Mérés és adatgyűjtés

1. Mérés és adatgyűjtés Esettanulmány Mingesz Róbert, Vadai Gergely 2014. április 17.

2. Tartalom • Versenykajak teszter • Célkitűzés, koncepció • Megvalósíthatósági vizsgálat • Prototípus fejlesztés • Eszközfejlesztés, szoftverfejlesztés • Mérések • Jel analízis, mozgáselemzés – megfelelő indikátorok • Célszoftver készítése • További analízis

3. Kajak-kenu teszter • EDF Démász Szeged Vízisport Egyesület és az SZTE (DEAK Zrt.) együttműködése • Cél: a szegedi kajak-kenu sport támogatása • Kutatócsoportunk esetében: mérőműszer fejlesztése (feladat?) • Első lépés: célkitűzés meghatározása

4. Tudomány és sport Számos tudományterület: • Orvosi-élettani vizsgálatok • Sportpszichológia • Edzéstervezés • …

5. Tudomány és sport Informatikus, fizikus szemmel: • sporteszközök fejlesztése (hajó, lapát, ergométer) • technika tökéletesítése (kenu-kocsizás, K4, kajak?) • Edzést segítő műszerek fejlesztése • a sportoló aktuális teljesítményének mérése, rögzítése • értékelés, analízis, technikai hibák észlelése, fejlődés követése • segítség sportoló és edző számára

6. A munkafázisok • Előzetes egyeztetések, megbeszélések • Megvalósíthatósági tanulmány • Prototípus elkészítése • Mérések a prototípussal, szoftverfejlesztés, • Sorozatmérések, elemzési módszerek • A projekt zárása 2011. november 30. • További vizsgálatok…

7. A fejlesztés elemei • Hardverfejlesztés, tesztelés • Beágyazott szoftver – C • Elemzőszoftverek – LabVIEW • Végfelhasználói PC szoftver – Java

8. A koncepció • A versenyző hatékonyságának mérése • A teljesítmény minél nagyobb része a hajót előre vigye • Veszteségek minimalizálása • A versenyző mozgásának, fellépő erőknek minél részletesebb mérése? • Elég a kajak mozgásának mérése? • Tiszaparti eszmecsere 2009 őszén

9. Megvalósíthatósági tanulmány

10. A koncepció részletes kidolgozása • Meglévő megoldások • Mérési lehetőségek, korlátok • Pontosság, elemezhetőség, optimalizálási problémák • Szenzorok, beépíthető modulok • Hardver és szoftver lehetőségek • Univerzális, bővíthető műszer, előnyök • Az edzők és versenyzők számára érthető, hasznos információ

11. Irodalom • Gyorsulásmérés a 80-as évektől • Lapáterő mérés • Leginkább az evezés karakterisztikáját vizsgálták • Ergométer és valós evezéskapcsolata • Fiziológiai vizsgáltatok • Aneorób küszöb keresése • Számos ipari termék:

12. Létező megoldások ExcaliburPaddle Merlin • Lapáterő nyúlásmérő bélyeggel • Effektív érték lapáton elhelyezett gyorsulásszenzorokkal • USB-n adattovábbítás • Impulzus számítás

13. Létező megoldások: Digitrainer DigiTrainer Polaritás Ltd. • Real-time • Bluetooth-on jeltovábbítás laptop-ra • 3-tengelyű gyorsulásszenzor • GPS (10 Hz) – sebesség… • Mellkaspánt – szívritmus • Asszimetria mérés • Google-térkép rajzolás

14. Minimax MiniMax B4 Catapult • GPS (10 HZ) • 3 tengelyű gyorsulásszenzor (100 Hz) • 3 tengelyű giroszkóp (100 Hz) • Magnetométer – irány meghatározása (30 Hz) • Mellkaspánt – szívritmus • Valós idejű kommunikáció akár okostelefonnal is • Horribilis ár

15. WEBA Sport

16. Kezdeti lépések, tesztek

17. Gyorsulás

18. Gyorsulás és számított sebesség

19. Vezeték nélküli szenzorok a lapáton giroszkóp jel

21. Mozgásérzékelés? • Koordináták kiszámítása numerikus integrálással? – nem lehetséges • Pontosság • Hibák összegzése • Információnyerés az adatsorok mintázatából • Lehetetlen az evezés „pontos” kiértékelése: • Nincs optimális technika • Egyéb körülmények (időjárás, mentális állapot, szurkolás) • Szenzorok pontatlansága • Nincs egyszerű szám, mennyiség, amivel jellemezhetjük a teljesítményt – sok szenzor, sok görbe? • Elvárás a könnyen értelmezhető indikátor

22. Célkitűzés • Egyszerű, mégis megbízható indikátorok meghatározása • Edzést segítő mérőműszer fejlesztése Megközelítésünk: • Kajak mozgásának mérése • Offline kiértékelés • Nagyszámú mozgásjel alapján: • paraméterek meghatározása • kiértékelése különböző sportolók, körülmények esetén • Megfelelő indikátorok keresése

23. Saját fejlesztések

24. Szenzorok, amiket terveztünk • 3 tengelyű gyorsulásszenzor • 3 tengelyű giroszkóp • Külső szenzorok: • Magnetométer (3 tengelyű iránytű) • Sebesség mérése (propeller, Pitot-cső) • Pletizmográf • Lapáterő, további gyorsulásszenzorok • Digitális kimenetű szenzorok (GPS, EKG, stb) • Opcionálisan vezeték nélküli szenzormodulok

25. Hardverfejlesztés • Követelmények • Vízhatlanság • Hosszú működési idő • Nagymennyiségű adat tárolása • Adatok egyszerű kiolvashatósága – USB 2.0 • Akkumulátoros működés, tölthetőség (USB) • Egyszerű kezelhetőség, állapotjelzés, figyelmeztetések • Bővíthetőség

26. A mi első tervünk

27. Gyorsulásszenzorok, giroszkópok

28. Freescale és saját modul

29. Működési elv

30. Magnetométer, inerciaszenzor

31. Deformáció, erő mérése

32. Élettani jelek mérése:EKG mellpánt, fotopletizmográf

33. Az első prototípus

34. Az első prototípus dobozolva IP65, tud úszni is

35. Mechanikai rögzítés

36. Az újabb verzió: 5 darab készült

37. A műszer elhelyezése

38. Blokkvázlat

39. Az újabb verzió: USB adapter

40. Az újabb verzió

44. Specifikációk • IP65 szabványú, vízhatlan doboz, • Speciális konzol a rögzítéshez • Nyomógomb, LED a mérési beállításokhoz • PC-n Java környezetben készített szoftver végzi az adatok lementését és kiértékelését • Három csatlakozó külső szenzorok és digitális perifériák csatlakoztatásához • C8051F580 mikrovezérlő, 12 bites analóg-digitális konverter

45. Adatok tárolása, kiolvasása • 4GB microSD kártya • Több mérés indítható, tárolt adatok: • Idő (beépített RTC) • Szenzoradatok (konfigurálható) • Opcionálisan: külső jelek • Adatolvasás, PC fájlok létrehozása: • USB 2.0 port (külön adapter) • Tárolt adatok kiolvasása • Versenyző adatai • Egyedi fájlformátum

46. Beágyazott szoftver • Alacsony fogyasztású üzemmód • Kommunikéció a felhasználóval: nyomógomb, LED, zümmer kezelése • Adatgyűjtés a kiválasztott szenzorokkal, SD-kártyára mentés • Akkumulátor mérése, töltése (USB portról) • USB kommunikáció • Konfigurálás (sznzorok, mintavételi ráta, stb.) • Az SD-kártyán tárolt adatok továbbítása • Valós idejű mód (teszteléshez)

47. A műszer konfigurálása

48. A mért jelek

49. Gyorsulás Szögsebesség X Pitch Y Roll Z Yaw

50. Megoldásunk • Mintázat alapján találni mérőszámokat • Sok elegáns lehetőség • Mi megoldásunk:Paraméterek, mérőszámok megállapítása fizikai információt hordozó paraméterek alapján (evezések ideje, impulzusa, szórása, fluktuációi, stb.)