Разработка прототипа костюма с нательными датчиками и мобильной платформы для повышения эффективности тренировок

Отчет 51 с., 16 рис., 2 приложения, 5 источников, 7 частей отчета. Ключевые слова: спортивные технологии, машинное обучение, система распознавания, искусственный интеллект, нейронная сеть. Целью первого этапа НИОКР является разработка аппаратной части комплекса и тканевой основы костюма. 1. Разработано две версии конструкции костюма - мужская и женская, а также соответствующие два образца тканевой основы костюма. Разработан способ вулканизации и расположения электроники в лампасах, для раскройки материала требуется кусок черного бифлекса размерами 1,53х1,45 м, эффективность раскроя 75,6%. 2. По результатам четырех итераций разработки Инерциального сенсора были выбраны процессор STM32F407 и MEMS-сенсор ICM-20789. Применение схемы Half-duplex UART, сокращающей число соединительных проводов, а также использование копроцессора MEMS-сенсоров позволило сократить число дорогостоящих микропроцессоров. 3. В трех итерациях разработки Центрального модуля были выбраны центральный микропроцессор STM32F417VGT6; энергоэффективный микропроцессор Модуля передачи данных от фирмы ST BLUENRG-132 с Bluetooth v.4.2, малым потреблением менее 30мА и скоростью коммуникации 4 Мбит/сек. Это позволило уменьшить аккумулятор с 1800 мА до 700 мА, что также уменьшило размеры всего Центрального модуля. 4. Для высококачественного измерения электрокардиографии и электромиографии в одном сенсоре была выбрана специальная схема с 14-битным АЦП, повторителем AS1623 и усилителем AS1623. Для исследований насыщения крови кислородом был выбран сенсор MAX30102, контроль измерений производился с помощью пульсоксиметра ChoiceMMed MD300C21C. В качестве устройства для исследований артериального давления использовался тонометр B.Well PRO-33 M-L. Для измерения кожногальванической реакции датчик BITalino Electrodermal Activity (EDA) Sensor. Из-за особенностей методик исследования применение методов измерения SpO2, BP и EDA в текущей версии умного костюма не представляется возможным. При необходимости данные показатели будут вычисляться из ЭКГ косвенными методами. 5. Произведены печатные платы в 2 слоя, с расстоянием между дорожками и элементами 0,125-0,2 мм, для компонент размера 0402 (0,4х0,2 мм). Питание MEMS-сенсора и вывод Bluetooth антенны – защищены от возможных помех других линий. 6. Монтаж компонент осуществлялся вручную с помощью паяльного фена с рабочей температурой +230°C и паяльной пасты с содержанием шариков припоя (ПОС-63) и флюса. Все электронные платы покрываются лаком PLASTIK 7 в 3 слоя, после чего платы IMU изолируются вулканизацией; платы же Центрального модуля помещаются в герметичный литой корпус точностью до 0,03 мм. 7. В процессе тестирования отдельных составляющих аппаратной части были проведены проверки на короткое замыкание смонтированных плат, прошивки модулей с помощью программаторов, проверка схемы питания Центрального модуля, калибровка MEMS-сенсоров, проверка модуля аккумулятора, флеш-памяти и Bluetooth модуля. После чего была протестирована вся аппаратная часть умного костюма в сборе. По результатам проведения работ первой части НИОКР успешно выполнены все поставленные задачи. Отдельного упоминания требует задача исследования применимости сенсоров измерения насыщения крови кислородом, измерения артериального давления и кожно-гальванической реакции. Используемые методики измерения данных показателей и соответствующие сенсоры неприменимы в разрабатываемом умном костюме, поэтому данные физиологические параметры будут вычисляться косвенными программными методами через электрокардиографию.