TFG: Development of algorithms for monitoring physiological parameters to assist drivers

One of the main problems that we face today is traffic accidents. In recent years there have been more than 1000 deaths per year in Spain due to this reason, however, it is extremely difficult to find products on the market that assist the driver to deal with this problem.

In order to provide a solution to the problem outlined, at the B105 Electronic Systems Lab, a bracelet wearable was designed, which monitors the driver’s body temperature, stress level, heart rate, blood pressure, and the level of alcohol in the air.  This device is intended to provide a tool for the drivers to assist them to check if they are physically good and mentally ready to drive. However, the reliability expected in this device was not achieved, to use it as an end system in a user, due to a lack of time. For this reason, the main objective of this TFG has been to achieve the greatest performance of the electronic device designed in the previous project.

The first step has been to carry out a study of other similar products that can be found in the market, as well as the design of the device.

Then, an analysis of the parameters obtained with the bracelet has been conducted, to understand what aspects need to be known about them to measure them, and the different methods that exist to obtain them. In addition, the measurement method used by the device for each of them has been analysed in further detail, focusing on what problems it could present, and which factors could affect them.

Afterwards, tests have been carried out in all the modules in a separate way, in which the previous analysis has been considered. Different measurements have been performed on all the sensors during the tests, to calibrate them and to check their behaviour towards the factors that affect them.Through these tests, it has been concluded which is the optimal method to obtain each one of the parameters, the design problems that the device presents, and how it could be improved.

Lastly, the integration of all the modules has been carried out, in which besides obtaining all the parameters considering the conclusions obtained from the tests, an alarm system has been carried out. This system warns the user by the vibration of the bracelet, if a value out of a healthy range is detected in any of the measurements on the parameters. This integration has also been tested and depurated using the debugger.

Finally, it can be concluded that the main objective of the project has been achieved, although some changes would be necessary to improve its functionality, in order to be used as an end device.

El eSpMART105 toma forma

Dentro de la colaboración del B105 ESL con la empresa Valoriza nace el proyecto Lázaro, con el objetivo de crear un sistema para la detección automática de barreras usando visión por ordenador y realidad aumentada.

Además de este primer objetivo, el proyecto persigue otra importante meta, el desarrollo de una red de sensores inalámbrica para monitorizar las condiciones de vida de personas con necesidades especiales, como ancianos o personas con minusvalía.

Es dentro de este segundo objetivo donde nace nuestro wearable: eSpMART105.

El dispositivo que hemos desarrollado es una pulsera, capaz de medir la temperatura (ya sea ambiente o corporal del paciente), medir su ritmo cardíaco, su saturación de oxígeno y monitorizar su actividad diaria, detectando posibles caídas y avisando al personal que se encuentre a cargo de dicho paciente.

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Pulsera eSpMART105

Gracias a una aplicación móvil para Android, también desarrollada por nosotros, el personal sanitario puede en todo momento consultar el estado del paciente, ver un registro de sus últimas medidas, así como cambiar la periodicidad de las mismas, consultar su historial clínico, recibir alertas sobre posibles valores anómalos en el paciente o caídas y administrar, sencillamente desde el móvil, a todos los pacientes de la residencia.

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Una de las vistas de la aplicación

La comunicación entre la pulsera y el móvil se realiza mediante Bluetooth Low Energy, el más actual de los estándares Bluetooth disponibles.

Además, en caso de que se detecte un evento de gran peligrosidad como una caída o un pulso anormalmente alto, la pulsera es capaz de realizar una búsqueda exhaustiva de puntos de acceso Wi-Fi almacenados en su base de datos y establecer conexión con ellos, enviando el aviso. Esto hace a nuestra solución capaz de comunicarse con dos de las tecnologías inalámbricas más ampliamente usadas en el mercado actual. Todo ello con un consumo muy bajo, que permite a la pulsera (dependiendo de los intervalos de medición de parámetros del paciente) una vida de hasta dos semanas. Para el desarrollo de esta pulsera nos hemos basado en el ESP32, un dispositivo genial para desarrollo debido a su integración en un reducido tamaño de Wi-Fi y Bluetooth, así como numerosos GPIO’s, I2C, SPI, UART, control para pantallas táctiles y mucho más.

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ESP32

La caja de la pulsera, así como su correa es también diseño nuestro. Ha sido impreso en material 3D, recurriendo a filamento rígido transparente para la caja, pues la rigidez de este material aporta robustez mecánica al diseño, y material blanco flexible para la correa, compuesto que la hace más cómoda de llevar.

Paralelo a este desarrollo hemos recurrido a relojes de la marca Pebble, que permiten programar aplicaciones en C e incorporan también comunicación Bluetooth y sensor de ritmo cardíaco. Gracias a este reloj podemos obtener datos nuevos del paciente como su nivel de actividad, sus pasos diarios y una segunda medición de ritmo cardíaco, que aporta robustez a la medida de nuestro sistema. Los datos que recoge esta otra pulsera son también enviados a la misma aplicación de Android, quedando por tanto, toda la información del paciente centralizada.