Implementación embebida de los algoritmos de procesado de un dispositivo para la detección de caídas

Abstract

En la actualidad, las personas mayores o dependientes que viven solas se enfrentan cada día a la posibilidad de sufrir una caída sin nadie que las pueda auxiliar. Qué útil sería tener un mecanismo de detección de estos posibles accidentes y de producirse avisar a un contacto de emergencia o a los servicios de emergencias. El diseño de este tipo de dispositivos constituye una de las líneas de investigación del Grupo de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Sevilla. Concretamente, se trata de investigar y desarrollar soluciones basadas en sistemas inteligentes para la detección de caídas, que en caso de detectar una caída inicien una llamada a un servicio de emergencias o a una persona de contacto. Actualmente el grupo de investigación dispone de un prototipo de laboratorio cuyo firmware está desarrollado, hasta la fecha, en lenguaje ensamblador, limitando la portabilidad y dificultando los desarrollos futuros que se puedan necesitar debidos a cambios en los requisitos del sistema. Por tanto, es objetivo principal de este proyecto, adaptar el algoritmo de detección desarrollado por el equipo a lenguaje C, un lenguaje que permite adaptar el desarrollo fácilmente a otros microcontroladores y facilita la implementación de nuevas funcionalidades o cambios de hardware. Se ha optado por desarrollar una librería propia para el funcionamiento del acelerómetro incluido en el prototipo, utilizando librerías existentes de Microchip para el uso de la UART y la comunicación SPI. El algoritmo principal desarrolla los cálculos de energía partiendo de las aceleraciones leídas en el mismo bucle y ejecuta las comparaciones con umbrales para detectar picos de aceleraciones y energías, que unidas darán como resultado la detección de impactos. Finalmente, tras finalizar el desarrollo se valida el algoritmo con datos experimentales de escenarios simulados obtenidos previamente con voluntarios (durante el desarrollo de la investigación), dando como resultado la viabilidad del dispositivo (y algoritmo) para dicha detección de impactos.

At present, the elderly or dependent people who live alone face every day the possibility of suffering a fall without anyone who can help them. How useful it would be to have a mechanism to detect these possible accidents and, if they occur, notify an emergency contact or the emergency services. That is the purpose of the work carried out by the Biomedical Engineering research team at University of Seville, which describes an intelligent fall detection system that, in case of detecting a fall, initiates a call to an emergency service or a contact person. However, this project is implemented to date in assembly language, limiting portability and hindering future developments that may be needed due to changes in system requirements. Therefore, the main objective of this project is to adapt the detection algorithm developed by the team to C language, a language that allows development to be easily adapted to other microcontrollers and facilitates the implementation of new functionalities or hardware changes. It has been decided to develop a library for the operation of the accelerometer included in the prototype and get existing Microchip libraries for the use of the UART and SPI communication. The main algorithm develops the energy calculations starting from the accelerations read in the same loop and executes the comparisons with thresholds to detect peaks of accelerations and energies, which together will result in the detection of impacts. Finally, after completing the development, the algorithm is validated with experimental data from simulated scenarios previously obtained with volunteers (during the development of the research), resulting in the feasibility of the device (and algorithm) for such impact detection.