmentima srca. Bipolarni signali su I, II, III odnosno takozvani kanali udova a

svi ostali kanali su unipolarni. Njihove interpretacije i uopsteni oblik signala su dati u tabeli 1.1 u odnosu

na ravan posmatranja srca. (sl 1.5)

I kanal predstavlja naponsku razliku između lijeve ruke (LA) i

referentne elektrode desne ruke (RA) i posmatra se u ravni y,z. I=LA-RA

II kanal predstavlja naponsku razliku između lijeve noge (LL) i

referentne elektrode desne ruke (RA) i posmatra se u ravni y,z. II=LL-RA

II kanal predstavlja naponsku razliku između lijeve noge (LL) i

referentne elektrode lijeve ruke (LA) i posmatra se u ravni y,z. III=LL-LA

V1 kanal predstavlja potencijal elektrode V1 i posmatra se u ravni x,y. V1






aVR predstavlja pojačani referentni signal i posmatra se u ravni y,z. aVR=RA-0.5*(LA+LL)

aVL predstavlja pojačani referentni signal i posmatra se u ravni y,z. aVL=LA-0.5*(RA+LL)

aVF predstavlja pojačani referentni signal i posmatra se u ravni y,z. aVF= LL-0.5*(LA+RA)

Tabela 1.1 Prikaz kanala i njihovi grafici

Slika 1.5 Posmatrani signali u odnosu na ravan srca


5

Svi ovi kanali su dobijeni sa željom da se sazna više o stanju srca. A koji kanal nosi koju informaciju o

srcu i njegovom stanju je dato slikom 1.6 u odnosu na ravan srca prema slici 1.5.

a) b) c) d) e)

RCA-desna koronarna arterija

LCA-lijeva koronaran arterija LAD-prednja lijeva spustena

arterija

Cx-Circumflex arterija

I, aVL, V5,V6 V3,V4 V1,V2 II,III,aVF

Slika 1.6 Prikaz mišića srca i povezanost sa signalima koji ga opisuju

EKG je neinvazivna metoda i kao takva dozvoljava da se za kratko vrijeme dođe do veoma pouzdanih

informacija o srcu kao mišiću. EKG može da prikaže, predvidi i ukaže na razna oboljenja, njihove

poslijedice i da znatno utiče na budući tretman pacijenta. Može da služi kao pouzdana informacija o

opštem stanju pacijenta. Ovim se završava opseg interesovanja ovog rada, jer cilj je da se prikaže šta se

posmatra i pokaže pravilno posmatrani fenomen dok je interpretacija informacija zadatak medicinskog

osoblja.

Tro-kanalni EKG i 5. kanalni EKG je samo redukovani 12. kanalni EKG i sa manje funkcija. Tro-kanalni

EKG daje nam samo I, II, III signale i na njih će biti fokus.


6

1.2 Motorika i elektromijografija (EMG)

Motorika tijela, koordinacija, pravilan položaj i automatizacija pokreta su glavni segmenti koji se žele

pratiti i optimizovati. Ova optimizacija za ciljanu grupu ima sportiste i ljude sa urođenim ili nastalim

defektima tijela. Mora se napomenuti da ovdje postoji takozvani "efekat posmatranja" koji u velikom

utiče na podatke i interpretaciju istih. Ukratko "efekat posmatranja" se javlja kada pacijent ili sportista zna

da je posmatran, tada on najčešće nema iste pokrete tijela kao u suprotnome. Zbog ovog efekta najčešće

monitorinzi traju dugo, u cilju da čovjek koji se posmatra uđe u rutinu i da zaboravi da je posmatran. U

mnogome utiče ako su senzori koji vrše mjerenje su lagani, nevidljivi čak i sta više u nekim slučajevima ti

senzori i nijesu na čovjeku i apsolutno se ne primjećuju.

Žično mjerenje je skoro pa neefikasno (praktično je nemoguće odrediti položaj tijela, kretanje udova i

rekciju na okolinu atelte koji trči sprint na 100 metara, plivača, vaterpoliste, rvača, boksera, košarkaša,

čovjeka koji je bez jednog uda, specifično noge koji ide uz stepenice sa prostetičkim pomagalom itd.).

Uvođenjem bežičnih metoda mjerenja motorike tijela, odnosno metoda gdje udovi čovjeka u bilo kojoj

osi nijesu ograničeni nekim instrumentom ili elektrodom instrumenta se ogromno unaprijedila grana

sportske i rehabilitacione medicine. Zašto kažemo da žično mjerenje je skoro pa neefikasno, umesto

odgovora primjeri su dovoljni, kako izmjeriti položaj tijela, U većini ovih slučajeva to je skoro pa

nemoguće.

Mora se napomenuti da su u ranijem periodu analize kretanja čovjeka korišćeni video optički sistemi za

praćenje i analizu kretanja. Sistem se sastojao od niza infracrvenih kamera visoke rezolucije sa

sposobnošću snimanja velikog broja frejmova u sekundi, pravilno pozicioniranih jedni od drugih tako da

se kreira njihova mreža. Najčešće kada se jednom postave, ne realociraju se. Objekat posmatranja je

morao imati specijalne markere postavljene na njemu. Ti markeri su najčešće bile trake, kuglice i flasteri

koji reflektuju infracrvenu svjetlost ili infracrvene LED diode. Ako je objekat posmatranja čovjek, po

pravilu je nosio odijelo sa markerima. Takav sistem jeste bežični ali je i veoma skup. Mjerenje se moralo

vršiti na određenoj lokaciji koja je predhodno pripremljena i služila samo za tu svrhu. Ova činjenica je

prvi faktor koji loše utiče, jer čovjek se izdvaja iz svog prirodnog okruženja u kojem djeluje. Dalje on je

morao nositi specijalno odijelo kreirano samo za tu priliku što je takođe loš faktor jer se znatno utiče

komfornost pri rutini kretanja. Ovaj sistem je ekstremno skup kao i njegovo održavanje, rijetko ga je ko

mogao posjedovati zato su se najčešće i izinajmljivali. Time je ograničen opseg vremena u kojem se

mogao koristiti, i najčešće su se izvodili određeni pokreti koji su ponavljani iznova, i u takvom slučaju

"efekat posmatranja" je bio maksimalan, pa su dobijeni rezultati uzimani sa rezervom.

Razvitkom tehnologije stvorili su se jeftini uređaji sa dovoljnim ali i limitiranim sposobnostima, koji

mogu da prikupe i proslijede informaciju. Napredak ovakvog monitoringa je bio očigledan i dosta brzo je

došlo do proboja u svim granama sportske i rehabilitacione medicine. Cijena ovakvih uređaja dovodi do

toga da se projekti baziraju više na obradi informacija (koje su postale lako i brzo dostupne) i limitirani su

sposobnostima ljudi koji rade na tim projektima, dok ranije projekat je zavisio od cijene prikupljanja

informacije i bio je limitiran ljudstvom zbog zahtjevnosti potrebnih materijalnih resursa. Uticaj razvoja

tehnologije na razvoj sportske i rehabilitacione medicine je ogroman, stalno se dolazi do novih načina za

prikupljanjem informacija, koji najčešće zavisi od kreativnosti ljudi koji se bave razvojem u toj oblasti.


7

Postoje 3 osnovna senzora koji se najčešće koriste u bežičnom monitoringu, a oni su:

Senzor Girometar-Promjena pravca kretanja. Precizno određuje vektor kretanja.

Senzor Accelerometar-Promjena brzine kretanja u određenoj osi.

Senzor mjerenja pritiska-Promjena pritiska na površinu i određivanja pritiska na površinu

najčešće u odnosu na neku relativnu vrijednost.

Ovi senzori se mogu veoma različito kombinovati u zavisnosti od potreba i dobijanja određene

informacije. Može se misliti da su Accelerometa i Girometar međusobno isključivi ali to nije slučaj. Kao

primjer se može dati gimastičar koji mijenja uglove svoga tijela dok se kreće, a posebno kada se nalazi u

vazduhu promjena vektora je dosta značajna za pravilnim određivanjem njegovog tijela i interpretacije

rezultata.

U nekoliko sljedećih primjera će biti prikazani i ukratko objašnjeni neki projekti i primjene.

Rukavica sa mjerenjem pritiska i položaja

Slika 1.7 Rukavica sa senzorima pritiska.

Rukavica u sebi ima ugrađene senzore za mjerenje pritiska i položaja. Na slici 1.7 je prikazan njen dizajn,

senzorske trake, interpretaciju podatka grafički na mjeraču pritiska, i na portabilnom uređaju. Ova

rukavica ima niz primjena a neke od njih su:

U sprotskoj medicini da se utvrdi da li igrač hvata loptu vrhovima prstiju ili dlanovima, koliki je pritisak

lopte u trenutku hvatanja iste, koje su pozicije i kako igrač drži loptu, kod gimnastičara kako se hvataju i

drže za rekvizite i da li pravilno opredeljuju opterećenje itd.

U rehabilitacionoj medicini da se odredi položaj prstiju i maksimalno opterećenje koje se može izdržati na

prstima dlanovima i zglobu, da se odredi maksimalno kretanje zglobova šake itd.

Monitoring skočnog zgloba

Uređaj (sl. 1.8) posjeduje girometar i accelerometar i određuje

maksimalni ugao g odnosu na Ay osu pri kretanju na skočnom zglobu.

U sportskoj medicini može pokazati da li je određeni stav

pravilan ili ne i ukazati na razloge problema i rješenje.

U rehabilitacionoj medicini daje napredak oporavka skočnog

zgloba i njegovu pripremljenost za opterećenje. U odnosu na

ovu informaciju može se odlučivati da li je potreban poseban

tretman.

Slika 1.8 Senzor ugla


8

Kretanje tijela

Na tijelo se postavlja mnoštvo senzora koji

posjeduju giroskop i accelerometar (sl. 1.9),

tako da u svakom trenutku senzori znaju svoj

položaj u prostoru tokom vremena.

Interpretacijom informacije sa senzora

moguće je kreirati model u realnom vremenu,

i snimati kretanje. Svaka tačka na slici

predstavlja jedan senzor i od količine senzora

zavisi rezolucija kretanja u toku vremena.

U sportskoj medicini se može ispratiti

svaki položaj, stav, vrijeme

reagovanja način na koji se reagovalo.

U rehabilitacionoj medicini mogu se

veoma lako utvrditi odstupanja od

normalnog stanja i uticati na

korekciju tih istih odstupanja.

Slika 1.9 Kretanje tijela sa mrežom senzora

Iz datih primjera veoma je lako zaključiti da se različitim kombinacijama ovih senzora može pouzdano

brzo i efikasno dobiti željena informacija o motorici određenog dijela tijela čovjeka. Primjene mogu biti

različite, nevažno da li želimo da utičemo na postojeće stanje ili da korigujemo isto.

Elektromijografija (EMG) je tehnika za posmatranje i snimanje električne aktivnosti koju proizvode

mišići skeleta. EMG detektuje električni potencijal generisan mišićnim ćelijama kada se aktiviviraju

nervno ili električno. Uobičajeno je da se EMG radi u paru sa nekim drugim testom koji mjeri provodnost

nerava. EMG uspješno ukazuje na niz problema i pomaže u njihovom rešavanju. Šta sve EMG može da

ponudi dato je sledećom listom:

Pronalazi normalne i abnormalne nerve, mišiće, motorne i senzorne neurone.

Lokalizuje regione normalnih i abnormalnih funkcija.

Definiše tip abnormalne funkcije

Definiše veličinu abnormaliteta.

Definiše prostiranje i progresiju abnormaliteta.

Može da okvirno ukaže kada se desila nervna ili mišićna povreda.

Može da predvidi trajanje povrede ili oboljenja.

Opisuje progresiju ili oporavljanje od abnormaliteta.

Pomaže u dijagnozi i prognozi bolesti vezane za mižiće, nerve i neurone.

Pomaže u odabiru odgovarajućeg tretmana.

Pomaže u praćenju kako pacijentu odgovara tretman koji mu se pruža tako što prikazuje promene

u neuro-muskularnim funkcijama.

Precizno pronalazi lokacije mišićnih povreda ili abnormalnosti koje su potrebne pri

intramuskularnim tretmanima.

Primjenom u sportskoj medicini, prati razvoj mišića i ukazuje na potrebne vježbe za pravilno

razvijanje istog.


9

Fizičke karakteristike EMG-a:

Potencijal mišićne membrane je oko 90 mV, što predstavlja i električni izvor koji se se distribuira

na mišiću usled rada i kasnije prati.

Izmjereni EMG se kreće u okvirima od 50 uV do 30 mV u zavsnosti od mišića koji se prati.

Tipično vrijeme ponavljanja rada mišića zavisi od njegove veličine i funkcije, i iznosi od 7Hz do

20 Hz.

Postoje dvije vrste EMG-a i to su:

Intramuskularni EMG (sl. 1.10), izvodi se tako što igla koja sadrži dvije tanke elektrode probije

kožu i uđe u mišić. Za vrijeme probijanja igle se prati električna aktivnost i ona se zove "ubodna

aktivnost". Sama "ubodna aktivnost" je veoma važna i daje informacije o stanju mišića i

njegovim nervima, jer normalni mišići dok miruju daju signale određenog obilka i tipa kada igla

uđe u njih. Kada se igla ubaci počinje da se posmatra električni signal mišića dok miruje. Ako se

pojave spontane abnormalne aktivnosti one mogu ukazati na oštećenja mišića i nerava. Poslije

praćenja u stanju mirovanja, pacijent se zamoli da polako zateže i opušta mišić. Oblik veličina i

frekvencija rezultata je ono što je važno u ovakvom posmatranju. Poslije određenog vremena igla

se povuče za par milimetara i posmatranje se ponavlja od početka. Pošto je ovakav EMG

ekstremno lokalizovan i daje sliku unutar određenog dijela mišića, tada se moraju vršiti višestruka

ubadanja i mjerenja dok se ne dobije dovoljan broj signala potrebnih za dijagnozu. Zbog

raznolikosti u obliku, konstrukciji, veličini i starosti mišića elektrode se kod različitih pacijenata

moraju stavljati na različite lokacije da bi se dobila pravilna očitavanja. Ovakav EMG očitava

stanje mišića na nivou nekoliko mišićnih vlakana i kao takav je ekstremno precizna procedura za

lokalizaciju i sanaciju različitih vrsta abnormaliteta.

Slika 1.10 Intramuskularna elektromijografija

Zbog svoje lokalizacije ovakav EMG se koristi najčešće u rehabilitacionj medicini a ekstremno

rijetko u sportskoj medicini jer on perfektno obavlja funkcije lokalizacije, predviđanja i

progresiju abnormaliteta i pomaže pri sanaciji istog.


10

Površinski EMG (sl. 1.11) je neinvazivna metoda za praćenje električne aktivnosti mišića koja se

obavlja pomoću elektroda postavljenih na površini mišića koji se posmatra. Ovakav EMG snima

električnu aktivnost mišića koji obuhvata velike površine i kao takav daje generalnu sliku za

razliku od intramuskularnog EMG-a. Metoda prati signale poeriodičnosti od 20 Hz do 500Hz,

ima znatno lošiju rezoluciju i podložna je greškama usled kretanja površine mišića. Elektrode su

najčešće 10 mm u prečniku i one su obične provodne površine koje zahtijevaju da otpor kože

bude mali. Mogu biti i aktivne što znači da su opremljene nekom elektronikom koja smanjuje

zahtjevnost provodnosti kože i povećava SNR odnos i filtrira signal (sl.1.12). Ova metoda snima

kako voljnu tako i nevoljnu aktivnost mišića. To dovodi do toga da je moguće snimati i

stimulisane aktivnosti mišića preko intramuskularnih elektroda ili površinskih električnih

stimulacija. Kombinacija intramuskularnog i površinskog EMG-a zajedno sa stimulacijama

mišića najčešće se koristi kod otkrivanja razloga mišićnih paraliza bilo kakvog oblika.

Slika 1.11 Površinski EMG djelova tijela

Slika 1.12 Prelazak na aktivne elektrode

Upotreba površinskog EMG-a najčešće se ograničava na generalno praćenje progresije u razvoju

mišića. Na slici 1.11 Vide se tri različita modela monitoringa: prvi segment je monitoring

razvoja mišića torzoa i koji mišići i njihov redosled djeluju u izvršavanju neke aktivnosti, na

drugom segmentu slike prati se razvoj i aktivnosti mišića noge, a u trećem se prate mišići

podlaktice. Ovakavim pristupom se daje generalna slika o mišiću kao cjelini, njegovoj upotrebi,

veličini, snazi, periodičnosti korišćenja i zdravlju.

Upotreba površinskog EMG-a je toliko česta upotreba u sportskoj medicini da se u narednih par

godina planira implementacija unutar sportske opreme bilo kojeg tipa (od rukavica do dreseva i

to pri aktivnom bavljenju sporta). Samim praćenjem i prikupljanjem statističkih podataka je

moguće predvidjeti progresiju, digresiju, abnormalnosti i povrede što bi trebala da bude ogrmna

prednost u održavanju zdravlja i karijere sportiste.

Ovim se završava oblast interesovanja u okviru poznavanja medicinskog aspekta posmatranih biosignala i

napominjem da će fokus biti na posmatranju 3. kanalnog EKG i motoriku kretanja tijela. Razlog izbora

ova dva segmenta je taj što invazivne metode se ne mogu samostalno raditi bez saradnje i prisustva

medicinskog osoblja, a time se eliminiše intermuskularni EMG. EKG i EMG su veoma povezani jer prate

iste fizičke fenomene, ali je EKG praćenje vitalnog signala i zato je izabran. Motorika kretanja je izabrana

bez ikakve važnosti u odnosu na ostale segmente jer svi oni predstavljaju samo različitu implementaciju

istih principa.


11

2. BlueTooth Primjena

2.1 Motivacija i razvoj bežičnih tehnologija

Želja za komunikacijom i fizičkom mobilnošću, upravljačkih i kontrolerskih uređaja, dovela je do razvoja

novih bežičnih sistema u cilju automatizacije. Sama informacija koja je najčešće prenešena u takvim

okruženjima je tip “informacije o trenutnom i prošlom stanju”. U okviru normalnog rada ovakav način

komunikacije se bazira u formi ponavljajućih nizova malih paketa velike gustine. Značaj tih paketa se

striktno povezuje za dinamiku informacije koja se želi prenijeti, i kao takva može imati i striktan

vremenski interval, koji je sam po sebi važan za pravovremenu obradu informacije. Informacija se možda

prikuplja u veoma hazardnim okolinama kao što su: ekstremne temperature, visoka vlažnost, prisustvo

hemikalija koje štete opremi, radioaktivno zračenje ili konstantnog prisustva elektromagnetnog šuma, a

možda je i samo prisustvo ovakve pojave u okolini uređaja, informacija sama po sebi. Generalno količina

protoka koja je ostvariva preko ovakvih sistema je relativno nezahtjevna, dok je sama pouzdanost sistema

za prenos informacije veoma zahtjevna, kao i njihovo vremensko obilježavanje.U ciljanom okruženju sa

visokim stepenom važnosti, bežični način prenosa informacije, generalno komunikacije, osim što ima

manju zahtjevnost održavanja, imaju i manju cijenu integracije, sam princip na kojem se bazira,

omogućava jednostavno segmentno unapređivanje opreme prema potrebi, i prilagođavanja okruženju u

kojima sistem funkcioniše.

Kao jedan od predstavnika bežičnih sistema komunikacije uzima se BlueTooth sistem. Prvobitna namena

BlueTooth uređaja je bila orijentisana na komunikaciju između računarske opreme, mobilnih telefona i

perifernih uređaja, mada se brzo uvidjela njegova koristnost i u drugim oblastima gdje je potreba za

sigurnom i relativno brzom komunikacijom ili signalizacijom bila potrebna. Danas generalna upotreba je

vezana za :

Prenos podataka, glasa, komunikacija itd. 1-na-1 (AD-HOC)

Zamjenu žične fiksirane infrastrukture.

Kako je orginalna uloga BlueTooth bila orijentisana u tom smjeru, tako je u toku razvoja ovoga sistema

došlo do optimizacije ovih specifičnih segmenata. Jedna od takođe veoma važnih osobina ovih uređaja je

mala potrošnja energije jer su ti uređaji relativno kratkog dometa.

Generalno možemo zaokružiti osobine ovog sistema na:

Pouzdanost

Transparentni paketi informacija

Mogućnost vremenskog obilježavanja (Time Stamping)

Niska potrošnja energije

Izrada za specifične uslove rada

Izvođenjem iz navedenih osobina možemo zaključiti da BlueTooth ima veoma važnu ulogu u razvoju

bežičnih sistema bilo koje namjene.


12

2.2 BlueTooth karakteristike

Karakteristike ovakvih baziranih sistema date su u tabeli 2.1

FREKVENCIJSKI OPSEG 2400MHz – 2483,5MHz

BROJ NOSILACA 79 (EU & US)

RAZMAK IZMEĐU NOSIOCA 1 MHz

SNAGA PREDAJE KLASA 1 MAX +20dBm (PA)

KLASA 2 MAX +4dBm (0 dB nom)

KLASA 3 MAX +0dBm

DALJINA DOMETA 10 cm – 10 m, MOGUĆE DO 100m

MODULACIJA 1Mbps GMSK

2Mbps DQPSK

3Mbps 8 DPSK

MULTIPLEKS NOSIOCA TDMA TDD FHSS 1600 hoops/s

TRAJANJE TDD FREJMA 1,25 ms

TRAJANJE SLOTA 625μs

UKUPNI DATA-RATE 723,2 kbps

1448,5 kbps

2178,1 kbps

AUDIO KODIRANJE 20 GLASOVNIH KANALA

Varijabilna Delta modulacija CVSD

Impulsna Kodna Modulacija PCM

Sub-Band kodek SBC

Tabela 2.1 Karakteristike BlueTooth sistema

2.3 Primjena BlueTooth baziranih uređaja

Primjena BlueTooth može se podijeliti na nekoliko povezanih cjelina:

Mobilna obrada informacija (industrijska i korisnička)

o Ručni mobilni terminali

o Docking stanice

o Periferijalna komunikacija

Medicinski uređaji

o Instrumentalizacija

o Praćenje pacijenata

o Lokalno

o Daljinsko

Terminali na mjestu prodaje (Point Of Sale POS)

o Skeneri/Transakcioni terminali

o POS periferije

Unutar ovako određene strukture posebno će se obratiti pažnja na mobilnu obradu informacija odnosno na

segmente vezane za medicinske uređaje.


13

2.4 Mobilna obrada informacija

Kada uzmemo ovu grupu u cjelini i uporedimo njene glavne osobine, nezavisno od primjene kojoj može

pripadati, od kontrole automatskog rada nekog medicinskog aparata, notifikacije osoblja usled nekog

važnog događaja ili pokretanje nekog autonomnog elektronskog sklopa generalne ili striktne namjene,

ovdje se može izvršiti podjela prema razlogu uvođenja i koriste nja BlueTooth uređaja, a ti razlozi su :

Zamena fiksnih, pokretnih, privremenih i komunikacionih kablovskih mreža

Bežični senzori i kontrolna logika

BlueTooth ACCESS POINT-i

Kombinacija BlueTooth i internet tehnologija.

Iz ove liste ponaosob će biti dati primjeri.

Zamena fiksnih, pokretnih, privremenih i komunikacionih kablovskih mreža

o Fiksne kablovske mreže.

Mobilnost, kao glavni razlog uvođenja, može se ogledati u tome da ako postoje monitoring stanice fiksno

locirane, koja trebaju da budu aktivne u određenom vremenskom periodu i posmatraju i analiziraju neki

vitalni signal, usled regularne ili vanredne realokacije posmatranog objekta. Ovdje u datom slučaju nad

pacijentom treba da se potroši vrijeme dok bi se odkačile fiksne kablovske mreže. Cilj je da sama

tranzicija se vrši što brže, i da pri izvršenoj tranziciji se ne gubi vrijeme da se pacijent ponovo postavi na

monitoring uređaje već da se to radi po automatizmu odnosno kreiranje globalnih PLUG AND PLAY

sistema.

o Pokretne kablovske mreže.

Pri korišćenju portabilnih uređaja, čiji je cilj da imaju ogroman stepen minijaturizacije (da su lakši,

jednostavniji za upotrebu i sa velikim stepenom korisnosti) uvodi se potreba za eleminisanjem kablovskih

mreža koje služe pri analizi i prenosu signala.

o Privremene kablovske mreže

Ako se želi izvršiti pristup i monitoring pacijenta, periodično ili na proizvoljnoj bazi u toku nekog

vremenskog perioda, tada se zbog jednostavnosti, brzine i bez potrebe uznemiravanja pacijenta, i

gubljenja vremena koje je potrebno da se on priključi na aparate, koriste BlueTooth bazirani uređaji koji

su mali, imaju dug vijek trajanja baterije i koji generalno ne smetaju pacijentu u toku svakodnevnih

aktivnosti.

o Komunikacione kablovske mreže

Mnogi medicinski uređaji današnjice tradicionalno koriste serijske interfejse kao sredstvo za kontrolu,

programiranje ili monitoring procesa (RS 232, RS 422, RS 485). Oni su tipično vezani u AD-HOC

režimu, gdje sva operacija se bazira na jednom povezanom računaru i jednom uređaju. Alati koji se

specifično koriste pri takvoj komunikaciji su vezani za tip uređaja, ovo ih karakterise kao dobar primjer

gdje se BlueTooth koristi u AD-HOC režimu.


14

Bežični senzori i kontrolna logika

Senzori i kontrolne logike mogu biti veoma različiti u zavisnosti od uloge i potrebe. Neki od njih mogu

imati visok nivo ugrađene inteligencije, a neki su jednostavni ulazno-izlazni uređaji koji služe kao

interfejs za obradu podataka. U zavisnosti od nivoa autonomizacije, čak i kada ne postoji ostvarena

BlueTooth veza, kod onih sa ugrađenom visokom inteligencijom, može se izvršavati određena količina

operacija. Na ovaj način dolazi do podjele algoritma medicinskog monitoringa na dvije kritične tačke:

monitoring i analiza kritičnog procesa koji se vrši na mjestu gdje se i nalazi senzor i upravljačka bežična

kontrolna logika koja postavlja i prati parametre biosignala određenog procesa. Kao poslijedica toga

odluka, detekcija i notifikacija o biosignalu definisanom određenim parametrima, bilo da parametri

predstavljaju loš ili dobar biosignal, vrši se na mjestu senzora i kontrolne logike, a parametri kontrolne

logike i primanje informacije o detekciji biosignala se unose i prikazuju na udaljenom mjestu za

monitoring. Ovim, ako ne postoji komunikacija sa udaljenim monitoring sistemom, senzor i kontrolna

logika će da izvršavaju zadatu operaciju sa već postojećim parametrima biosignala koji su im zadati dok

se oni ne izmijene ili im ne bude zadata druga operacija.

BlueTooth ACCESS POINT-i

U sistemu koji posjeduje veliku količinu ostvarenih komunikacija preko BlueTooth-a pojavljuje se

potreba za formiranjem centralnog komunikacionog sistema, koji treba da obezbijedi pravilan i siguran

način komunikacije, postigne zavidan nivo centralizacije i monitoring svih uređaja. Time se stvara

potreba za postavljanjem BlueTooth ACCESS POINT-a kojima je ovo i generalna namjena.

Kombinacija BlueTooth i internet tehnologija

Time što je BlueTooth sistem optimizovan za rad sa web tehnologijama, to ga čini odličnim kandidatom

za integraciju monitoring sistema sa web tehnologijama. Na ovaj način se kontrola i monitoring mogu

decentralizovati i dozvoliti pristup na izvršnom hostu svim autorizovanim korisnicima. Pri tome treba

napomenuti da translacija sa web tehnologija na željene protokole se vrši po automatizmu

(jednostavnost).

2.5 Prednosti i mane BlueTooth baziranih uređaja

BlueTooth kao komunikacioni sistem je uveo novi način razmišljanja i realizacije unutar monitoring

sistema, postigao je visoku primjenu gdje se traži brzina, pouzdanost, i određeni nivo autonomizacije

procesa ali kao takav mogao je imati kompromise koji su stvorili određene prednosti i mane.


15

PREDNOSTI:

Brzina koju postiže je dovoljna za svoju primjenu a kreće se maksimalno od 1 Mbps do 3 Mbps.

Eliminiše kablove i omogućava mobilnost uređaja ili operatera.

Koristi kratke poruke za komunikaciju, što je i sasvim dovoljno pošto su skoro sve komandne

poruke bazirane na ON/OFF principu, a poslata i primljena informacija je najčešće broj.

Ima fiksno određeno i predefinisano vrijeme poruke što ga čini idealnim za slanje podataka u

realnom vremenu.

Ima kratak domet do 100m maksimalno, što ga čini i više nego idealnim u mnogim slučajevima, a

najčesće je daljina potrebna za komunikaciju manja od 1m.

Generalno nije kreiran za globalnu mrežu, ali nije problem da je ostvari, čak i kada su server i

klijent mobilni on zadržava komunikaciju 1 – na – 1.

Cijena integracije i instalacije je mala u odnosu na mobilnost i kvalitet usluga.

MANE:

Nekontrolisane promjene količine protoka podataka, što generalno ne utiče na kvalitet prenosa

poslate informacije.

Potrošnja energije pri samostalnom baterijskom radu povećava vremenski interval “tišine” pri

komunikaciji, najčešce kod senzorskih instrumenata koji imaju samostalno baterijsko napajanje.

Vremenski interval između periodične uzastopne komunikacije se povećava u cilju povećanja

životnog ciklusa bateriskog napajanja.

Sam uređaj ne može da radi u velikom temperaturnom opsegu.

BlueTooth može da ima problema sa radom ako nije uspostavljena direktna vizuelna vidljivost

između komunikacionih BlueTooth modula.

Uticaj drugih bežičnih mreža na njegov rad, (kao 802.11a/b/g/n standarda, iz razloga što su im

iste radne frekvencije). Iz toga slijedi da, 17 kanala za rad je ugroženo direktnim prisustvom neke

od tih mreža, što može značajno smanjiti efikasnost i pouzdanost, a u najmanju ruku brzinu

prenosa informacija.


16

3. BlueTooth – specifikacija i profili

BlueTooth je ime dato tehnologiji koja koristi radio talase kratkog dometa, sa svrhom da zamijeni kablove

koji povezuju mobilne ili fiksne elektronske uređaje, bilo koje vrste, tipa ili namjene. Namjera pri

stvaranju ovakvog modela komunikacije je da ih poveže jednim univerzalnim radio linkom, čije su glavne

osobine: kvalitet, jednostavnost pri kreiranju i pristupu takvim uređajima, niska potrošnja energije i mala

cijena integracije. Pošto radi u veoma zauzetom frekvencijskom okruženju, on koristi brz način

identifikacije, uspostavljanja komunikacije i prenosa, automatsko i brzo frekvencijsko preskakanje na

novu radnu učestanost, što i čini ovaj sistem sam po sebi kvalitetnim i efikasnim. Pošto BlueTooth radio

link radi na slobodnom band-u na 2.4GHz i da bi izbjegao uticaj ostalih uređaja, koji rade na istom band-

u, on mijenja radnu frekvenciju instantno po prijemu ili predaji komunikacionog paketa. U poređenju sa

bilo kojim ostalim sistemom bežičnog prenosa, BlueTooth radio preskače brže i koristi kraće pakete pri

komunikaciji. U nastavku je prikazana kratka specifikacija samog sistema i njegovi profili.

SPECIFIKACIJA opisuje kako BlueTooth tehnologija radi.

PROFILI opisuju način primjene tehnologije prema specifikaciji

za konkretnu upotrebu orijentisanu prema potrebi.

3.1 Specifikacija BlueTooth protokolnih nivoa

Slika 3.1 Dizajn BlueTooth profila prema specifikaciji

Na slici 3.1 je grafički prikazana arhitektura BlueTooth protokolnih nivoa, kojih se mora pridržavati pri

kreiranju uređaja koji želi da iskoristi prednosti ove arhitekture. Sa tabelom 3.1 su opisani glavni elementi

ove arhitekture.


17

BlueTooth RADIO Radio nivo definiše zahtjeve koji moraju biti ispunjeni u

BlueTooth primopredajniku koji radi na 2.4GHz ISM

opsegu.

Frekvencijski opseg Nivo Frekvencijskog opsega određuje osobine BlueTooth

Link Controller-a (LC), koji izvršava sve frekvencijske

potokole i druge rutine nižeg prioiteta pri komunikaciji bilo

koje vrste.

LMP (Link Manager Protocol) Konekcijski Menadžer Protokola (Link Manager Protocol)

je kontrolisan od strane Link Menadžera sa strane

prijemnika i predajnika, da postavi, održava i kontroliše

vezu između minimum dva, maksimalno osam BlueTooth

uređaja

HCI (Host Controller Interface) Host Controller Interface obezbjeđuje upravljački pristup

kontroli: Frekvencijskih opsega i Link Menadžera, daje

pristup očitavanjima hardverskog stanja i upravljačkim

registrima.

L2CAP (Logical Link Control and

Adaptation Protocol)

Logical Link Control and Adaptation Protocol obezbjeđuje

viši nivo multipleksiranja protokola, segmentaciju paketa,

njihovo ponovno spajanje i prosljeđivanje, i ocjenjivanje

kvaliteta prenosa o mogućim informacionim servisima.

RFCOMM RFCOMM protokol obezbjeđuje emulaciju serijskog porta

peko L2CAP protokola. Ovaj protokol je baziran na ETSI

standardu TS 07.10.

SDP (Service Discovery Protocol) Servis pronalaženja mogućih potokola obezbjeđuje sredstvo

i način za aplikaciju da pronađe koji mogući servisi su

dostupni preko postojećih BlueTooth uređaja. Takođe

dozvoljava aplikaciji da odredi karakteristike tih trenutno

mogućih servisa i njihov pristup.

Tabela 3.1 Glavni elementi BlueTooth arhitekture

Svaki od ovih nivoa protokola ima interne uslovne karakteristike, koje moraju biti zadovoljene, ali

njihovo predstavljanje i osobine su važne proizvođačima samih BlueTooth modula, ili ako se želi koristiti

neki BlueTooth modul koji prevazilazi nominalne granice date ovim specifikacijama i imaju neka

odstupanja u upravljačkom ili komunikacionom segmentu.

Kombinovanjem i manipulacijom ovih nivoa, njihovom internom komunikacijom, promjenom

parametara i osobina, postižu se uslovi koji omogućavaju zamjenu mnogih žičanih komunikacionih

infrastruktura. Pri tome se mora obratiti posebna pažnja, da se sa integracijom BlueTooth sistema ne

pojave nove promjenljive koje unose neželjene efekte u već postojeći sistem.

BlueTooth je do sada našao najviše primjene u zamjeni komunikacionih fiksnih veza kratkog dometa sa

predefinisanim profilima, i kao takav on je povoljna i željena optimizacija postojećih sistema za koje je i

predviđen, a praktični uslov budućih sistema.


18

3.2 BlueTooth profili

Profili su razvijeni sa razlogom kako bi implementacija za postojeće radne modele bila moguća. Postojeći

radni korisnički modeli imaju razne predefinisane profile i u zavisnosti od potrebe bira se povoljni profil.

Profil se može opisati kao vertikalni prelaz preko raznih nivoa protokola koji su potrebni da bi se izvršile

određene operacije koje su vezane za sami profil. U okviru profila ulaze osnovni parametri za nivoe

protokola. Profili su izvedeni iz potrebe nadogradnje postojećih sistema bežičnim modelom

komunikacije, bez potrebe velike adaptacije i zadržavanjem postojećih kompatibilnosti. Navodeći sve ove

osobine i razloge, uvođenje profila je dovelo do:

Broj potrebnih parametara za implementaciju je smanjen, što dovodi da različite primjene i

dijele iste resurse.

Parametri su već predefinisani tako da aplikacije rade na sličan način.

Uvedeni su mehanizmi za kombinaciju različitih standarda.

Upravljački segment je standardizovan dajući univerzalnu arhitekturu kontrole i pristupa

nezavisno od uređaja.

Slika 3.2 Profili BlueTooth standarda

Na slici 3.2 se nalaze svi profili koje trenutno podržava BlueTooth standard, neki od njih su više a neki

manje iskoriste ni. Većina njih pripada nekom takođe predefinisanom profilu što kaže da je struktura

komunikacije BlueTooth uređaja OBJEKTNA i već predefinisana standardima ali to ne ograničava

razvoj i instantnu implementaciju nekog novog profila. Kao jedni od važnijih profila detaljnije će se

prikazati generički pristupni profil, otkrivanje mogućih pristupa/profila i profil serijskog porta.


19

3.3 Generički pristupni profil (Generic Access Profile)

Ovaj profil definiše osnovnu urođenu proceduru, povezanu sa pronalaskom BlueToth uređaja,

konfigurisanjem parametara linka i njihovim povezivanjem. Takođe definiše procedure koje su povezane

sa različitim nivoima sigurnosti pri komunikaciji. Uopšteno ovaj profil opisuje kako se niži nivoi LMP i

Frekvencijski Opseg koriste zajedno sa nekim većim nivoima.

3.3.1 Pregled profila

Pregled profila dat je u tabeli 3.2.

Slaganje profila

Kao što se vidi na slici 3.2 GENERICKI PRISTUPNI PROFIL

obuhvata sve postojeće profile omogućava njihovu konfiguaciju,

komunikaciju, raslojavanje i optimizaciju ka željenom izabranom

profilu. On ih međusobno sve povezuje.

Konfiguracija

Pri komunikaciji generički profil je ono što se razmjenjuje između dva

ili više komunikacionih uređaja, i to definiše parametre profila koji će

se koristiti.

Korisnički zahtjev

U principu BlueTooth komunikaciju je moguće uspostaviti čak i ako ti

uređaji međusobno ne dijele isti profil, i ne obezbeđuju međusobnu

uslugu i time nema razmjene nikakvih informacija.

Glavne osobine

Postavljanje zahtijeva za imenom, vrijednostima, načinom kodiranja,

prosljeđivanjem parametara na korisničkom nivou.

Definiše načine rada koji nijesu vezani za uslugu ili profil već su

opšte namjene za sve usluge i profile.

Definisanje generalnih procedura koje mogu biti koriste ne za

otkrivanje identiteta, imena i osnovnih mogućnosti usluga ostalih

BlueTooth uređaja koji su režimu rada kada mogu biti otkriveni.

Stvaranje i omougućavanje sigurnih veza između uređaja.

Opisivanje generalne procedure koje mogu biti iskoriste ne za

uspostavljanje veze sa drugim BlueTooth uređajima.

Konformnost

BlueTooth uređaj koji ne prihvata niti dijeli zadati pofil sa ostalim

uređajima u svojoj okolini, bi trebao imati ovaj profil radi

koegzistencije međusobnog nesmetanog rada.

Tabela 3.2 Osobine Generičkog pristupnog profila


20

3.3.2 Korisnički aspekt

Sa stanovišta korisnika, što se može znati pri kreiranju komunikacije je definisano opštim parametima:

ADRESA UREĐAJA (BD_ADDR)

To je unikatna adresa, BlueTooth uređaja, definisana je kao 48 bitna adresa ili 12

heksadećimalnih karaktera, i ona se ne može mijenjati.

IME UREĐAJA (IME UREĐAJA)

To je zadato ime uređaju, iz razloga lakše reprezentacije, ono prestavlja string dužine od 40 do

248 karaktera.

KLJUČ (PIN BROJ). Ključ se koristi da se uspostavi sigurna linija između dva uređaja koja nijesu predhodno

komunicirali, i da se uspostavi buduća komunikacija bez zahtjeva ključa. Ključ može biti sačuvan

u memoriji uređaja ili se može unijeti na korisničkom nivou.

KLASA UREĐAJA (PRUZANJE USLUGA) U procesu indentifikacije uređaja, klasa uređaja može odrediti koje usluge i profile može

obezbijediti taj uređaj.

3.3.3 Način rada

U ovom profilu zavisno od funkcije postoje različiti načini otkrivanja i traženja uređaja.

1. OTKRIVANJE UREĐAJA

Skriveni režim Uređaj se neće odazvati ako se pretražuje, samo će se

odazvati ako postoji već uspostavljena sigurnosna veza, i

ako se on eksplcitno traži po imenu i adresi.

Ograničeni javni režim Uređaj može biti otkriven samo u određenim uslovima

koji mogu biti pokrenuti nekim već predefinisanim

parametrom.

Javni režim Uređaj se može otkriti u svakom trenutku od strane bilo

kog drugog uređaja.

2. POVEZIVANJE UREĐAJA

Nedozvoljeno povezivanje Uređaj neće izvršti povezivanje

Dozvoljeno povezivanje Uređaj će periodično tražiti povezivanje i

dozvoljavati ga.

3. UPARIVANJE


21

DOZVOLI UPARIVANJE Dozvoljava čuvanje veze ako je potvrđena.

NE DOZVOLJAVAJ UPARIVANJE Ne dozvoljava čuvanje veze odnosno uparivanje.

3.4 Otkrivanje mogućih profila/usluga

(Service Discovery Application Profile)

Ovaj profil definiše sve moguće procedure da aplikacija koja koristi BlueTooth uređaj, može otkriti sve

usluge koje drugi BlueTooth osposobljeni uređaj može pružiti, takođe da preuzme sve predefinisane

parametre potrebne za koriste nje tih mogućih usluga. Glavni značaj ovog profila je da definiše procedure

i protokole koji opisuju režim rada BlueTooth osposobljenog uređaja.


UOPŠTENO

Glavna uloga je da opiše način rada nižih BlueTooth nivoa komunikacionog karaktera, opiše nivo

sigurnosti i način pristupa višim nivoima kao : L2CAP, RFCOMM i OBEX.

KONFIGURACIJA

Lokalni uređaj (LocDev):

LocDev je segmenat koji pokreće pronalazak mogućih usluga i kao takav mora imati opis svoje

arhitekture klijenta, on pokreće pronalazak usluga i prikazuje rezultate tog pronalaska.

Uslužni Uređaj (RemDev):

RemDev je bilo koji uređaj koji učestvuje u otkrivanju usluga tako što odgovori na pretragu koja je

inicirana od strane LocDev. RemDev ima svoj sopstveni opis profila, nivo zaštite i moguće korisnike koji

mogu da koriste njegove usluge u zavisnosti od toga on odgovara na pretragu usluga ili je ignoriše.

Bilo koji od ova dva moguća statusa nije ekskluzivnog karaktera. Razlog tome je da istovremeno isti

fizički uređaj može biti i LocDev za određenu uslugu i RemDev za drugu uslugu. Samim time se postiže

velika dinamičnost pri radu sa BlueTooth uređajima.

KORISNIČKI ZAHTJEVI I MOGUĆI SLUČAJEVI

Mogući scenariji koji se mogu pojaviti pri radu sa ovim profilom su:

1. Pretraga za uslugom po predefinisanoj klasi same usluge.

2. Pretraga za uslugom po atributima same usluge

3. Pretraga mogućih usluga.

Prva dva slučaja prikazuju pretragu za poznatim mogućim uslugama koje opisuju neki već predefinisani

profil, dok zadnji slučaj opisuje izlistavanje svih mogućih usluga koje jedan BlueTooth osposobljeni

uređaj može da pruži, ne vezano sa sopstvenim opisom koju uslugu on može da podržava. Sama zamisao

BlueTooth uređaja je definisana tako da ako postoji uređaj za određenu uslugu, i ako je opisana profilom

koji sadrži opis te usluge, tada drugi uređaj koji ne zahtijeva tu specifičnu uslugu, može da traži šta taj

BlueTooth uređaj može da pruž i da zahtijeva da mu se prikažu sve moguće usluge koje možda i nijesu

opisane ovim profilom.


22

3.5 Profil serijskog porta

(Serial Port Profile)

Ovaj profil je jedan od glavnih razloga stvaranja i koriste nja BlueTooth osposobljenih uređaja. Kao takav

je veoma važan za upotrebu u industrijskoj i medicinskoj elektronici jer omogućava niz prednosti a uz to

ne remeti postojeću arhitekturu uređaja.

Profil se bazira na emulaciji i stvaranju virtuelnog serijskog fizičkog linka koristeći RFCOMM nivo

između dva uparena BlueTooth uređaja. Ovakav zahtjev je predefinisan uslugom same primjene uređaja

tako što se obezbijede parametri i komunikacija između uređaja, dok se dalje obraćanje prema BlueTooth

uređaju vrši kao prema serijskom portu. Na taj način se stvara kompletna interoperabilnost bez

modifikacija postojećih sistema. Ovako definisana emulacija serijskog porta preko BlueTooth uređaja je u

suštini zamjena fizičkog kabla preko virtuelnog serijskog porta, koji sam po sebi zavisi od operativnog

sistema nad kojim postoji mikrokontroler ili računar.


NIVOI PROTOKOLA

Emulacija porta je segmenat koji omugućava način pristupa aplikacije tom virtuelnom portu, sama

emulacija je stvaranje virtuelnog porta i način na kojem se njemu pristupa. Način pristupa, komunikacije,

sinhronizacije i bilo koja druga regularna operacija nad realnim fizičkim portom, je ista na nivou

aplikacije, takođe sama aplikacija nije “svesna” da pristupa portu kao takvom. Iz ovoga slijedi da

aplikacija ne pristupa podešavanjima BlueTooth profila i nivoa usluga, već da ona pristupa portu kao

obraćanje fizički postojećoj komponenti. U ovakvom slučaju mora postojati neka dodatna aplikacija ili

nivo aplikacije, na obe strane, koja će da predefiniše BlueTooth uređaj i koja je “svesna” stanja i usluge

samog uređaja, i da obezbjedi nivo pristupa korisničkom zahtjevu.

ULOGE/KONFIGURACIJA

Postojeće uloge definisane ovim profilom su:

Uređaj A (DevA) je onaj uređaj koji pokreće inicijaciju da se oformi komunikacija ka nekom

drugom uređaju.

Uređaj B (DevB) je onaj uređaj koji čeka da bude kontaktiran od strane nekog drugog uređaja, da

ostvari konekciju sa njim.

U ovakvom rasporedu, komunikacija se ne mora odvijati jednostrano, već je ovo model načina pristupa

isti BlueTooth osposobljeni uređaj može imati oba režima rada za nesmetanu dvostranu komunikaciju.

SLUČAJEVI

Pri komunikaciji, pristup emuliranom portu je, kao i fizičkom, ograničen njegovim karakteristikama i

kontrolnom signalizacijom, brzinom prenosa i logičkom upravljanju. Nemoguće je istovremeno

komuniciranje sa više uređaja preko istog virtuelnog porta, što ne znači da je i nemoguće istovremeno

komunicirati sa više uređaja preko različitih virtuelnih portova, i zamjena režima DevA i DevB u

zavisnosti od potrebe i uloge.


23

Osobine profila

Da bi ovaj profil bio moguć, korišćenje sigurnosnih parametara, kao što je autorizacija i identifikacija

pristupnih uređaja je opcionalna, dok je postojanje mogućnosti sigurnosnog parametra uslovno. Da li će

se koristiti ili ne stvar je početne konfiguracije koriste nja parametara između uređaja. Ako je sigurnost

konfigurisana da se koristi kao jedan od parametara, ova dva uređaja se uparuju u toku uspostavljanja

konekcije (ako i samo ako je autorizacija i registracija korisnika pravilna). Uparivanje se ne vrši ako je

izvršeno ranije, iz razloga što BlueTooth uređaj u uobičajenom režimu rada pamti predhodno uparene

uređaje, osim ako nije definisano drugačije.

Mogućnosti pri povezivanju i ostvarivanju komunikacije su :

Ostvarivanje striktne sigurne komunikacije bez autorizacije (Bonding) se eksplicitno ne mora

koristiti u ovom profilu i ono je opcionalno.

Uspostavljanje veze je pokrenuto od strane DevA. Otkrivanje mogućih profila/usluga se mora

predhodno ostvariti prije nego što se može emulirati komunikacija preko serijskog porta.

Ne postoji fiksirana uloga gospodar-rob (MASTER-SLAVE)

RFCOMM nivo se koristi da se prenesu podaci, modemski kontrolni signali i konfiguracione

poruke.

KONFORMNOST

Kada govorimo o konformnosti, sve osobine ovoga profila koje su uslovne se moraju ispoštovati u

samom procesu proizvodnje nekog BlueTooth modula koji podržava ovaj profil za generalnu namjenu.

Ovo se takođe odnosi i na sve opcionalne i uslovne karakteristike za koje je naglašeno da moraju postojati

u okviru ovog profila nezavisno od proizvođača. Poslijedica naglašavanja garantovanih i opcionalnih

mogućnosti je u tome da nezavisno od proizvođača distributera i korisnika, sama primjena se orijentiše ka

sposobnostima BlueTooth uređaja da ispuni garantovane i opcionalne mogućnosti unutar ovoga profila

opisane sertifikatom proizvođaca koji mora postojati. Kao takve one se kontrolisu od strane BlueTooth

sertifikacionog programa, a sama potreba za određenim opcionalnim karakteristikama modula zavisi od

potreba primjene.

APLIKACIONI NIVO

Na ovom nivou se mora znati da je ovaj profil nadograđen na Generičkom Pristupnom Profilu, pa iz toga

slijedi da:

Strana A je DevA a strana be je DevB

Sve uslovne osobine Generičkog pristupnog profila su uslovne i u ovom profilu

Ako nije posebno naglašeno sve opcionalne komponente su takođe i opcionalne u ovom profilu

Dakle, parametri iz profila veće važnosti se prosleđuju ka profilima niže klase. Takođe se mora naglasiti

da svaki profil koji ima veći status važnosti može proslijediti parametre profilu nižeg satusa, ako i samo

ako uslov za postojanje profila nižeg statusa zahtijeva postojanje nekog od profila većeg statusa.


24

3.5.2 Pregled procedura pri komunikaciji

Procedura se mora ispoštovati pri uspostavljanju i emulaciji serijskog porta. Koraci procedure su:

Uspostavljanje veze i virtuelnog serijskog porta:

o Slanje zahtjeva koristeći otkrivanje mogućih procedura/usluga da se pronađe RFCOMM usluga

na određenom kanalu drugog BlueTooth uređaja. Ovo može uključiti mogućnost traženja i biranje

između više emulirnih portova koji postoje na drugom BlueTooth uređaju. Ako je poznato tačno

koji servis da se pozove, koristi se pretraga pomoću klase usluge.

o Opcionalno da se izvrši autorizacija pristupa, takođe opcionalno da se uključi zaštita podataka.

o Zahtjev novog L2CAP kanala za komunikaciju sa RFCOMM drugog BlueTooth uređaja.

o Uspostavljanje komunikacije preko RFCOMM na L2CAP kanalu.

o Uspostavljanje virtuelne komunikacione veze za paralelni port preko RFCOMM sesije, koristeći

već predefinisane brojeve kanala.

o Virtuelna emulacija serijskog porta je spremna za slanje i primanje podataka sa strane oba uređaja

(DevA, DevB)

Ova procedura je uslovna za prihvatanje i uspostavljanje komunikacije i emulacije serijskog porta. Koraci

procedure su:

Prihvatanje veze i uspostavljanje virtuelne serijske konekcije:

o Ako je zahtijevano od strane uređaja koji je pretraživao, izvršiti autentikaciju, i po završenoj

autentikaciji uključiti zastitu podataka.

o Prihvati novi kanal koji je određen od strane L2CAP.

o Prihvati RFCOMM sesiju na tom kanalu.

o Uspostavljanje virtuelne komunikacione veze za paralelni port preko RFCOMM sesije, koristeći

već predefinisane brojeve kanala. Ovo može pokrenuti zahtjev za lokalnu autorizaciju uređaja

koji želi da komunicira, i da po tome uključi enkripciju podataka.

o Registrovanje da postoji emulacija virtuelnog serijskog porta i da je uključi u svoj profil

Otkrivanje mogućih profila/usluga. Ovo implicira da postoji lokalna baza usluga koje taj uređaj

može da podrži i da odgovori na zahtjev pretrage i pružanja usluge.

o Sve usluge/aplikacije koje se obavljaju preko RFCOMM nivoa moraju da pruže neki zapis profilu

Otkrivanje mogućih profila/usluga koji uključuje parametre potrebne da bi se mogle koristiti sve

usluge/aplikacije bazirane na RFCOMM nivou. Iz ovoga slijedi da bi se mogla uspostaviti

komunikacija preko virtuelnog serijskog porta, mora se izvršiti predhodna registracija same

usluge i njenih parametara.

3.5.3 Režimi pri čuvanju energije i gubitku veze

Uređaji koji učestvuju mogu biti u različitim režimima čuvanja energije. Nije od važnosti da se koristi

neki od postojećih režima čuvanja energije, međutim ako se zahtijeva režim rada niske energije,

preporučuje se koristiti ako je moguće. Dok postoji komunikacija, ne odobrava se nova, a ako dođe do

gubitka veze RFCOMM se gasi i opet inicijalizuje.


25

3.6 Ostali profili predefinisani BlueTooth specifikacijom

Postoje i mnogi drugi profili koji nijesu toliko od važnosti u ovome radu,i kao takve biće samo pomenuti

i ukratko objasniti njihova upotreba u tabeli 3.3.

Pofil bežične telefonije

CTP (Cordless Telephony Profile)

Ovaj profil definiše procedure za koriste nje servisa

bežične telefonije. Primjer je model višestrukog izvora

komunikacija pomoću BlueTooth uređaja na telefonu, i

prisustvo okolnih usluga, mogu se detektovati i koristiti

bazne stanice kao izvor komunikacija, uređaji mogu da

se podese da u zavisnosti postojanja lokalne bažne

stanice on prepoznaje i koristi te veze, a ako ne postoji

koristi vezu mobilnog telefona.

Profil Interkoma

IP (Intercom Profile)

Generalno se definiše i koristi slično kao model

“Walkie-Talkie” ali sa BlueTooth sposobnim

uređajima.

Profil slusalica

HS (Headset Profile)

Genealno definisan za slušalice koje mogu da opslužuju

više različitih uređaja.

Profil modemske veze

DNP (Dialup netwoking Profile)

Profil iskorišćava mogućnost uređaja da emulira vezu

ka postojećem fizičkom modemu.

Profil Faksa

FP (Fax Profile)

Nadograđuje se na Profil Modemske Veze i emulira

koriste nje Fax-a.

Profil mrežnog pristupa

LAP (Lan Access Profile)

Komunikaciju i enumeraciju BlueTooth uređaja u cilju

proširenja lokalne mreže.

Profil generalne razmjene objekata

GOEP (General object exchange)

Ovaj profil služi kao opisna i indentifikaciona podloga

za profile: Prosleđivanje objekata, Razmene fajlova i

profil sinhronizacije.

Profil proslijeđivanja objekata

OPP (Object push Pofile)

Razmjena specifičnih predefinisanih objekata

pripadnika neke predefinisane klase specifične

strukture.

Profil razmjene fajlova

FTP (File transfer profile)

Služi za eksplicitnu razmjenu podataka bilo koje vrste u

obliku fajlova. Pojam fajl se mora prihvatiti kao već

postojeći zapis nekog oblika, poznatog formata i

određene veličine .

Profil sinhronizacije

SP (Synchronization Profile)

Ovaj profil podrazumijeva da dva različita BlueTooth

uređaja razmjenjuju podatke na taj način da zapisani

podaci na obje stane budu isti, u cilju globalne

informacione centralizacije podataka.

Tabela 3.3 Ostali BlueTooth profili


26

4. Mikrokontrolerska komponenta primjene BlueTooth

Kada se govori o mikrokontrolerskoj komponenti BlueTooth-a, misli se na osposobljavanje

mikrokontrolera da vrši neki vid komunikacije preko BlueTooth uređaja. Informacija koja je prenešena

nije od neke važnosti u ovom razmatranju, već je važno da neki određeni mikrokontrolerski uređaj ima

mogućnost da vrši prenos informacije. Kako mikrokontroleri postaju manji i jeftiniji, njihov spektar

moguće primjene se povećava, tako što se sve veći broj postojećih eksternih komponenti direktno

integrišu unutar samog mikrokontrolera. Svaka od mogućnosti koji definiše mikrokontroler određene

primjene, omogućava nam da izaberemo neki od postojeće serije i iskoristimo ga za neku striktnu ulogu.

Neki od ovih mogućnosti su Analogno/Digitalni Konverter (ADC), Digitalno/Analogni Konverter (DAC),

Širinskopojasna modulacija (PWM), pojačavači, tajmeri, brojači, UART, Inteligentni Pristupni Kontroler

I2C, i USB. Ovako izmiješana struktura mogućnosti kreira mrežu različitih komunikacija unutar

mikrokontrolera i kao takva mešovita struktura bilo je pitanje vremena kada će doći do integracije sigurne

bežične komunikacione infrastrukture. Uvođenjem BlueTooth-a u standardni niz mogućnosti jednog

mikrokontrolera, dolazi do otvaranja mnogih novih primjena.

Sama hardverska integracija se dijeli na tri nivoa:

Rješenje sa jednim integrissanim kolom, sa ROM ili Flash ROM.

Rješenje sa jednim integrisanim kolom sa eksternim Flashom.

Rješenje sa više integrisanih kola.

Bavljenje ovom tematikom spada u oblast planiranja, razvoja i proizvodnje integrisanog kola, i kao

krajnjem korisniku su jedino važne njegove mogućnosti, dimenzije, način pristupa, konfiguracije i

upotrebe u generalnom terminu.

Većina ovih integrisanih kola postoje kao prefabrikovani moduli, koji imaju striktnu upotrebu i definisan

niz mogućnosti.

Pošto se ovdje govori o striktnim mikrokontrolerima opšte namjene tada se mora uzeti predpostavka da

oni nijesu BlueTooth osposobljeni. Kao uređaji koji nijesu dizajnirani za mogućnost prenosa informacija

bežičnim putem, mora postojati način da se oni osposobe za tako nešto koristeći već postojeće vidove

komunikacija.

Mogućnosti komunikacije mikrokontrolera se svode na:

GPIO (Ulaz/Izlaz generalne namjene)

UART (Univerzalni asinhroni prijemnik/predajnik)

USART (Univerzalni sinhroni/asinhroni prijemnik/predajnik)

RS232 (Komunikacija preko serijskog porta)

USB (Univerzalni serijski BUS)

I2C (Inter-IC)

SPI (Serijski periferijalni interfejs)

Prateći navedenu listu načina komunikacije mikrokontrolera, izgrađeni su BlueTooth moduli čija se

kontrola i prenos informacija vrši preko jednog od ovih standarda.

Nezavisno od standarda BlueTooth moduli se dijele na HCI-Postojeće i HCI-Nepostojeće.


27

4.1 HCI Postojeći - HCI Nepostojeći BlueTooth moduli

Ako se obrati pažnja na oformljenu arhitekturu BlueTooth uređaja i pogleda sa nivoa hardver-skog

razvoja, može se zaključiti da svaki protokolni nivo, osim BlueTooth Radio, LMP i Kontrolisanog

frekvenciskog opsega, prestavlja niz parametara koje treba ispuniti, uslova konfiguracionih poruka koje

treba proslijediti, i to sve u cilju da bi se BlueTooth uređaj osposobio da radi u određenom profilu. Sve

ove mogućnosti jednim imenom zovemo HCI (HOST CONTROL INTERFACE) koji predstavlja

uniformni interfejs metod za pristup BlueTooth hardverskim sposobnostima. Samom promjenom

kontrolnih registara HCI-ja režim rada, profil i mogućnosti BlueTooth modula se mijenjaju. Pošto

sposobnosti samog uređaja zavise od HCI, pri primjeni u industriskoj i medicinskoj elektronici, važno je

znati razliku između ovakvih uređaja.

HCI POSTOJEĆI

Ako se kaže da BlueTooth modul je HCI Postojeći tada se može očekivati:

Ograničen broj mogućih profila (najčešće GAP , SDP , SPP i PAN)

Da se konfiguracija najčešće vrši prije integracije u mikrokontrolersko okruženje pomoću

personalnog računara, najčešće nije izmenjiva.

Mogući pristup preko više različitih komunikacionih standarda mikrokontrolera.

Podrška za sve režime čuvanja energije.

Visok nivo sigurnosti.

Postojanje lokalnog mikroprocesora koji služi za konfiguraciju, mogući određeni programibilni

portovi generalne I/O namene.

HCI NEPOSTOJEĆI

Ovakav BlueTooth modul nema predefinisan HCI, on se mora realizovati programski i kao takav daje:

Podršku za sve profile BlueTooth uređaja uz mogućnost razvoja novih.

Konfiguracija se vrši pomoću programa mikroprocesora, izmenjiva je.

Očekivanje mogućeg pristupa preko samo jednog komunikacionog standarda mikrokontrolera.

Podršku svih nivoa sigurnosti.

Podršku za sve nivoe čuvanja energije.

Nepostojanje lokalnog programibilnog mikroprocesora koji održava konfiguraciju.

Ako se želi koristiti neki od predefinisanih profila tada BlueTooth moduli sa Postojecom HCI

konfiguracijom su pozeljni, jer zamisao mikrokontrolerske jedinice je u jednostavnosti pouzdanosti i

brzini rada.

Ako postoji želja za nekim specifičnim profilom, ili treba razviti novi tada se mora koristiti modul sa

nepredefinisanim HCI i on se razvija softwerski.


28

4.2 Mikrokontrolerski USB BlueTooth modul

Zbog samog dizajna mikrokontrolera, njihove ograničene brzine obrade informacija i striktne upotrebe,

do sada nije napravljena masovna direktna standardizovana integracija USB BlueTooth modula na

mikrokontrolerske uređaje, i to iz razloga što mikrokontroleri opste namjene najčešće nemaju integrisani

HCI USB port već se on emulira na neki od postojećih načina.

Oni mikrokotroleri koji imaju integrisani USB port najčešće ne mogu da postignu realni maksimum

iskorištavanja brzine komunikacije na njemu i najčešće takvi USB BlueTooth moduli moraju da imaju

integrisani HCI na samom modulu, gdje se prosljeđivanje parametara vrši u nestandardizovanom obliku,

u zavisnosti od proizvođača (drajveri niskog nivoa).

Jedan od načina zaobilaska ovoga problema, i “mikro-standardizovanja” je u tome da se izvrši

iskorišćavanje SPI standarda. Eksternim elektronskim kolima se emulira Fast-USB HCI port, koristi

standardni USB BlueTooth uređaj koji ima generička svojstva pristupa i ne sadrzi predefinisan HCI, koji

se softwerski emulira sa svim datim parametrima.

Najčešće ovakav oblik emulacije je veoma komplikovan. Zahtijeva veoma mnogo procesorskog vremena

mikrokontrolera kao i poznavanje samog BlueTooth komunikacionog standarda. Ovo nije cilj pri razvoju

nekog mikrokontrolerskog uređaja iz razloga jer se on dizajnira i proizvodi za upotrebu koriste njem

sposobnosti mikrokontrolera, iskorišćavajući ih za neku generalnu namenu, a ne razvijanjem novih

osobina bežične komunikacije koje mogu biti standardizovane kao veliko vrijeme od dizajna do

proizvodnje.

Pri ovakvom dizajnu najčešće zadužen za ovu operaciju je dodatni procesor na mikrokontrolerskom

uređaju i on samo služi za HCI ulogu. Prednost ovakvog sistema je u tome što nepostojanje

predefinisanog HCI na BlueTooth modulu otvara mogućnost: iskorišćavanja svih sposobnosti BlueTooth

uređaja, iskorištavanje svih mogućih profila, kreiranje novih bez opterećivanja glavne procesorske

jedinice mikrokontrolerske ploče. Takođe generički BlueTooth uređaj je lako izmjenjiv, moguća je

jednostavna do-standardizacija promjenom koda u BlueTooth upravljačkom mikroprocesoru bez

mijenjanja glavnih osobina kompletne uloge mikrokontrolerske ploče. Primjer ovakvog sistema je dat

slikom 4.1

Mikroprocesor za

emulaciju HCI

BlueTooth-a koji

podržava SPI standard.

Eksterna elektronska kola

koja podržavaju SPI

standard za emulaciju

Fast-USB HCI porta

Emulirani Fast-

USB standardni

port.

Generički USB BlueTooth

uređaj bez predefinisanog

HCI.

Slika 4.1 Princip kreiranja podrške za BlueTooth na mikrokontrolerima


29

4.3 Mikrokontrolerski GPIO/SPI/I2C/High-Speed UART BlueTooth

modul

Karakteristika GPIO/SPI/I2C/High-Speed UART komunikacije je brzina pristupa i mogući FULL-

DUPLEX režim rada. Sa tim prednostima postoje i BlueTooth moduli sa specifičnim

GPIO/SPI/I2C/High-Speed UART pristupom. Kod ovakvih modula zahtjev za postojanje HCI je

opcionalno, ako mikroprocesor ima dovoljnu moć obrade može se emulirati, u suprotnom slučaju može se

koristiti modul sa postojećim HCI, gdje se zaobilazi viši nivoi BlueTooth hardverskog dizajna, i

komunikacija se obavlja prosleđivanjem parametara i informacija. Ovakvi moduli se koriste ako se želi

postići veća brzina pri komunikaciji, i ako se želi koristiti modul koji podržava više profila jer je ovakvim

načinom stavljen imperativ na brzini pristupa i izmjeni parametara, brzom prijemu i predaji informacija.

OHCI 406/411 BlueTooth Modul

Podržava High Speed UART i SPI

Spark Fun Blue Smirf extended module

Podržava GPIO i I2C

Slika 4.2 BlueTooth moduli

4.4 USART/UART/RS232 BlueTooth modul

Pri korišćenju USART/UART/RS232 BlueTooth Modula mora se obratiti pažnja da su to već

komunikacioni standardi integrisani unutar određene hardverske realizacije. Nivo iskorišćenja ovakvih

već predefinisanih komunikacionih standarda u medicinskoj elektronici se bazirao najčešće na

informacijama kratke sadržine, variabilnog periodičnog ponavljanja i kratkim informacijama ili

komandama koje zahtijevaju brz i pouzdan prenos. Iz tog razloga posmatrajući na nivou

mikrokontrolerskog okruženja, najčešće se koristi parametrima prepodešen BlueTooth modul, koji je HCI

postojeći, sa predefinisanim neizmenljivim profilom, gdje su parametri unutar profila već određeni, i

neizmenljivi, i služi kao striktna zamena fizičkog kabla (Air-Cable). Cilj je u tome da se osposobi

mogućnost “uključi i koristi” (plug-and-play) kao konacni cilj, a on nam je sama komunikacija, a ne

razvoj komunikacionih sposobnosti mikrokontrolera i njegovog API(Application Interface). Vise o

ovakvom režimu rada opisuje Serial Port Profile.


30

5. BlueTooth mrežna topologija

Prije nego se prikaže mogućnosti primjene BlueTooth osposobljenih uređaja u medicini važno je navesti

nešto o BlueTooth mrežnoj topologiji i radnim karakteristikama BlueTooth uređaja unutar takve mreže.

5.1 Piconet topologija

Piconet se sastoji od dva ili više uređaja koji zauzimaju isti fizički kanal (smisao ovoga je da su

sinhronizovani u odnosu na zajednicki sat i šemu preskakanja sa frekvencije na frekvenciju). Njihov

zajednicki sat je sinhronizovan prema satu samo jednog uređaja u takvoj mreži, taj uređaj se zove

“Gospodar piconet-a” (Piconet master). Šema skakanja po frekvencijama i vrijeme sata se preuzimaju sa

piconet master-a. Svi ostali uređaji u piconet su robovi (slaves). Sama smisao riječi gospodar i rob je u

kontekstu formiranja BlueTooth mreže a ne unutar same uloge uređaja u mreži. Kada se unutar bliskog

fizičkog prostora nalaze više piconet-a, oni mogu da rade sinhrono iz jer njihov unutrašnji sat i šema

skakanja na frekvencije je podešen u odnosu na gospodara mreže kojem pripadaju, tako da u realnosti je

veoma mala šansa da će doći do interferencije između uređaja u svim postojećim piconet mrežama unutar

bliskog prostora.

Svaka piconet mrežna topologija može imati jednog i samo jednog gospodara (piconet master) i

maksimum sedam aktivnih robova (slaves). Ovo ne ograničava da, uređaji unutar piconet mrežne

topologije, u određenom trenutku mogu da promijene svoj polozaj u hijerarhiji, tako da rob (slave) može

da u određenom trenutku postane gospodar (master) i takođe da gospodar (master) postane slave(slave).

Ova procedura je uvjek takva da dolazi do kidanja mreže, promjene uloge uređaja i ponovnog formiranja

mreže. Samo ogranicavanje na jednog gospodara čini ovu mrežu baziranu na topologiju zvijezde.

Komunikacija između robova mreže ne postoji već se koristi pooling metod, gdje gospodar mreže

(master) poziva roba (slave) i trazi nove informacije koje će biti proslijeđene drugom BlueTooth uređaju

(bilo da je slave unutar iste piconet mreže ili master unutar druge piconet mreže) ili obrađene. Generalne

osobine piconet mrežne topologije su date listom i prikazane na slici 5.1:

Maksimum 1 gospodar (master)

Maksimum 7 robova (slave)

Komonikacija se obavlja samo na novou

gospodar-rob.

Svaki član piconet mreže može biti

gospodar ili rob.

Sat i šema skakanja po određenim

frekvencijama se sinhronizuju u odnosu na

gospodara (master-a) piconet mreže.

Slika 5.1 Piconet mrežna topologoja


31

5.2 Scatternet topologija

BlueTooth uređaj može pripadati i postojati unutar više piconet mreža i takva organizacija mreže se

naziva scatternet. Scatternet topologija ima sve osobine piconet topologije plus neke dodatne

karakteristike.

Osobine scatternet topologije su:

BlueTooth uređaj u master režimu može komunicirati maksimum sa sedam uređaja unutar

mreže.

BlueTooth uređaj može pripadati beskonačnom broju piconet mreža ali može biti gospodar

(master) samo u jednoj.

BlueTooth uređaj u rob (slave) režimu može komunicirati samo sa jednim masterom unutar

jedne piconet mreže, a može pripadati unutar beskonačno mnogo piconet mreža.

Scatternet topologija podržava p2p (“point to point” od tačke do tačke) i p2mp (“point to

multipoint” od tacke ka vecem broju tački) distribuciju podataka.

Sve piconet mreže unutar scatterneta moraju imati:

o Drugačiju vrijednost sata gospodara (mastera)

o Različitu sinhronizaciju

o Drugačiju šemu skakanja po frekvencijama

o Ne smiju biti slično ili isto sinhronizovani

o Pooling tajmer unutar više povezanih piconet-a ne smije da se prekalapa ako postoji

međusobni pripadajući član.

o Pripadnost člana unutar više piconeta se riješava TDM (time division multiplex)

metodom, gdje tokom svog rada izlazi iz jedne piconet mreže a ulazi u drugu. Ovo je

ciklicna procedura i vrijeme koliko dugo pripada određenom piconetu zavisi od

broja piconet-a kojima taj član pripada.

Slika 5.2 Scatternet mrežna topologija


32

6. Primjena BlueTooth uređaja

Medicina, kao jedna od glavnih pokretača za razvojem novih tehnologija i uređaja baziranih na tim

tehnologijama, je takođe i glavni potrosač iste. Sama količine primjene određene tehnologije, uređaja i

rješenja baziranih na istoj ukazuje koliko je ona dobra, da li je treba dalje razvijati i koje su joj buduće

primjene. BlueTooth kao jedan takav produkt, nasao je primjenu u medicini unutar segmenta pouzdanog

prenosa informacija na kratkim rastojanjima. Nivo različitih mogućnosti, jednostavnosti protokola

obezbjeđuje mu primjenu koja je ograničena maštom čovjeka koji vrši razvoj baziran na ovoj tehnologiji.

Jedna od glavnih osobina BlueTooth-a je u tome što može da bude tehnologija nadogradnje, i prilagodljiv

je postojećim žičnim komunikacionim tehnologijama.

6.1 Primjena u medicini

BlueTooth primjena u medicini je ograničena svrhom uređaja, sobzirom na njegov kratak domet i bilo

kakva intervencija koja se obavlja kao posledica je ljudska ili u krajnjem slučaju ljudski kontrolisana.

Striktno se primjena vezuje za monitoring, kako aktivni tako pasivni. Kada govorimo o monitoringu

pacijenata i o napretku tehnologija uređaji postaju sve manji, kompaktniji, robustniji, troše manje energije

i u pojedinim slučajevima duži im je vijek trajanja. Monitoring može biti u realnom vremenu, ili

monitoring hronološki zapisanih podataka u zavisnosti od potreba. Važno je naglasiti da monitoring sa

žicama u određenim situacijama može biti veoma komplikovan jer vrijednosti koje se mjere mogu imati

frekvencije u spektru od 10 Hz do 190 Hz, što nas prisiljeno dovodi u spektar elektromagnetne

interferencije nad postojećim žičanim uređajima. Razvoj medicine dovodi do toga da ona postaje sve

komplikovanija, da ideje o optimizaciji procedura i medicinskom monitoringu postaju sve zahtjevnije i

najčešće idu ispred mogućnosti razvijenih tehnologija. Suprotno tome medicina veoma teško prihvata

nove tehnologije, iz razloga nedokazane sigurnosti koja se može jedino stvoriti sa vremenom korišćenja

uređaja. Ovakva ciklična logika dovodi do toga da adaptacija nove tehnologije u medicini vremenski

dugo traje i veoma je zahtjevan proces.

U medicinskoj praksi BlueTooth se koristi najčešće za:

Lokalni i daljinski monitoring pacijenata

Bežično očitavanje biometriskih podataka

U medicini termin mjerenje se mora uzeti u smislu očitavanja određenih

vitalnih karakteristika, navešćemo neke od njih poređane po važnosti sl 6.1 :

1. Rad srca (EKG )

2. Zasićenje kiseonikom (SPO2 )

3. Glukoza (G )

4. Temperatura (T )

5. Praćenje moždanih talasa (EEG )

6. Biometriski podaci (BD )

7. Podaci, sportska medicina (SMD )

Slika 6.1Primjena

BlueTootha


33

6.2 Lokalni i daljinski monitoring pacijenata

U zavisnosti od fenomena koji se posmatra, njegovo očitavanje može biti instantno ili neočekivano. Zato

se i stvorila potreba za lokalnim i daljinskim monitoringom. U svakom slučaju, eliminacija kablova i

minimizacija je ona finalna stvar koja želi da se postigne. Navesćemo neke zamjenske primjere lokalnog

monitoringa pacijenata:

Zamjena kablova pri očitavanju EKG. EKG je veoma važan, toliko da se u medicini on

predstavlja kao kontrola koja je obavezna. Nepravilnost u radu srca označava stanje zdravlja tog

organa ili njegovih okolnih arterija i vena. EKG monitoring eliminacijom žica stvara ljudsku

interakciju i povećava mobilnost pacijenta, uređaji postaju ljudski orijentisani. Kada nije potrebna

mobilnost, otklanjanje žica smanjuje vrijeme pristupa za neku urgentnu akciju.

Zasićenje kiseonikom. mjerenje zasićenja je dosta važno kod pacijenata na intezivnoj njezi.

Mjerenje glukoze bežičnim putem.

Mjerenje temperature bežičnim putem

Praćenje moždanih talasa EEG. Ovdje postoji velika prednost kada se koristi BlueTooth iz

razloga jer se instantno i nenadano stvorilo otklanjanje elektromagnetne interferencije nad

kablovima koja je bila prisutna na ranijim uređajima, jer se radilo sa malim vrijednostima i

frekvencijama.

Očitavanje biometriskih podataka i prenošenje informacije. Unutrašnji monitoring sistemi.

Podaci za sportsku medicinu. Postojanje žica je vezalo bilo kakvu akciju pri mjerenju na

ograničeni prostor oko instrumenta i veoma je komplikovalo samu proceduru. Uključivanjem

BlueTooth uređaja stvorena je metoda za mjerenja prirodnih pokreta u realnoj interakciji unutar

sportske medicine.

Svi ovi metodi govore o senzorskim elementima, ali moramo navesti i mobilne ručne terminale za

automatsko primanje podataka pacijenta kada se doktor nađe u njegovoj blizini. Na ovakav način se mogu

hronološki prikazati svi parametri i smanjiti vrijeme pregleda i pristupa informacijama.

Daljinski monitoring se svodi na očitavanje podataka nakon određenog perioda vremena ili nakon

dešavanja određenog fenomena. Takvi uređaji, kao BlueTooth osposobljeni holteri, daju mobilnost

pacijentu iz razloga jer sam senzor je veoma mali, a uređaj u kojem se zapisuju podaci se nalazi u

njegovoj blizini, i poslije određenog vremena ili fenomena on je sposoban da koristeći BlueTooth, poveže

se sa GPRS uređajem i posalje podatke koje je snimio, izvrši notifikaciju pacijentu i doktoru. Takođe

postoperativni kućni monitoring omogućava da se u slučaju povoljnog ili nepovoljnog ishoda na pacijentu

može vršiti notifikacija dežurnog osoblja za pravovremenu reakciju. Praćenje dijabetisa, pacijent koji vrši

mjerenje na uređaju šalje hronološki zapisane podatke doktoru o stanju šećera u krvi pod određenom

dozom insulna koju koristi. U slučaju da koristeći trenutnu dozu insulina se ne postižu željeni rezultati,

doktor će obavijestiti pacijenta o promeni doze ili načina doziranja. Ovo su samo neki od velikog niza

primjera.

6.3 Bežično daljinsko očitavanje biometrijskih podataka

Ovo očitavanje je dosta rijetko, njegova primjena se svodi na očitavanje elektronskog kartona pacijenta.

Napomena da ovaj karton pacijent nosi sa sobom u nekom obliku, i najčešće je za karton vezan neki

parametar daljinskog monitoringa pacijenta. Kao primjer operacije srca i postoperativni daljinski

monitoring, ako dođe da hitnog slučaja, doktori koji reaguju na licu mesta pomoću elektronskog kartona

očitavaju stanje pacijenta, i iščitavanjem podataka prije dešavanja fenomena, imaju neki uvid za bržu i

pravilniju reakciju nad trenutnim stanjem pacijenta.


34

7. Primjer sličnih komunikacija i poređenje sa BlueTooth

Postoje mnogi bežični komunikacioni standardi sa većim ili manjim stepenom iskorišćtenja, same

kompleksnosti i samostalnosti rada. Od te liste standardizovanih načina komunikacije, najblizi

BlueTooth-u po svojim sposobnostima i načinu rada je ZigBee.

7.1 ZigBee-opis rada i topologija

ZigBee je standard čiji razvoj prati ZigBee Alijansa, globalni konzorcijum od preko 50 različitih svjetskih

kompanija koje sačinjavaju OEM-s (Original equipment manufacturer), proizvođaci čipova i kompanije

koje se bave razvojom tehnologija i njihovom mogućom primjenom.

Specifično ZigBee ima strukturu lokalne mreže koja je dizajnirana u cilju da zamijeni i unificira daljinsko

upravljanje i senzorske uređaje. Njegove osobine su niska cijena proizvodnje i integracije,

standardizovani način komunikacije koji podržava malu brzinu prenosa podataka, naglašeno veoma mala

potrošnja energije, sigurnost informacija i pouzdanost u radu. Softwerski nivo i standarde bilo kojeg

ZigBee uređaja strogo je kontrolisan i unificiran da bi se stvorila konformnost rada nezavisno od

hardverskog proizvođača. ZigBee sam po sebi je standardizovan do te mjere sa predefinisanim

mogućnostima, da njegova upotreba suštinski može da se prevede na upotrebu u daljinskom upravljanju i

senzorskim primjenama sa veoma malim ili nikakvim varijacijama. ZigBee razvoj se bazirao na OSI

(Open Systems Interconnection ) modelu što ga čini veoma primamljivim za upotrebu. Njegov protokolni

segment je podijeljen na nivoe. Prva dva nivoa su Fizički (PHY) i pristup uređaju (MAC media access).

Ovi specifični moduli su definisani od strane IEEE 802.15.4 standarda dok sve nivoe iznad njih održava i

definiše ZigBee Alijansa.

ZigBee kao i BlueTooth radi na nelicenciranom slobodnom opsegu u okolini od 2.4GHz. Kontinualni

protok podataka koji može da postigne je 250Kb/s na 16 kanala, očekivana daljina dometa je od 10-75

metara, u zavisnosti od izlazne snage i radnih uslova sredine. ZigBee koristi direktni sekvencijski

predefinisani spektar na 2.4GHz sa širinom između kanala od 5MHz sa modulacijom kvadratnim

pomjeranjem faze. Zbog svoje jednostavnosti unutar arhitekture, ZigBee uređaj unutar svoje mreže može

biti kao:

1. Kompletno funkcionalni uređaj (FFD-Full Function Device)

U ovom režimu rada može da funkcioniše kao:

o Koordinator Personalne mreže u okruženju (PAN Coordinator)

o Samo kao koordinator

o Uređaj unutar mreže

o Sve moguće osobine RFD

Osobine ZigBee FFD predefinisanog uređaja su:

Komunikacija sa bilo kojim drugim ZigBee RFD uređajem.

Komunikacija sa bilo kojim drugim ZigBee FFD uređajem

Svjestnost mreznog okruženja, samostalnog rada i kontrole RFD uređaja.


35

2. Uređaj sa smanjenim funkcijama (RFD-Reduced Function Device)

U ovom režimu rad može da funkcioniše kao:

o Izvor informacije

o Konačni izvršlac primjene

Osobine ZigBee RFD predefinisanog uređaja su:

Komunikacija samo sa jednim ZigBee FFD uređajem istovremeno

Nema informacije o topologiji

Nema samostalnost rada

Izvrsna tačka neke primjene (senzor, prekidač….)

Sistem koji zadovoljava IEEE802.15.4 standard se sastoji od niza različitih elemenata. Najjednostavniji je

uređaj koji može biti FFD ili RFD. Dva ili više uređaja u okviru Personalnog operativnog prostora (POS)

koji komuniciraju na istim fizičkim kanalima formiraju Bežičnu Personalnu Mrežu (WPAN). Takva

mreža mora imati bar jedan ZigBee FFD, koji radi u režimu PAN koordinatora. U zavisnosti od primjene,

WPAN može se razvrstati u dvije osnovne mrežne topologije koje se mogu međusobno kombinovati i

razviti kompleksna struktura, a one su:

1. TOPOLOGIJA ZVIJEZDE

Unutar topologije zvijezde, komunikacija između uređaja se obavlja preko

jednog centralnog kontrolera, uređaji se ne obraćaju jedan drugome

direktno, već indirektno, i mora posoajati minimum jedna razdvojna tačka

između njih, a ta tačka je kontroler komunikacije. Uređaj najčešće ima

neku specifičnu primjenu i kao takav je početna ili krajnja tačka

komunikacije. PAN koordinator može imati neku primjenu, ali se najčešće

koristi za uspostavljanje ili preusmeravanje komunikacije kroz mrežu.

PAN koordinator je glavni kontroler PAN mreže. Svi uređaji koji se nalaze

u mreži nezavisno od topologije imaju unikatnu 64-bit adresu koja se može

koristiti za pozivanje uređaja ili im može biti dodijeljeno kraće ime za

lakšu i bržu komunikaciju. Primjena ovakve topologije ima smisla kada se

iz jedne centralne jedinice upravlja svim elementima, monitoring bilo koje

vrste, PC, Autonomna robotika.

2. TOPOLOGIJA OD TAČKE DO TAČKE (P2P)

P2P takođe ima PAN koordinatora, ali ovdje uređaji komuniciraju

direktno, sve dok su u dometu jedni od drugih. P2P je teže implementirati,

ali se sa njom postiže ogromna količina autonomnosti, kontrolne logike,

sigurnosti same mreže, auto-monitorniga sa ili bez notifikacije, može biti

samo-organizujuća, samo-dijagnostička i samo-zaceljujuća i Ad-Hoc. PAN

koordinator služi da probudi svijest kompletne mreže i da izvlači trenutno

stanje iz nje. Najčešće između dva uzastopna pristupa PAN koordinatora,

mreža će promijeniti svoju strukturu.


36

7.2 Poređenje BlueTootha i ZigBee sistema

Pošto su ove dvije tehnologije dosta slične ovdje je predstavljena osnovna razlika između njih i koje su

tendencije njihove upotrebe. Razlike su date u tabeli 7.1.

TABELA POREĐENJA BlueTooth ZigBee

Modulacija FH -DPSK PSK

Frekvencija rada 2.4GHz 2.4GHz

Broj mogućih profila Veliki Mali

Primjena u Industriji i Medičini Zamena kablova Monitoring i kontrola

Sistemski resursi 250KB 4-32KB

Operativni moduli u istoj mreži 7 255 ili 65535

Kolicina protoka (KB/s) 720 KB/s 20-250 KB/s

Daljina dometa 1-10+ 1-75+

Problemi Manja Interferencija Interferencija

Trajanje baterije (dani) 7 1000+

Integracija Jednostavna Komplikovana

Kreiranje novog člana (slave) >3s 30ms

Buđenje i početak prenosa >3s 15ms

Promena toka komunikacije 2ms 15ms

Tip mreže

Ad-Hoc Ad-Hoc, Statička,

Dinamička

Glavni razlozi primjene u

monitoringu i kontroli.

Cijena, veoma laka

integracija, komfort,

moguće usluge.

Stabilnost, ekstremno

niska cijena, veoma dugo

vrijeme baterije.

Tabela 7.1 Poredbena tabela BlueTooth i ZigBee


37

7.3 Zaključak primjene BlueTooth i ZigBee sistema

Iz navedenih osobina ZigBee i BlueTooth, može se zaključiti da sama primjena određenog vida

komunikacije striktno zavisi od primjene za koju je predviđen uređaj. ZigBee model ima ekstremno dugo

radno vrijeme, jednostavnost komunikacije, brzo vrijeme reagovanja, dok BlueTooth ima veću sigurnost,

i brzinu prenosa podataka. Sami modeli, od trenutka kreiranja su bili predviđeni za određenu ulogu.

BlueTooth je versatilniji od ZigBee, može da podrzi više profila i vidova komunikacije, dok ZigBee može

da brže pristupi uređajima i ostvari neki vid kontrole.


38

8. Wireless mašina

“Sto se ne može izmjeriti, ne može se ni kontrolisati”

Wireless mašina je uređaj bilo kojeg tipa ili namjene, gdje je provjera rada, kontrola ispravnosti samog

sistema, upravljanje ili samo-upravljanje i prenos informacija o procesu fizički razdvojeno na minimum

dva ili više radna prostora. Treba napomenuti da svaki od radnih prostora može proizvoljno biti statički ili

mobilni. Unutar arhitekture Wireless mašine postoje dva osnovna segmenta koja obezbjeđuju pravilan

rad:

1. Wireless kontrolni sistem (Wireless control system )

2. Wireless monitoring sistem (Wireless monitoring system )

Važno je napomenuti da kontrolni sistem, mora da postoji ali nije važno na kojem će se on kraju nalaziti,

jer samo prisustvo neke kontrole, nevažno da li je automativna ili dijagnostička, zajedno sa monitoring

sistemom čine ovakav tip mašine.

8.1 Wireless kontrolni sistem

Wireless kontrolni sistem čini upravljački segment jedne Wireless mašine. On obezbjeđuje pravilan i

siguran rad iste. Odluke o upravljanju te mašine se dobijaju na osnovu informacije o radu iste. Unutar

ovog sistema postoji dva pod-elementa koji utiču na pravilan rad:

1. Izvršni organ

Izvršni organ, je dio kontrolnog sistema, koji obezbjeđuje direktnu kontrolu nad svim operativnim

članovima mašine. Inteligencija takvog organa se uvjek želi postaviti na najvišem mogućem nivou, što

direktno utiče na pouzdanost tog sistema i njegov rad. Najčešće se unutar njega postavljaju parametri, koji

se u svakome slučaju u toku rada te mašine moraju ispoštovati. Ovdje se direktno želi obratiti pažnja na

inteligenciju, samosvjestnost sistema i uslova rada mašine.

2. Parametri sistema.

Parametri sistema, preko izvršnog organa, indirektno vrše korekciju rada mašine. Termin korekcija je iz

razloga što se uvjek utiče na nezadovoljavajući rad mašine, bilo da je slučaj autoregulacije ili novog

parametra koji se želi ispuniti u radu mašine. Parametri sistema se mogu generisati automatski ili

manualnim unošenjem. Razdvajanje se vrši zbog važnosti odluke i kakvu će ona imati uticaj na rad

mašine.

Prosleđivanjem parametara sistema izvršnom organu bežičnim putem je ono što predstavlja Wireless

kontrolni sistem. Generisanje parametara i analiza podataka primljenih wireless monitoring sistemom se

ostavlja kontrolnoj logici ili čovjeku koji vrši generalni monitoring rada i upravljanje nad mašinom.


39

8.2 Wireless monitoring sistem

Wireless monitoring sistem, kao što ime kaže, vrši bežično prikupljanje podataka, analizu i generisanje

izvještaja nekoj upravnoj jedinici, autonomnom kontrolnom sistemu ili čovjeku. Pogrešno je pretpostaviti,

da u sklopu takvog uređaja se nalazi i kontrolni upravljački segmenat. Wireless monitoring sistem, prema

vremenu prosleđivanja informacija se dijeli na :

1. Monitoring u realnom vremenu

2. Monitoring hronološki zapisanih podataka, fenomena

3. Hibridni monitoring.

Monitoring u realnom vremenu

Koristi se kada želimo da znamo kakvo je trenutno stanje našeg mjerenog parametra nezavisno da li

mjereni parametar je u dozvoljenom opsegu ili ne. Najčešće se ovakav monitoring koristi kod promjena

koje se dešavaju veoma brzo, i na koju treba odreagovati brzo. Ovakav sistem je veoma skup i pouzdan iz

razloga što su procesi koji se prate veoma važni. Primjeri su monitoring rada, srca, pulsa, pritiska i

zasićenosti krvi kiseonikom, postoperativnih pacijenata na intenzivnoj njezi. Od ovakvog sistema se mora

očekivati da bude veoma pouzdan.

Monitoring hronološki zapisanih podataka, fenomena

Ovakvim načinom se izvlače statistički podaci i prate promjene koje su često nepredvidive i na koje se u

ogromnom broju slučajeva ne može uticati direktno, već indirektno. Periodičnost njihovog ponašanja nije

u fokusu već je važno koliko se statistički često pojavljuju u okviru nekog vremenskog intervala. To se

može uvidjeti samo posmatranjem fenomena i zapisivanjem informacije o istom. Jedan takav primjer je

holter, medicinski uređaj za praćenje pravilnog rada srca. U trenutku kada srce ima nepravilan rad on

izvršava zapis o tome koji će se kasnije uočiti i odrediti pravilna dijagnoza.

Hibridni monitoring

Hibridni monitoring predstavlja kombinaciju monitoringa u realnom vremenu i hronološki zapisanih

podataka. Pojava ovakvih sistema je veoma rijetka i specifični su slučajevi njene upotrebe. Najčešće se

koriste kada se vrši hronološki monitoring određene funkcije i kreiraju statistički podaci. Međutim u

slučaju neke određene pojave koja je definisana kao upozoravajuca (bilo da li je ta pojava povoljnog,

nepovoljnog ili neutralnig karaktera), dolazi do prekida hronološkog monitoringa, i prelaska na

monitoring u realnom vremenu. Jedan takav primjer je mjerenje šecera u krvi, automatska insulinska

pumpa, mjerenje potrošnje goriva autonomnih motora sa notifikacijom na kritičnu preostalu količinu.

U zavisnosti od potrebe, namjene, i uloge uređaja koji ima određeno mješto u hijerarhiji Wireless

monitoring sistema, mogu se podijeliti prema ulozi, hronologiji i koracima postupka samog sistema na:

1. Izvore informacije (Uređaj koji vrši generisanje i slanje informacije )

2. Kolektore informacije (Prijem, skladištenje i predaja infromacije )

3. Obrada informacije (Uređaj za obradu i generisanje izveštaja )


40

Prema ovakvoj podjeli u zavisnosti od integracije različitog nivoa inteligencije unutar Wireless

monitornig segmenata sistema, najčešće u praksi dolazi do spajanja dva člana unutar ovako prikazane

hijerarhije. Takođe je moguće integrisati sve članove ali se takav primjer veoma rijetko sreće. Iz ovoga

slijedi da postoje kombinacije:

1. Izvor-Kolektor Informacije

2. Izvor-Obrada informacije

3. Kolektor-Obrada informacije

4. Izvor-Obrada-Kolektor informacije

Razlog integracije unutrašnjih sistema, je u tome da li se vrši obrada informacije u realnom vremenu, ili

statističkom prikupljanju podataka.

1. Izvor- Kolektor informacije

Predstavlja klasični primjer statističkog Wireless monitoringa, gdje se na istom mjestu vrši generisanje

informacije i njeno skladištenje. Skladištenje se vrši unutar nekog memorijskog modula, najčešće

memorijske kartice. Osobina ovakvih modula je da su: statični, prilaskom Korisnika&Uređaja automatski

se vrši, autorizacija, prosleđivanje sistemskih parametara, i ako nije sistemskim parametrima eksplicitno

definisno, predaja informacije, brisanje informacije koja je poslata, slanje informacije o samodijagnostici

sistema.

2. Izvor-Obrada informacije

Predstavlja klasičan primjer Wireless monitoringa u realnom vremenu, gdje se na istom mjestu vrši

generisanje informacije, obrada, i prosljeđivanje. Ovakav sistem se koristi najčešće ako je u pitanju

korišćenje M2M ili sličnog protokola komunikacije, gdje je važno veoma brzo i sigurno proslijediti

informaciju o trenutnom stanju, i u većini slučajeva na takvu informaciju o stanju se dešava neka

kontrolna reakcija.

3. Kolektor-Obrada informacije

Služi u arhitekturi Wireless monitoringa za prijem podataka, obradu informacija i njeno skladištenje u

unutrašnjoj memoriji. Ovim podacima se može pristupiti po želji u bilo kojem vremenskom trenutku.

Njčešće se ovakav model koristi za dobijanje informacije o kvalitetu nekog autonomnog

samokontrolisanog procesa. Ovakvi uređaji su najčešće spojeni sa nekim Wireless kontrolnim segmentom

i prestavljaju Wireless Machine, i najčešće su u obliku interaktivnih terminala sa visokim stepenom

integrisane inteligencije o kontroli parametara unutar procesa koji se posmatra.

4. Izvor-Obrada-Kolektor informacije

Je veoma rijedak kao arhitektura Wireless monitoringa i koristi se u veoma dinamičnim i teškim uslovima

monitoringa i kontrole, gdje je potrebna obrada podataka u realnom vremenu, sa velikom sigurnošću.

Karakteriše je visoki stepen provjere pravilnosti informacija sa izvora, sa ekstremno velikom

integrisanom inteligencijom unutar kontrolnog procesa, gdje parametri informacije zavise od prošlog,

trenutnog i predviđanja budućeg stanja. Jedan takav primjer je mjerenje brzine izvlačenja neutronskih

kotrolnih šipki iz nuklearnog reaktora. Sam pristup i očitavanje treba da bude u realnom vremenu,

međutim, uslovi rada konstantno mogu da utiču na pravilan prenos informacija.Tada se informacija

skladišti i prosleđuje istovremeno, a brisanje uskladištene informacije se ne vrši jer je potrebna za

generisanje izveštaja o kvalitetu monitoringa.


41

8.3 Neke od mogućih primjena Wireless mašina u medicini

Automatizacija: Kontrola i proračun rada; Kompjuterska mumjerička kontrola pokreta i pozicioni

kontroleri; Upravljački Sistemi na čipu; Operacioni paneli; Mjerni procesi i senzori stanja; Prekidačke

sigurnosne kontrole; Robotika;

Ručni, Udaljeni terminali: Terminali bilo koje klase, čitaci kartica;Štampači;Skeneri

Testiranje i mjerenje:Testiranje i mjerenje ispravnosti; Testiranje bežičnih komunikacija; Mjerenje

fizičkih veličina bilo kojeg reda; Kalibracija instrumenata;

Potrošačka medicina:Mjerenje šećera u krvi;Mjerenje pritiska; Mjerenje holesterola;Mjerenje rada srca i

pedometri; Elektronski termometri;Testovi trudnoće; Testiranje plodnosti;

Medicinski instrumenti:Medicinski uređaji sa vizuelnim prikazom(Ultrazvuk, Magnetska rezonancija;

CT/PET/PET-CT skeneri; Analogni/Digitalni Rentgenski snimci;Dijagnostika i terapija;Aktivni i pasivni

monitoring bilo koje vrste;

ENERGIJA:AC/DC Izvori;DC/DC-DC/AC-AC/AC-AC/DC inverter i konverteri;


42

9. RTOS (Real time operating system - operativni sistem u realnom vremenu)

Operativni sistem u realnom vremenu, engleska skraćenica RTOS, je biblioteka funkcija koja

implementira pravila za alokaciju resursa bilo kakve procesorske moći orijentisana sa strane vremena,

tako da je vrijeme alokacije resursa i izvršavanje instrukcija što kraće.

9.1 Definicija RTOS-a RTOS određuje koje aplikacije se pokreću, kojim redosledom, i koliko vremena će određena aplikacija

trajati prije nego što se procesorska moć odobri drugoj aplikaciji a uskrati onoj koja je već pokrenuta.

RTOS ima za cilj da u što kraćem vremenu :

Upravlja internim memorijskim resursima između višestrukih aplikacija.

Upravlja ulaznim i izlaznim uređajima i kontroliše periferni hardver ili postojeće blokove, kao što

su serijski port, memorijski busevi,A\D D\A i I\O kontrole itd.

Šalje poruke i izvještaje o statusu operacije ili o nekoj grešci koja se desila.

Pošto se govori o operativnom sistemu koji reaguje na specifična dešavanja u njegovom okruženju i

pokreće shodno tome određenu aplikaciju i proceduru, mora se obratiti pažnja na njegov dizajn i pravila.

Pošto je nerijetko da se više dešavanja koji su od interesa pojave u istom trenutku ili njihova dešavanja se

preklope u nekom vremenskom intervali mora se vidjeti kakav je dizajn ovog sistema. Dobar dizajn

RTOS-a sadrži se u tome da u svakom trenutku se moze predvidjeti kako će on odreagovati u određenoj

situaciji i koje će instrukcije izvršiti. Ovo se najbolje postiže tako što se odrede striktna pravila o

ponašanju RTOS-a u nekoj situaciji i koja su dešavanja od prioriteta i kako se rješavaju konflikti.

9.2 Razlozi korišćenja RTOS-a

Pojednostavljuje kompleksnost programiranja i poznavanja arhitekture jer je ona već definisana

nekim kernelom.

Daje odličnu infrastrukturu konstruisanu nad setom pravila koja omogućavaju ustaljenost

ponavljanje određenog procesa.

Pojednostavljuje razvoj i implementaciju novih pravila.

Jednostavno i brzo upravlja svim softverskim i hardverskim resursima bilo koje primjene.

Povećava jednostavnost u održavanju i dijagnostici sistema i kvaliteta istog.

RTOS spaja sve navedeno u jednu cjelinu nezavisno od platforme za koju je konstruisan, tako da on

postaje alat sa kojim se izvršava određeni posao a ne i sami posao.

9.3 Osobine i funkcije RTOS-a

Svaki RTOS treba da bude tako dizajniran i konfigurisan da njegove performanse odgovaraju

namijenjenoj primjeni i to:

Da bude sposoban da pravovremeno reaguje i sinhronizuje se na dešavanja koja prati.

Da brzo, efikasno interno ili eksterno prosljeđuje i obrađuje podatke i informacije.

Da efikasno upravlja procesima u vremenu.

Da se ponaša po ustaljenim pravilima, da brzo riješava konflikte i da nedozvli do pojavljivanja

istih.


43

9.4 Upravljanje resursima sistema

Jedna od glavnih funkcija za koju se može reći da je najosnovnija, je samo upravljanje resursima u

vremenu. Ako se ovaj dio u dizajnu i implementaciji RTOS-a riješi pravilno tada se mnogo

pojednostavljuje sama konfiguracija i implementacija sistema. Pošto se svi resursi platforme međusobno

dijele između dva ili više procesa, tada se moraju poznavati određene činjenice u cilju pravilnog

upravljanja, a one su:

Memorija sistema u bilo kojem slučaju je konačna i mora se stvoriti set pravila kako se ona

raspodjeljuje između procesa

Procesorska jedinica radi mnogo brže nego sami procesi koji se prate ili upravljaju, tako da se ona

može dijeliti između različitih procesa u cilju da se ne bi stvorila zakašnjenja u radu

Vrijeme je najvažni resurs koji se mora raspodijeliti između datih procesa koji se ponavljaju

Kernel koji je vezan za platformu mora biti konfigurisan tako da svaki proces izvršava za što kraće

vrijeme i da se rezultat može predvidjeti. Brzina izvršavanja je ono sto i definiše brzinu rada jednog

RTOS-a. Zašto se napominje cijelo vrijeme da se rezultati mogu predvidjeti? Leži u tome da RTOS radi

samo sa poznatim vrijednostima i rezultatima, sve što izlazi van ovog opsega prelazi u konflikt ili izlazi

van upotrebne sfere RTOS-a. Raslojavanje funkcija u klasama na nivou kernela, koje su potrebne da bi se

određeni proces izvršio, i poznavanje samog procesa koje klase i funkcije u kernelu su mu potrebne,

dovodi do toga da se određeni proces brže izvršava jer on tačno koristi ono što mu je potrebno.

9.5 Hard i SOFT REAL-TIME

Proces koji se mora obaviti u okviru određenih vremenskih okvira, da bi se izbjeglo kašnjenje, greške u

podacima ili najgorem slučaju pad sistema se zove HARD REAL-TIME PROCES. Sistem mora imati

jedan, a može imati i više ovakvih procesa. Da bi se ovi procesi izvršili u okviru njihovih vremenskih

okvira bez konflikta, koristi se predviđanje rasporeda njihovog izvršavanja, tako da se svaki proces

izvršava bez prekidanja u radu. U okviru predviđanja mora se imati uvid u:

Koliko vremena je potrebno da se proces obavi

Koliko sličnih procesa može zahtijevati procesorsko vrijeme

Koji je najčešći proces koji nailazi

Koji prioritet nosi taj proces

U okviru ovih parametara kreira se tabela sa listom prioriteta izvršavanja. Ova tabela može biti statička ili

dinamička. Ako je dinamička, najčešće se mijenja sam par procesa u okviru te liste i veoma je lako

predvidjeti koji. Najčešći procesi ovog tipa su prihvatanje podataka sa periferija i njihova obrada, jer je

važno da se pravovremeno podaci pokupe i obrade što prije.

Ostali procesi koji se izvršavaju se zovu SOFT REAL-TIME PROCES. Oni se načešće se ne moraju

izvršiti u okviru određenog vremenskog prozora i kao takvi imaju nizak prioritet važnosti. Oni se najčešće

obavljaju kada procesorska jedinica ne obrađuje HARD REAL-TIME proces, a pauziraju svoj rad ako

HARD REAL-TIME proces zahtijeva procesorsko vrijeme, nakon toga ga nastavlja kad se HARD REAL-

TIME procesi završe. U nekim slučajevima ne pauzira svoj rad nego ga svaki put započinje od početka.

To su najčešće procesi komunikacije i informacije ka hostu, zapis na memorijsku karticu itd.


44

9.6 Multitasking

Multitasking u realnosti glavna prednost i osobina RTOS-a. Bazira se na osnovnim principima koji prati

sve moderne procesorske jedinice. U realnosti procesorska jedinica je mnogo brža od većine procesa koji

se izvršavaju i posmatraju. Takođe, ona još uvjek ne može da obavlja više od jedne zadate operacije. U

cilju da se obezbiedi višestruka upotreba za različite procese, koristeći istu procesorsku jednicu, kreirao se

multitasking sistem. Ako bi se razdvojio zamišljeni sistem na različite procese i veoma brzo prebacivao

procesorsku jedinicu sa jednog procesa na drugi treći itd ciklično ili u zavisnosti od tabele prioriteta,

izgleda kao da se svi procesi izvršavaju istovremeno. Ovo je moguće iz razloga jer neki procesi

zahtijevaju nešto da se desi i u tom trenutku oni čekaju paodatak, dok za isto vrijeme čekanja drugi

proces može da se izvrši. Kao primjer imamo HARD REAL-TIME proces koji prikuplja podatke sa A/D

konvertora i čeka flag da se konverzacija izvršila, za to vrijeme čekanja moguće je da neki SOFT REAL-

TIME proces izvrši svoju operaciju ili dio nje. Ovako se najbolje koriste svi sistemski resursi u vremenu.

Prebacujući se sa jednog procesa na drugi formira se osnova multitaskinga.

9.7 Prioriteti i previđanja

Prioriteti i predviđanja postoje da bi se osiguralo maksimalno iskorišćavanje procesorskog vremena u

multitasking režimu i da bi se brzo i pravilno prešlo sa jednog procesa na drugi. Da bi ovo funkcionisalo

pravilno moraju se znati:

Vrijeme prelaska sa jednog procesa na drugi

Koji je sledeći proces

Količina memorije potrebna za skladištenje informacija iz trenutnog procesa

Količinu memorije potrebne za sledeći proces

Da li je pokrenuta neka operacija nad periferijama i za koliko će se ona završiti i koja je njena

povezanost sa nekim HARD REAL-TIME procesom.

9.8 Modeli rezervisanja i predviđanja prioriteta

Pošto vrijeme za koje će se neki proces izvršiti zavisi od njegovog prioriteta postoje različiti modeli

rezervisanja mjesta na listi prioriteta od kojih će biti prikazana 2 koji se najčešće koriste.

Ciklična rezervacija prioriteta, koristi se ako procesi koji imaju isti ili sličan nivo prioriteta

zahtijevaju procesorsko vrijeme. Procesorska jedinica se dodjeljuje naizmjenično, ciklično i sa

jednakim trajanjem procesorskog vremena.

Predviđajuća rezervacija, koristi se ako sam sistem zna da HARD REAL-TIME proces će da

bude uskoro aktiviran i da je spreman da bude aktiviran. Tada on uzima vrijeme procesorske

jedinice dok se osnovni elementi tog procesa ne izvrše.

Važno je napomenuti da HARD REAL-TIME procesi su najčešće veoma kratki i u realnosti uzimaju

veoma malo procesorskog vremena, ali je važnost njihovog pravovremenog izvršavanja velika u cilju da

bi kompletan sistem pravilno radio.


45

9.9 Klase kernela

Sam RTOS radi na nivou seta struktura koje se zovu klase. Svaka od klasa ima operatore koji se zovu

servisi kernela koji se pozivaju od strane procesa da bi se izvršila zadata operacija. Klase koje se uvjek

nalaze u ovakvom sistemu su:

Proces

uspostavlja i održava izvršavanje programskog koda

mogu uspostaviti međusobno nezavisni

mogu uspostaviti međusobnu komunikaciju i zavisnost na nivou podataka koje obrađuju

Međuprocesna komunikacija

Metodi prosleđivanja podataka između procesa mogu biti:

Binarni semafori- sinhronizovanje procesa i pojavljivanje podataka

Mutex - dozvoljava procesu da preuzme privilegiju posjedovanja resursa

Tajmjeri i alarmi - odbrojavanje i generisanje signala

Memorijske particije - Upravlja sa RAM da bi spriječilo fragmentaciju

Registri - prosljeđivanje fiksiranih veličina i podataka

Poruke i mailboxovi - prosleđivanje promjenljive veličine podataka

Servisi kernela To su rutine koje se izvršavaju da bi se dobilo određeno ponašanje sistema. Kada proces zahtijeva

određenu funkciju tada mu kernel dodjeljuje zahtjev za servisom kernela i nastavlja rad.

ISR (Interrupt Service Routine) -Informacija o pojavi važnog podatka

Ovo je softverska rutina koja se aktivira da odgovori na pojavu podatka.

9.10 Prekid i pojava važnog podatka i njegovo upravljanje

Interrupt je generalno spoljna pojava iz nekog od perifernih elemenata sistema koji zahtijeva instantnu

reakciju na njegovu pojavu. Kada se on desi, proces završava samo trenutnu instrukciju i ulazi u ISR

klasu i tada on:

pamti trenutnu lokaciju unutar procesa koji se obavlja i sve njegove registre i memoriju

suspenduje sve interrupte i fokusira se na onaj koji se desio

započinje izvršavanje rutine baziranu na ISR podešavanjima i završava je do kraja

vraća sve interrupte

vraća se na proces koji se obavljao prije pojave interrupt-a

Pošto je RTOS kreiran zbog ovakve vrste podataka veoma je važno da su svi procesi koji se izvršavaju što

kraći iz razloga brzog prelaska na interrupt. Sam proces interrupt-a mora biti veoma kratak jer se

suspenduju svi ostali interrupt-ovi i za to vrijeme izvršavanja može doći do pojave novog, koji se neće

registrovati, što bi bilo dosta loše jer RTOS je kreiran da brzo prihvata sva predviđena i nepredviđena

pojavljivanja podataka od važnosti.


46

9.11 Akcija i kašnjenje

Promjena prioriteta i rezervacija resursa ne garantuje da će proces da se na vrijeme obavi. Mnogi drugi

faktori, na koje se može i ne može uticati, moraju biti uključeni u takvo planiranje. Neki od faktora na

koje se najčešće ne može uticati su: periodičnost pojave informacija, brzina procesorske jedinice, brzina

memorije, sam hardverski dizajn platforme itd. Ostale na koje se može uticati i koje su važne su:

Vrijeme aktivacije-deaktivacije Vrijeme za koje je proces spreman za početak rada.

Vrijeme startovanja Vrijeme za koje proces počne da radi.

Vrijeme procesa Vrijeme za koje proces se izvrši bez prekidanja.

WCET Najduže vrijeme izvršavanja nekog procesa.

Rok izvršavanja Vrijeme za koje se proces mora izvršiti da bi bio validan.

Period Minimalno vrijeme izlaska iz procesa pri interrupt-u

Kašnjenje Vreijeme prelaska roka izvršavanja mora biti manje od nule.

RTOS sistemi su u toliko velikoj upotrebi da je baziranje na specifičan sistem nekorisno iz razloga jer

postoji ogromna količina. Oni zavise od: procesorske jedinice, platforme, upotrebe, važnosti informacija,

stabilnosti itd.

RTOS koji se koristi je TinyOS koji je našao svoju primjenu na platformama male potrošnje energije,

brzog ulaska u radni režim iz režima čuvanja energije i da se najčešće koristi za primanje signala sa svojih

periferija i prosleđivanja istih bežičnim putem.


47

10. Shimmer platforma

10.1 Osobine platforme

Shimmer je mala senzorska platforma kreirana i prilagođena za kretanje. Odlikuje ga accelerometar na tri

ose, trokanalni EKG, memorijska kartica, režim niske potrošnje energije u radu, vremenski dugo

prikupljanje i prosljeđivanje podataka, posjedovanje TinyOS RTOS i monitoring u realnom vremenu.

Njegove glavne osobine i razlozi primjene date su u tabeli 10.1.

I/O

Accelerometar na tri ose koristeći MMA7361 1.5/6 G MEMs

Tri LED diode

Jedno akcijsko dugme i dugme za reset

Pasivni vibracioni senzor za očuvanje radnog režima i baterije

Mikroprocesor

MSP430F1611

10 Kb RAM, 48 Kb flash

2 DAC

8 12bit A/D ulaza

Niska potrošnja energije u neaktivnom režimu

Dokazana upotreba u medicinskoj elektronici

Memorija

2 Gb MicroSD kartica

Integrisan čitač kartice sa baznom stanicom

Softwerska kontrola na hostu kada se poveže sa baznom stanicom

Komunikacija

802.15.4 Radio LR-WPANs

Klasa 2 BlueTooth radio

Modul RN-42

Automatski režim rada

Platforma

Mobilna

Veličina 53mm x 32mm x 15 mm

Prilagodljiva okruženju

Baterija i radni režim

280 mAh baterija

Integrisan punjač preko bazne stanice i USB porta

Mjerenje napona i struje za notifikacije u radu

Automatsko gašenje i prijavljivanje niskog baterijskog nivoa

Tabela 10.1 Osobine Shimmer platforme


48

10.2 Start sistema i njegova konfiguracija za rad

Kada se platforma startuje ili resetuje Shimmer modul izvršava kod upisan u sebi. Kako bi se došlo do

toga koda i mijenjao isti u nekom cilju sakupljanja podataka mora se pratiti procedura.

Punjenje-Promena firmver-a

Shimmer modul se postavi na baznu stanicu gdje se i pravilno prijavi. Koristi se softver BSL430 za

MSP430 generaciju procesora. Startuje se BSL430, pri čemu on pokušava da detektuje platformu i da sam

konfiguriše pravilno komunikacione portove (sl 10.1). Ako ne uspije da postavi pravilno portove potrebno

je namjestiti ih ručno ili kliknuti dugme "Reload COM ports" da bi pokušali da se učitaju pravilno. Iz liste

prikazanih firmware fajlova treba izabrati pravilan i kliknuti dugme "Program". Nakon toga, ako je sve

ispravno konfigurisano i izabrano program se učitava u modul koji se nakon punjenja resetuje da pokrene

nove instrukcije.

Slika 10.1 Prikaz softvera BSL430

Lista firmvera koja je data na slici 10.1 se nalazi u tabeli sa CSV formatom u istom direktorijumu kao i

softver. Ako se želi izmijeniti i kreirati nova lista, mora se raditi po određenom pravilu inače softver neće

dozvoliti promjene i odbaciće ih. Takođe, softver sam kreira listu poslije određenog vremena i obelježava

je datumom kreiranja. Najčešće ta lista nije dovoljna za rad i mora se izmijeniti.


49

BlueTooth uparivanje

Pošto je sama BlueTooth platforma nezavisna od sistema na kojem se nalazi, prikazaće se metod

uparivanja u glavnim crtama koje se moraju ispoštovati i koje su dovoljne da bi se ono uspješno izvršilo

nezavisno od sistema.

Uparivanjem se autorizuje Shimmer modul da može da pristupi resursima sistema i da sistem ne zahtijeva

više pretraživanje uređaja i autorizaciju pristupa resursima.

Shimmer uređaj mora biti van bazne stanice i baterija mu mora biti puna.

Shimer uređaj se mora izložiti nekom fizičkom pomjeranju da bi se pasivni vibracioni senzor

aktivirao i probudio uređaj iz režima čuvanja energije.

Na operativnom sistemu računara treba pretražiti za nove BlueTooth uređaje

Kada se Shimmer modul pronađe on ima oznaku RN42-XXXX

XXXX predstavlja unikatan broj identifikacije internog BlueTooth modula i pomoću njega

razlikujemo Shimmer module.

Kada se izabere BlueTooth modul RN42-XXXX mora se inicijalizovati "Uparivanje"

Kada se pokrene uparivanje zahtijeva se unošenje četvorocifrenog broj kojim se autorizuju

BlueTooth moduli međusobno i on je 1234.

Sistem je uparen i to se više ne zahtijeva dok postoji registar o postojećem BlueTooth modulu.

Pošto je sistem uparen, tada se tražie svi profile koji taj BlueTooth modul podržava.

Poslije pretrage postoji samo jedan profil i on glasi "SPP profil".

Izabere se da mu je omogućena podrška a to pokreće instalaciju virtuelnog COM porta za "SPP

Profil".

Poslije instalacije dobija se novi COM X port, gdje je X neki broj koji ga označava.

Taj novi COM X port ima osobinu da je OUTGOING.

OUTGOING osobina označava da je to COM port preko kojega operativni sistem mora

"probuditi komunikaciju" i on je inicijalizuje. To znači da Shimmer platforma ne može

inicijalizovati i pokrenuti komunikaciju već mora biti inicijalizovana i pokrenuta od strane

sistema.

Preko tog porta se obavlja sva komunikacija sa Shimmer platformom.

Ako postoje višestruki Shimmer moduli, za svakog od njih se posebno vrši ovaj postupak.

Za svaki od Shimmer modula kreira se i instalira novi virtuelni COM X Port i mora se paziti koji

je njegov broj da bi se pravilno pristupilo određenom modulu.

Osobine Virtuelnog COM X Porta

Pristupa mu se kao i realnom portu

Rutine su iste kao i kod realnog porta

Brzine komunikacija su veće nego kod realnog porta

Pošto je softverski emuliran zahtijeva se da računar ima dovoljnu hardversku moć da može

izvršavati aplikaciju i emulaciju bez problema, jer dolazi do kašnjenja, obaranja protoka i greški.

Najčešće su drajveri virtuelnog COM X Porta i samog BlueTooth modula sistemski ali se mogu i

koristiti neki od stak-ova kao BlueSoleil, Widcomm ili Toshiba koji su se dokazali na polju

sigurnih i pravilnih BlueTooth komunikacija i čiji SDK ne zavisi od sistema.


50

10.3 Hardverski opis Shimmer modula

Glavni element sistema je MSP430F1611 mikroprocesor koji kontrolše i izvršava operacije nad

modulom. Kompletno je iskoriste na svaka mogućnost ovog mikroprocesora. Sistem se interno kontroliše

i konfiguriše preko I/O pinova od kojih neki mijenjaju svoju finkciju u zavisnosti da li je modul na bazi

ili van nje. CPU ima osam integrisanih 12. bitnih ADC (analogno-digitalnih konverotra) koji su iskoriste

ni da uzimaju podatke za EKG, kretanje, GSR, EMG i stanje baterije. Eksterni konektori dozvoljavaju

komunikaciju ka i od modula koristeći bazu koja ima svoje COM portove emulirane preko USB-a.Modul

ima integrisan MicroSD slot za dodatno smeštanje podataka u radu van realnog vremena, takođe tri

indikatorske LED diode koje se mogu koristiti po potrebi za određenu funkciju. Za bežičnu komunikaciju

opremljen je sa BlueTooth modulom i 802.15.4 Radio LR-WPAN-om. Ovu platformu opisuje, upravlja i

prati RTOS TinyOS, koji je pouzdan, lako izmjenljiv i dosta modularan za MSP430 generaciju procesora.

Sam sitem je otvoren i može se lako i jednostavno implementirati i mijenjati bez udubljivanja u njegovu

realizaciju. Dizajn modula dat je na slici 10.2.

Slika 10.2 Hardverski dizajn Shimmer modula.

Sam dizajn modula kao gotovog produkta je neizmjenjiv, ne mogu mu se dodati ili redukovati hardverske

funkcije zbog visokog stepena integracije i minimalizacije platforme. Svaka izmjena mora biti naručena i

proslijeđena proizvođaču platforme koji sam odlučuje o implementaciji i izradi.Udubljivanje u hardversku

realizaciju i njene mogućnosti nijesu od interesa, jer se koristi gotov produkt i kao takav nije za cilj da se

poznaje njegova izrada i servisiranje istog već vršenje implementacije istog u ostvarivanju nekog cilja.


51

10.4 Opis format paketa komunikacije Shimmer modula

Ovdje su prukazani uobičajeni parametri za sve verzije Shimmer firmvare. Parametre su na engleskom

jeziku zbog njihove generalizacje.

Connect : Povezuje BlueTooth host sa Shimmer modulom na nekom virtuelnom COM X portu.

Start : Zadaje komandu Shimmer modulu da prosleđuje podatke u realnom vremenu sa ADC.

Stop : Zadaje komandu Shimmer modulu da zaustavi prosleđivanje podatka sa ADC.

Disconnect : Prekida vezu između BlueTooth hosta i Shimmer modula.

Komande Start / Stop i njihovi kodovi.

SHIMMER_START 0x07 ^g Započinje semplovanje i slanje podataka

SHIMMER_STOP 0x20 SPACE Zaustavlja semplovanje i slanje podataka.

Formati paketa :

Tip 1.

Informacije o paketu Informacije

BOF Sensor ID Tip podatka Broj frejma Vremensko obilježavanje Dužina podatka Podaci CRC EOF

8 bita 8 bita 8 bita 8 bita 16 bita 8 bita 1-255 bajta 16 bita 8 bita

Tip 2.

Informacije o paketu Informacije

BOF Sensor

ID

Tip

podatka

Broj

frejma

Vremensko

obilježavanje

Dužina

podatka

ACC

1

ACC

2

ACC

3

EKG

1

EKG

2

Lažni

paket CRC EOF

1 bajt 1 bajt 1 bajt 1 bajt 2 bajta 1 bajt 2bajta 2bajta 2bajta 2bajta 2bajta 2bajta 2bajta 1 bajt

Nevažno od tipa formata paketa, nomenklatura i funkcija je ista i data u tabeli 10.2.

BOF (Beginning of frame) početak frejma, paketa

Sensor ID identifikacija Shimmer modula

Tip podatka nevažan i ostavljen za čuvanje integriteta i razvoj formata paketa

Broj frejma obilježavanje frejma, inkrementalno od 0, resetuje se prelazom sa 255 na 0

Vremensko obilježavanje u kojem trenutku je poslat frejm od početka rada modula

Dužina podatka koliko paketa informacija je poslato

Podaci podaci u brojčanom obliku int16 veličine razdvojeni na dva in8 segmenta






Lažni paket nevažan i ostavljen za čuvanje integriteta i razvoj formata paketa

CRC provera ispravnosti paketa

EOF (End of frame) kraj frejma paketa

Tabela 10.2 Opis paketa unutar frejma komunikacije Shimmer modula


52

11. Predložena rješenja

11.1 Pravilno povezivanje i pozicioniranje Shimmer modula

Za pravilno interpretiranje veoma je važno podesiti, konfigurisati i postaviti Shimmer modul. Shimmer

modul se puni TinyOS RTOS sistemom, koji prikuplja i prosleđuje informacije sa A/D konvertora. Sama

lokacija modula na tijelu čovjeka data je slikom 11.1.

Slika 11.1 Pravilno postavljanje Shimmer modula.

Pravilne pozicije elektroda EKG nalazime se u dva slučaja. To su pozicije R L N i R1 L1 N1, sa

napomenom da je pozicija R L N bolja za monitoring ali ima duže vodove elektroda, dok R1 L1 N1 ima

kraće vodove ali lošiji posmatrani signal.

Pozicije Shimmer modula za monitoring kretanja date su na slici 11.3. Pojedinačne pozicije modula daju

motoriku i kretanje samo jednog dijela tijela odnosno njegove lokacije. Takođe, moguće je postaviti više

modula na različitim djelovima tijela i prikupljati i obrađivati informacije sa njih.


53

11.2 Riješenje korišćenjem Biomobius-a

Biomobius platforma je nativno softversko okruženje Shimmer modula. Ona je slobodna za korišćenje i

distribuciju, omogućava brz razvoj sofisticiranih riješenja i tehnologija u biomedicinskom monitoringu.

Kreirana je sa ciljem da omogući da centralizovana platforma bude nezavisna od hardverske realizacije i

veoma je pogodna za Shimmer modul. Softverski elementi koje Biomobius olakšava i podržava su:

Brz razvoj i kreiranje grafičkog okruženja

Obrada biosignala u realnom vremenu

Podrška za različite module, brz razvoj i implementacija za nove

Jednostavan korisnički aspekt

Smanjeno vrijeme redizajna korišćenjem blokova operacija

11.2.1 Monitoring kretanja

U nastavku rada je opisano korišćenje Biomobius platforme u razvoju softvera za obradu primljenih

informacija i kreiranje grafičkog okruženja za prikaz tih informacija. Na slici 11.2 prikazan je blok

dijagram putanje koja se mora ispoštovati u cilju pravilnog razvoja.

Slika 11.2 Blok dijagram putanje razvoja u Bliomobius platformi

Blokovi

U odnosu na sliku 11.2 novi blokovi neće biti razvijani, već će se koristiti postojeći:

Shimmer blok - opisuje i konfiguriše Shimmer modul

BangGenerator - generalizuje se kao dugme ali glavna namjena mu je da kreira neku akciju

Deley - tajmer koji se startuje, odbrojava i pokreće novu akciju poslije određenog vremena

Input Selector - biranje jednog od N datih ulaza

ConstantGenerator - na svom izlazu daje određenu konstantu

FastDataBufferMatrixInput - prima i smješta infromacije u određeni buffer

MatrixGetItem - uzima informacije iz određene lokacije

Sclargraph - prikazuje informacije u obliku table

Matrixdisplayblock - prikazuje informacije u obliku table

Razvoj

blokova

aplikacije

Postojeći

blok

Novi blok

Razvoj u grafičkom okruženju

(Slaganje blokova) EyasWeb

PATCH Razvoj grafičkog korisničkog okruženja

Gotov produkt


54

Razvoj u grafičkom okruženju (slaganje blokova)

Eyesweb je dio Biomobiusa čije se okruženje koristi za razvoj softvera na principu pozicioniranja,

konfigurisanja i povezivanja funkcijskih blokova u određenom cilju. Konačni produkt ovakvog rada se

naziva PATCH. On predstavlja funkcionalni softver bez vizuelne interpretacije koja se naknadno rješava

u Biomobius Gui Dizajneru i tada predstavlja gotov produkt. Na slici 11.3 su predstavljeni glavni

elementi Eyasweb korisničkog okruženja i oni su:

Block List - lista svih postojećih blokova

o Library view - grupiše blokove na nivou međusobne povezanosti

o Catalog view - grupiše blokove na nivou sistemskih resursa

Properties - osobine i konfiguracija izabranog bloka

Working Space - radna površina gdje se postavljaju i pozicioniraju blokovi

Slika 11.3 Prikaz Eyasweb softvera

Rad sa bilo kojim funkcijskim blokom, nezavisno od primjene, uvjek je isti i moraju se pratiti sledeći

koraci:

Pronalazak željenog bloka u BLOCK listi

Njegovo prevlačenje na radnu površinu

Kreiranje konekcija sa postojećim blokovima

Konfiguracija odabranog bloka u segmentu Properties

Simulacija aplikacije u cilju provjere funkcionalnosti


55

Demonstracija u Eyasweb i Biomobius GUI Dizajner aplikaciji obuhvata prihvatanje podataka sa

accelerometara i njihovo prikazivanje.

Korišćenje Shimmer modula u Eyasweb-u zasniva se na tri segmenta:

Kontrola Shimmer modulaa - kako da se startuje i zaustavi prikupljanje podataka sa Shimmer

modula.

Prihvatanje podataka sa accelerometara - kako da se prihvate i interpretiraju podaci sa

accelerometra

Očitavanje statusa Shimmer modula - kako da se prihvate i interpretiraju statusne poruke

Shimmer modula

Grafički prikaz informacija - Prikazivanje dobijenih informacija

11.2.1.1 Kontrola Shimmer modula

Prvi korak u kontroli Shimmer modula je pronalaženje Shimmer bloka unutar BLOCK liste, njegovo

pozicioniranje na radnoj površini i konfiguracija parametara (sl.11.4).

Slika 11.4 Rad u Eyasweb-u Shimmer blok

Shimmer blok unutar BLOCK liste u Catalog view-u se nalazi na lokaciji:

BIOMOBIUSHardvareIO > Biomobius > Hardvare > Shimmer

Prvo se vrši prevlačenje i pozicioniranje odabranog bloka na radnu površinu. Krog konfiguraciju

izabranog bloka unutar properties segmenta vrši se unošenje pravilnog serijskog porta u "Serial port"

segmentu. Štrikiranjem se postiže kontrola nad: povezivanjem bloka (Connect), započinjanjem

prosleđivanja podataka (Start), zaustavljanjem prosleđivanja podataka(Stop) i prekidanjem komunikacije

(Disconnect).


56

Sljedeći korak je postavljanje dugmadi za inicijalizaciju kontrola (sl 11.5)

Slika 11.5 Rad u Eyasweb-u Bang generator blok

Bang generator blok unutar BLOCK liste u Catalog view se nalazi na lokaciji:

Gui Objects > BangGenerator

Vrši se prevlačenje i pozicioniranje odabranog bloka na radnu površinu. Unutar properties liste vrši se

promijena imena, respektivno u odnosu kontrolu kojase želi vršiti njime. Ova operacija se izvršava četiri

puta za kontrole: "Connect", "Start", "Stop i "Disconnect". Za dugmad "Start" i "Disconnect" dodatno

štrikira BangGenerator opcija. Ova opcija daje mogućnost eksternog pokretanja nekom od kontrola i

kreira novi ulazni pin nad tim dugmadima. Nakon postavljanja i konfigurisanja, vrši se povezivanje i to

respektivno kao na slici 11.5. Povezivanje se vrši biranjem nekog od izlaznih pinova dugmadi i

prevlačenjem na odgovarajući ulazni pin Shimmer bloka.


57

U sljedećem koraku se uvodi Delay blok (slika 11.6).

Slika 11.6 Rad u Eyasweb-u Delay blok

Delay blok unutar BLOCK liste u Catalog view se nalazi na lokaciji:

Kernel > FlowAndControlStructures > Delay

Kao i u predhognim koracima vrši se prevlačenje i pozicioniranje na radnu površinu. Ova operacija se

izvršava dva puta. Osobina ovoga bloka je, da kada dobije signal inicijalizacije na ulaznom pinu, poslije

zadatog vremena generiše signal inicijalizacije na svome izlaznom pinu. Vrijeme kašnjenjaod jedne

sekunde se podešava unutar properties liste i to na "Delay" segmentu. Ova dva bloka povezuju

individualno Connect-Start blok kao i Stop-Disconnect blok. Njihovi ulazi se vežu na izlazne pinove

Connect i Stop blokova a izlazni pinovi na Bang generator ulazne pinove Start i Disconnect blokova

respektivno. Razlog uvođenja Delay blokova je u tome da se automatizuje pristup i prihvatanje podataka

sa Shimmer modula. Ako ne bi postojali ovi blokovi, svaka od komandi bi se morala izvršavati

pojedinačno, i to redosledom: Connect, Start, Stop i Dissconect. Njihovim uvođenjem, pokretanjem

Connect komande, automatski poslije jedne sekunde vrši se pokretanje komande za primanje podataka.

Takođe se i sa komandom Stop, poslije jedne sekunde, pokreće komanda za prekidanje veze. Sada postoje

dvije komande i to: Connect-Start i Stop-Disconnet.


58

11.2.1.2 Prihvatanje podataka sa accelerometara

Shimmer blok sadrži 3 accelerometra koji su predstavljeni pinovima unutar Shimmer bloka. Pošto se

informacije dobijaju u realnom vremenu bira se jedan koji će biti prikazan. Blok komanda za propuštanje

samo jednog od N ulaznih pinova je Input selector (sl. 11.7).

Slika 11.7 Rad u Eyasweb-u Input selector blok

Input selector blok unutar BLOCK liste u Catalog view se nalazi na lokaciji:

Kernel > FlowAndControlStructures > Input selector

Vrši se prevlačenje i pozicioniranje na radnu površinu. Povezivanje se vrši kao što je prikazano na slici

11.7. Svaki od povezanih pinova redosledom odozgo na dolje ima status signala ACC1, ACC2, ACC3, I,

II i III. Broj ulaznih pinova se definiše properties segmentom "#inputs", a segmentom "Active input" bira

se jedan koji se prosljeđuje na startu. Da bi se mogao izmijeniti signal koji se posmatra, uvodi se Constant

generator blok koji vrši kontrolu kanala koji se propušta na Input selector-u (sl 11.8).

Slika 11.8 Rad u Eyasweb-u Constant generator blok

Constant generator blok unutar BLOCK liste u Catalog view se nalazi na lokaciji:

Kernel > Math > Scalar > Generator > Constant generator

Properties opcijom "Show syncin" podešenom na "true" vrši se dodavanjem novog Bang generatora koji

inicijalizuje promjenu kanala koji se proslijeđuje.


59

Različite matematičke i logičke operacije zahtijevaju višestruke odbirke tokom vremena i u tom cilju

postavlja se FastDataBufferMatrixInput blok koji prima i čuva u sebi zadatu količinu podataka (sl 11.9).

Slika 11.9 Rad u Eyasweb-u FastDataBufferMatrixInput blok

FastDataBufferMatrixInput blok unutar BLOCK liste u Catalog view se nalazi na lokaciji:

BioMOBIUSBase > Biomobius > Base> FastDataBufferMatrixInput

Konfigurišemo "BufferSize" na 500 semplova i povezujemo njegov ulaz sa izlazom Input selector-a.

11.2.1.3 Očitavanje statusa Shimmer modula

Čitanje podatka o trenutnom statusu Shimmer modula dobijamo sa trinaestog pina Shimmer bloka.

Informaciju o statusu predstavlja broj i to: nula-nije povezan, jedinica- povezan, dvojka-prenosi podatke i

trojka-loša baterija. Princip povezivanja i dobijanja informacije imamo na slici 11.10.

Slika 11.10 Rad u Eyasweb-u prikaz statusa Shimmer modula


60

Povezujemo sa pina trinaest Shimmer bloka na ulaz Constant generatora i podešavamo ga da se kontrolišu

ulazne vrijednosti, opcija "Input value". Sa njegovog izlaza priključujemo TextSelect blok o podešavmo

stringove prema numeričkoj vrijednosti ulaza. Izlaz TextSelect blokavežemo za ulaz StringDisplay gdje

nam se upisuju tekstualne vrijednosti iz TextSelect bloka.

TextSelect blok unutar BLOCK liste u Catalog view se nalazi na lokaciji:

BioMOBIUSBase > Biomobius > Base> TextSelect

StringDisplay blok unutar BLOCK liste u Catalog view se nalazi na lokaciji:

System > String > Output > StringDisplay

Konačna šema povezanih blokova data je slikom 11.11.

Slika 11.11 Rad u Eyasweb-u, šema povezanih blokova

Obrada informacija sa Shimmer modula unutar Eyasweb okruženja sa ovime je završena. Sada ostaje

riješiti grafičko okruženje i prikaz tih informacija u nekom korisničkom grafičkom okruženju. Ta uloga je

dodijeljena Biomobius GUI Dizajneru koji omogućava da se veoma brzo prikažu obrađene informacije .


61

11.2.1.4 Grafički prikaz informacija

Biomobius GUI dizajner je alat sa kojim brzo kreiramo grafičko okruženje koje se veže sa Eyasweb

projektom. Procedura se sastoji da prevučemo i pozicioniramo željeni objekat unutar radne povrsine

dizajnera i u opcijama izaberemo kakvu on vezu ima sa elementima unutar Eyasweb projekta (sl.11.12).

SLika 11.12 Biomobius GUI dizajner

Podešavanjem "output" i "parametar" segmenta svakog od objekata unutar dizajnera bira se koji od

Eyasweb blokova je vezan sa objektima dizajnera. Na ovaj način izrada grafičkog okruženja se vremenski

minimizuje do te mjere da izrada ovog primjerskog GUI-ja je trajala samo nekoliko minuta. A finalni

projekat u radnom režimu prikupljanja podataka u realnom vremenu izgleda kao na slici 11.13.

Slika 11.13 Prikaz gotovog projekta za monitoring kretanja


62

11.3 Samostalno rješenje korišćenjem Matlaba

Biomobius platforma je ograničena količinom blokova i operacijom koju ti blokovi mogu da izvedu.

Svaka nova operacija se mora izvoditi kombinacijom postojećih blokova ili kreiranjem novog, dok se

postojeći blokovi ne mogu izmijeniti već samo njihovi parametri. Ovo predstavlja veoma veliku manu

platfome. Matlab kao matematički alat predstavlja idealnu platformu za razvoj i primjenu analize signala

koji se dobija sa Shimmer modula. U nastavku je prikazana demonstracija jednog wireless monitoringa

korišćenjem Matlab i Shimmer modula. BlueTooth SPP profil se koristi kao vid komunikacije. Podjela

uloga unutar ove bežične mašine je sljedeća:

Shimmer modul - radi u režimu kolektor - prosleđivanje informacija. Preko svoje tri elektrode

dobija signale o EKG-u, a preko inplementiranih accelerometara prima informacije o kretanju.

Ove informacije se prosleđuju preko BlueTootha. Oznake na Shimmer modulu date su na slici

11.14.

Slika 11.14 Shimmer modul sa oznakama elektroda

Računar sa Matlabom-radi u režimu primanje-obrada informacija i predstavlja Wireless kontrolni

sistem. Na njemu će biti prikazane informacije sa Shimmer modula, EKG i informacije

saaccelerometara. EKG signali će se dodatno obrađivati Pan-Tompkins metodom za određivanje

QRS segmenta. Izgled matlab programa prikazan je na slici 11.15.

Slika 11.15 Matlab softver za primanje i analizu signala sa Shimmer modula


63

11.3.1 Blok dijagram primijenjenog metoda

Razlika između Biomobius platforme i Matlab softvera je da on nema predefinisane blokove Shimmer

modula, svaki korak u kreiranju i realizaciji ovakvog sistema mora se inplementirati njegovim ugrađenim

komandama, funkcijama i postojećim rutinama. Blok dijagram ovakvog rješenja dat je na slici 11.16.

Slika 11.16 Blok dijagram Wirelles mašine

Primanje - Obrada informacije je realizovana u Matlabu i njen GUI je dat na slici 11.15. Obrada

primljenih informacija zavisi od njenog slanja sa Shimmer modula, kao takva ona se mora svaki put

poslati u realnom vremenu ako želimo da je obrađujemo. Razvoj softvera i analiza zahtijeva postojanje

subjekta i fenomena koji se posmatra. U cilju fokusa na razvoj softvera i metoda obrade informacije, a

zanemarivanjem samog izvora informacije, kreirano je i softversko rešenje u Matlabu koje simulira

Shimmer modul i njegovu ulogu u ovoj Wireless mašini. Napominje se da simulacija Shimmer modula je

apsolutna, što znači da ona: generiše signal koji treba poslati, koristi paket komunikacije Shimmer

modula, koristi SPP BlueTooth profil i bežičnu komunikaciju kao i Shimmer modul. Blok dijagram

simulacije Shimmer modula je dat na slici 11.17.

Slika 11.17 Simulacija Shimmer modula i njegove uloge

Generisanje kanala I EKG signala

Generisanje signala Accelerometra I

Generisanje kanala II EKG signala

Generisanje signala Accelerometra II

Generisanje signala Accelerometra III

Formiranje

paketa za

komunikaciju

baziranog na

paketu

Shimmer

modula

Uspostavljanje

komunikacije i

slanje

informacije

bazirane na

parametrima

sistema

Slanje

signala

Kolektor-Prosleđivanje

informacije

Primanje-Obrada informacije

Primanje paketa komunikacije

Izvlačenje korisne informacije

Provera ispavnosti informacija

Grupisanje informacija po izvoru

Obrada prikupljenih informacija

Prikaz obrađenih podataka

Upravljanje

modulom i

postavljanje

parametara

sistema

Shimmer

modul


64

11.3.2 Algoritam softwera za analizu u Matlabu

Ovo poglavlje će se baviti analizom algoritma softvera realizovanog u Matlabu i svakog koraka unutar

njega koji je od veće važnosti ili koji posjeduje određene uslove i parametre koji se moraju ispuniti u cilju

pravilnog funkcionisanja. Algoritam je dat slikom 11.18.

Slika 11.18 Algoritam softvera za analizu u Matlabu

11.3.2.1 COM PortX

U zavisnosti od uparivanja i kreiranja virtuelnog serijskog porta važno je pravilno ga numerisati. Paketi

informacija koji se primaju preko istog nemaju definisan terminator već su predstavljeni kao nizovi

binarnih uint8 brojeva čiji frame zapocinje brojem 192 i označava BOF a završava sa brojem 193 i

označava EOF. Zbog ovkvog načina komunikacije konfiguracija ovog porta mora biti sledeća:

Način komunikacije mora biti u obliku niza, šalju se i primaju uint8 tipovi podataka a

komunikacija je bazirana na matlab komandi za upis ili čitanje binarnih informacija na serijskom

portu (fwrite, fread).

Način kreiranja eventa se vrši pomoću detekcije da se na ulaznom bufferu serijskog porta pojavio

određeni broj bajtova.

Zapis svih informacija unutar komunikacije je little-endian odnosno lsb bitovi se zapisuju prvi.

Prikazivanje grafičkog

korisničkog interfejsa

programa

Inicijalizacija grafičkih

segmenata

Inicijalizacija svih

promenljivih

Konfiguracija objekta

COMPortX

Unošenje zahtjeva za

pokretanje analize

Zahtjev

postoji?

Ne

Gašenje

softvera?

Da

Ne

Da

Pravilno dekodovanje

paketa i prepoznavanje

korisne informacije

Smeštanje EKG i ACC

podataka unutar

promenljivih

Osvježavanje i

iscrtavanje grafika za

prikazivanje obrađenih

podataka EKG i ACC

Unošenje novog

zahtjeva

Da

Primanje paketa

poruke sa Shimmer

modula preko

COMPortX bazirano

na event principu

Obrada EKG podataka

Pan-Tompkins

metodom

Obrada ACC podataka

za grafičko

prikazivanje

Zahtjev

postoji? Ne

POČETAK

Kreiranje objekta

COMPortX

COM Port=X

Inicijalizacija

pravilna?

Ispiši

poruku

KRAJ

Izlazna poruka

Brisanje objekta

COMPortX

Ne

Da


65

Važni djelovi koda unutar softvera Matlaba prateći predhodnu listu su sledeći:

1. Pravilna inicijalizacija COM port-a.

COMM_P=serial('COM6','BaudRate',115200,'InputBufferSize',8096,'OutputBufferSize',8096);

2. Kreiranje eventa baziranog na broju prispjelih bajtova i definisanje event funkcije.

COMM_P.BytesAvailableFcnMode = 'byte';

COMM_P.BytesAvailableFcnCount = X; %X je numerička oznaka broja bajtova

COMM_P.BytesAvailableFcn = 'event-funkcija';

3. Čitanje i pisanje sa COM port-a.

podaci = fread(COMM_P, X ,'uint8'); %čitanje X bajtova sa COM port-a prikazanih kao uint8.

fwrite(COMM_P, podaci(i) ,'uint8'); %upisivanje i-tog bajta niza podaci na COM portu.

Napomena vezana za little-endian se odnosi na primljene podatke odnosno na zapis u frejmu

komunikacije. Unutar frejma svi paketi predstavljaju određenu informaciju, pošto mikrokotroler radi sa

veličinama od 16 bita a komunikacija se obavlja veličinom uint8, tada se mora 16-bitna informacija

razdvojiti na 2 uint8 podatka. Podaci koji se razdvajaju su ACC1, ACC2, ACC3,EKGI,EKGII i CRC

tako da ako nam je primer infromacije 0xA1B2 tada se prvo, prateći little-endian zapis, prosleđuje 0xB2

pa tek 0xA1.

11.3.2.2 Inicijalizacija svih promenljivih

Zbog lakšeg prosleđivanja objekata i podataka unutar funkcija Matlaba kreirana je data struktura koja

sadrži sve promenljive i objekte. Tu strukturu zapisujemo unutar UserData elementa strukture objekta

COM porta. Sa prosleđivanjem objekta COM porta nekoj funkciji proslijedili smo sve promenljive i

pristupe grafičkim segmentima softvera tako da su eliminisane globalne promenljive i međusobno

preotimanje upisa u podacima. Primer koda:

........................

data.comm_p=comm_p;

data.comm_ps= comm_ps;

........................

data.handle.hAxes = hAxes;

data.handle.htoggle = htoggle;

........................

set(comm_p, 'UserData', data);

........................

11.3.2.3 Pravilno dekodovanje paketa i prepoznavanje korisne informacije

Frejm komunikacije je već prikazan Tipom 2 u tabeli 10.2. Sadrži unutar sebe 22 bajta od kojih: 1. bajt je

BOF sa vrijednosti 192, 2. bajt sa brojčanom vrijednošću koja identifikuje Shimmer modul, 7. bajt sa

brojem 12 odnosno brojem podataka koje je poslao i zadnji odnosno 22. bajt je EOF sa vrijednosti 193.

Unutar frejma moguće je imati svaku od ovih vrijednosti ali ne i na specifičnim pozicijama. Ovi bajtovi

su uvjek isti i na istim pozicijama unutar frejma i koriste se kao maska pri pravilnom dekodovanju frejma.

Podešavanja primljenih informacija unutar COM porta se mora bazirati na množenju nekog broja X sa


66

vrijednošću 22 da bi se dobilo X poslatih frejmova pri čitanju informacija sa serijskog porta poslatih od

strane Shimmer modula. Na slici 11.18 je prikazano pravilno dekodovanje frejma.

Slika 11.19 Dekodovanje frejma Shimmer modula

11.3.2.4 Pan-Tompkinsov metod za analizu QRS kompleksa

Ovaj metod se koristi pri analizi u realnom vremenu, bazira se na analizi brzine pada signala, amplitude i

širine QRS kompleksa. Algoritam koristi niz filtera matematičke operacije i njihove osobine da bi

pronašao željene tačke. Procedura i njeni efekti su dati na slici 11.20.

Slika 11.20 koraci u Pan-Tompkinsovoj metodi QRS detekcije

Normalizacija signala

Normalizacija signala je matematička operacija, izvršava se kada matematičke ili fizičke veličine o

informaciji nijesu važne, već njihov oblik i referentni međusobni odnosi. Sa normalizacijom eliminiše se i

DC komponenta tako da se graf dovodi na segment minimalne amplitude -1 i maksimalne amplitude od 1.

Slika 11.21 Normalizacija signala

Normalizacija

LP Filtar

HP Filtar

Filtar derivacije

Kvadriranje

Integracija

Detekcija pozicije maksimuma

QRS obelježavanje


67

LP Filtar

Standardni filtar propusnika niskih učestanosti, najčešće se uzima do 60 Hz. Posljedice pri primjeni se

vide na slici 11.22.

Slika 11.22 LP filtar

HP Filtar

Standardni filtar propusnika visokih učestanosti, najčešće se uzima od 5 Hz. Posljedice pri primjeni se

vide na slici 11.23.

Slika 11.23 HP filtar


68

Filtar derivacije

Njegova osobina je da prepozna najveći pad i rast funkcije u određenom opsegu. Najčešće se uzima da je

centralna frekvencija oko 30 Hz. Time se eliminišu niske frekvencije i oblici P i T talasa. Posljedice pri

primjeni se vide na slici 11.24.

Slika 11.24 Filtar derivacije

Kvadriranje

Kvadriranjem sa parnim stepenom se eliminišu sve negativne vrijednosti i stvara numjerička primjetna

razlika između lokalnih maksimuma. Ono može biti primitivni način za pronalaženje maksimuma QRS

segmenta odnosno R tačke. Posljedice pri primjeni se vide na slici 11.25.

Slika 11.25 Kvadriranje


69

Integracija Integracija sa prozorom širine od N odbiraka konačno proizvodi signal koji uključuje informaciju o padu i

širini QRS kompleksa. Širina N odbiraka mora obuhvatiti QRS kompleks. Tada daje oblast u originalnom

signalu od N odbiraka koja sigurno sadrži ove tačke. Određivanjem lokalnog minimuma i maksimuma u

toj oblasti od N odbiraka dobijamo Q R S tačke. Posljedice i detekcija pri primjeni se vide na slici 11.26.

Slika 11.26 Integracija i oblast detekcije


70

Zaključak

Bežični monitoring je uticao i unaprijedio postojeće metode, analize i uređaje za posmatranje opšteg

zdravlja čoveka. Ovakvi metodi su u većini slučajeva: neinvazivni, laki za rukovanje i posjeduju veoma

kratko vrijeme od trenutka prihvatanja podataka do njihove obrade i dobijanja pouzdane informacije

nevažnog karaktera. Način na koji se izvršava monitoring i prosleđivanje podataka postaje sve više je

stvar izbora. Postoji ogromna količina metoda, platformi i načina obrade podataka da je veoma teško

baviti se razvojem u nekoj oblasti ako se fokusira na samo jednu od njih. Takođe je važno poznavati i sa

pravilnog aspekta posmatrati oblast u kojoj se djeluje zbog velike količine slobodnih informacija i

njihovih interpretacija. Dovoljno je dobiti signal pravilno ga obraditi i prikazati a njegova interpretacija se

prepušta kvalifikovanom osoblju.

Ovaj rad sadrži sledeće cjeline:

U prvoj glavi su dati fenomeni i njihove osobine, osnovne primjene i načine kako se vrši

monitoring nad njima. Osnovne informacije kako treba da izgledaju signali koje pratimo i kakav

uticaj mogu imati interpretacije takvog monitoringa.

U drugoj glavi je izdvojen i prikazan BlueTooth kao jedan od mogućih načina komunikacije i

njegove opšte primjene.

U trećoj glavi fokus se stavlja na opštu specifikaciju i profile BlueTootha, sa posebnim osvrtom

na profil serijskog porta.

U četvrtoj glavi imamo prikaz kako se BlueTooth uređaji implementiraju na mikrokontrolerske

platforme i kako se adaptiraju postojeće u cilju dodavanja novih osobina i mogućnosti.

U petoj glavi se govori o mrežnim topologijama BlueTooth baziranih uređaja i međusobnim

interkonekcijama.

U šestoj glavi se govori o primjeni BlueTooth uređaja u medicini i koja je njihova budućnost.

U sedmoj glavi vršimo upoređivanje BlueTooth uređaja sa ZigBee uređajima, odnosno

najsličnijom tehnologijom njemu koja trenutno postoji.

U osmoj glavi se uvodi model Wireless mašine i prikazuju njene osobine. Nevezano od načina

realizacije modela to su opšte karakteristike koje se moraju ispratiti.

U devetoj glavi uvodimo RTOS sisteme razlog korišćenja i njihove glavne osobine.

U desetoj glavi uvodimo Shimmer modul, koji objedinjava sve date modele, tehnologije i

primjenu opisanu u radu unutar svog dizajna. Daju se njegove opšte karakteristike, način rada,

konfiguracija i komunikacija.

U jedanaestoj glavi daje se realizacija monitoringa. Način obrade iformacija i prikazivanja istih.


71

LITERATURA:

[1] Dr. Ibrahim A. Ghaleb, «BlueTooth:Connect Without Cables», Electrical Engineering Department

Faculty of Engineering Alexandria University, June 2002

[2] David Kammer,Gordon McNutt, Brian Senese, «The short range interconnect solution» Published by

Syngress, 2002

[3] Mats Andersson, «Industrial Use of BlueTooth» CTO connectBlue AB, Sweden, Web2006

[4] BlueGiga's medical offering. «BlueGiga» BlueGiga Web Ressource

[5] Tony Parisi, «Implementing BlueTooth for Industrial and Medical applications», NXP Press, Jun 21,

2007

[6] Global Foundaries, «BlueTooth RFCOMM with TS 07.10 Serial Port Emulation», Global Foundaries ,

May 2002.

[7] Kent Lennartsson, «BlueTooth in service and production applications», KVASER AB

[8] Halt Eren, «Wireless Sensors and instruments» Published by CRC Press, 2006

[9] D. M. Akbar Hussain, A. A. Tabassam, M. Zafarullah Khan, Shaiq A. Haq*, Zaki Ahmed,

«BlueTooth: A Case Study for Industrial Applications», Published by Springer, 2008

[10] Mats Andersson, «Using BlueTooth in an Industrial Environment, Reliability and Robustness»,

connectBlue AB Global Found.

[11] Tam Vu Ngoc, Raj Jain, «Medical Applications of Wireless Networks» Free web ressource

[12] Xu Qiu1, Xu Aijun, Huang Zhen, Li Chengwei, «Application of BlueTooth in the Medical Field

HOLTER Applied by the BlueTooth Technology» Free web ressource

[13] William E. Saltzstein, «BlueTooth: The Future of Wireless Medical Technology?» Article.

[14] Catalin Bujdei, Stefan Dan, Adrian Pelcz, «WIRELESS SENSOR NETWORKS USED FOR

PATIENT MONITORING» University of Brasov BULGARIA 2006.

[15] Noel Baisa, «Designing wireless interfaces for patient monitoring equipment» www.rfdesign.com,

April 2005

[16] Global Foundaries, «BlueTooth Based Telemetry/ PLC System» Global Foundaries

[17] Wiggers Diagram http://en.wikipedia.org/wiki/Wiggers_diagram

[18] QRS Detection http://farukuysal.net/QRSDetection.aspx

[19] IEEE Press R.M.Rangayyan «Pan-Tompkins-algorithm-algorithm-to-detect-QRS-complex-in-ECG»

[20] IEEE Press JIAPU PAN AND WILLIS J. TOMPKINS «A Real-Time QRS Detection Algorithm»

http://en.wikipedia.org/wiki/Wiggers_diagram

http://farukuysal.net/QRSDetection.aspx


72

[21] The ECG leads http://www.statmedicaleducation.com/ecgleads.html

[22] 12-Leads ECG System http://www.bem.fi/book/15/15.htm

[23] Electrocardiography http://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography

[24] Electrocardiogram http://www.emedicinehealth.com/electrocardiogram_ecg/article_em.htm

[25] Electromyography http://en.wikipedia.org/wiki/Electromyography

[26] Assessment&Rehabilitation http://win-health.com/muscle-assessment_muscle-rehabilitation.html

[27] Jordi Llosa, Ignasi Vilajosana, Xavier Vilajosana, Nacho Navarro, Emma Surinach and Joan Manuel

Marques «REMOTE, a Wireless Sensor Network Based System to Monitor Rowing Performance »

[28] Novel Products http://novel.de/old/ger/productinfo/systems-pliance-hand.htm

[29] Bioinstrumentation System WB-2 http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/top/research/wb/wb-

2/index.htm

[30] Real-Time Operating system http://en.wikipedia.org/wiki/Real-time_operating_system

[31] Real-Time Operating system (RTOS) http://rtos.com/downloads/articles_and_white_papers-1/

[32] RTOS http://www.quadros.com/resources/white-papers/main

[33] M.J Deghani, A.R. Shashabinia Ali Akbar Safavi «Implementation of wireles data transmiton based

on BlueTooth tehnology for biosignal monitoring»

[34] Department of Computer Engineering, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran,

Saudi Arabia «Warning and monitoring medical system using sensor networks»

[35] Quadros Systems «An Introduction to Real-time Operating Systems»

[36] Shimmer User Manual http://www.shimmer-research.com/

[37] Shimmer Packet Rev1b http://www.shimmer-research.com/

[39] Matlab research center http://www.mathworks.com

http://www.statmedicaleducation.com/ecgleads.html

http://www.bem.fi/book/15/15.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography

http://www.emedicinehealth.com/electrocardiogram_ecg/article_em.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Electromyography

http://www.win-health.com/muscle-assessment_muscle-rehabilitation.html

http://novel.de/old/ger/productinfo/systems-pliance-hand.htm

http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/top/research/wb/wb-2/index.htm

http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/top/research/wb/wb-2/index.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Real-time_operating_system

http://rtos.com/downloads/articles_and_white_papers-1/

http://www.quadros.com/resources/white-papers/main

http://www.shimmer-research.com/

http://www.shimmer-research.com/

Documents

Bežični monitoring kretanja i biosignala Kojovic - Diplomski Finalni.pdf · Bežični monitoring kretanja i biosignala ... prihvatanja i obrade informacije, zaključivanja šta