(الف) TEG روی مچ دست قرار گرفته، (ب) میزان جریان گرمای اندازه گیری شده به ازای هر سانتی متر مربع بر روی مچ دست ۱۰۰ فرد مختلف در حالت نشسته.
نتیجه عکس فوق: با توجه به راحتی استفاده از حسگرها بر روی مچ دست قرار دادن آن در منطقه مشخص شده در بالا باعث افزایش حداکثر استفاده از جریان گرمایی در آن منطقه میباشد. بقیه نتایج که مربوط به پوست هستند در منبع ذکر شده [۸] برای این بخش قابل مشاهده است.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
۲-۲-۴-بکارگیریTEGهادر دستگاههای سیار
اولین TEGسیار به عنوان یک منبع تغذیه برای حسگر بیسیم ساده قدیمی در مچ دست در سال ۲۰۰۴ (شکل زیر) ساخته شده است. در oC22، آنها قدرتی حدود ۱۰۰ مگاوات را تولید و به ماژول الکترونیکی یک گره حسگر انتقال
می دهند. این تنها ۴۰٪ از قدرت تولید شده به دلیل بهرهوری پایین مبدل ولتاژ آن میباشد.
شکل۲- ۳-شکل اولین TEG های تولید شده [۷]
۲-۳-سابقه پژوهش در آشنایی با حسگرها و گوشیهای هوشمند تلفن همراه
۲-۳-۱-حسگرها
حسگر می تواند داده هایی که برای تشخیص فعالیتهای انسانی استفاده می شود را جمعآوری کند. سه نگرانی اصلی در مورد حسگر وجود دارد:نوع، محل و تعداد. در اکثر سیستمهای آگاه به حرکت از حسگرهای حرکتی، به ویژه
شتابسنج به منظور برآورد زاویه بدن از خط عمودی و برای تعیین جهت گیری و حرکت کاربر [۹] استفاده می شود. شتابسنجها برای اندازه گیری شتاب خطی (شکل۲-۵) مورد استفاده قرار میگیرند.
شکل۲- ۴-ساختار حسگر شتاب خطی [۹]
سیگنال به دست آمده از شتابسنج دارای دو مولفه میباشد. یک مولفه شتاب گرانشی (استاتیک) که برای جمعآوری اطلاعات مربوط به جهت گیری سوژه ارائه می شود و مولفه دیگر شتاب بدن (پویا) به منظور جمعآوری اطلاعاتی در مورد حرکت سوژه استفاده می شود [۱۰]. مقادیر شتاب سنج سه بعدی در ۳ محور واحد شتاب در SI (سیستم بین المللی) بر حسب m/s2 اندازه گیری می شود.
شکل۲- ۵-مولفه های شتاب سنج [۱۰]
به برخی از تحقیقات با بهره گرفتن از تعداد فعالیت و دید کامپیوتری که بشکل بالقوه بوسیله شناخت فعالیت با بهره گرفتن از شتابسنج پشتیبانی شده است در [۱۱-۱۲-۱۳] اشاره شده است. در جدول زیر به تعدادی از تحقیقات گذشته که نرخ شناخت فعالیت آنها بین ۸۵تا ۹۵ درصد برای حرکت، وضعیت و فعالیتهای دیگر با بهره گرفتن از داده های شتاب سنج صورت گرفته، اشاره شده است [۱۴].
شکل۲- ۶-لیست تحقیقات برترشناخت فعالیت[۱۴]
با توجه به [۱۵] محققان بیشتر علاقهمند به استفاده از شتابسنج میباشند، زیرا جمعآوری اطلاعات شتابی از کاربران نسبت به حسگرهای دیگر مانند میکروفون و یا دوربین کم زحمتتر میباشد و دردسر کمتری دارد علاوه بر آن به شکل محو در پس زمینه میباشد. همچنین مزایای بسیاری دیگری وجود دارد که این نوع از حسگر را برای شناخت
فعالیتهای انسانی مفید میسازد. به عنوان مثال، هزینه کم و اندازه کوچک آنها (که باعث راحتی جاسازی آنها در گوشی می شود.
تحقیقات قبلی نشان میدهد که حرکاتی مانند راه رفتن، دویدن و بالارفتن از پله و حالتی مانند نشستن، ایستادن وخوابیدن را میتوان با میزان دقت و صحت ۸۳٪ تا ۹۵٪را با بهره گرفتن از شتاب لگن، ران و مچ پا آشکار ساخت. با این حال، تحقیقات [۱۶] نشان داد که غالبا ران و مچ دست، مکانهای بهتری برای قرار دادن شتابسنج برای تشخیص فعالیت در تنظیمات میباشد. غالبا داده های شتابسنج جمعآوری شده از مچ دست برای تمیز دادن فعالیتهای مربوط به حرکات بالای بدن و داده های حاصل از شتابسنج در قسمت ران برای تمایز فعالیت اندامهای حرکتی مفید میباشد. سیستمهای تشخیص فعالیت که با دادههایی از محلهای مختلف کار کنند، به کاربر اجازه حمل دستگاه در محل مناسب برای کار درزمینه موردنظر را می دهند.
قرارگیری حسگرها در یک محل ثابت، استفاده از یک سیستم اطلاعات چند رسانهای برای ثبت نشانه های متنی از محیط را امکان پذیر میسازد. توجه به تعداد حسگرهای مورد نیاز برای یک شناخت دقیق فعالیت، داد که با بهره گرفتن از دو حسگر تنها ۵٪ ازدقت و صحت در مقایسه با یک سیستم که متاثر ازپنج حسگر است در شناخت فعالیت حاصل
میگردد. در مقایسه شتابسنج دو محوری و سه محوری، هزینه قابل توجه اضافی را بر روی داده ها اعمال می کند بیشترین تعداد حسگرهای استفاده شده در مقالات ذکر شده شتاب سنجهای شش محوره بوده است.
موضوع مهم دیگر در مورد حسگرها این است که برخی از فعالیت به عنوان مثال بالا رفتن از پلهها معمولا تنها با بهره گرفتن از اطلاعات شتابسنج غیرقابل تشخیص بوده و نیاز به حسگرهای مکمل (به عنوان مثال میکروفون و فشارسنج
رایجترین فعالیتهای انسان در تحقیقات گذشته راه رفتن، دویدن، نشستن، ایستادن، بالا و پایین رفتن بوده است.
۲-۳-۲-گوشیهای هوشمند
نسل جدید گوشیهای هوشمندکه توسط کاربران به عنوان یک وسیله شخصی مهم در نظر گرفته شده، با دورنمایی از در دسترس بودن مورد استفاده قرار میگیرد. این دستگاه دارای پتانسیل رو به افزایش کافی برای جمعآوری داده های حرکتی، قابل استفاده برای ساخت سیستمهای پیش بینی فعالیتهای انسانی میباشد [۱۷].
درک این مزایا در حال تبدیل شدن به امری عادی میباشد، بطوریکه کاربران به این خصوصیت همواره در دسترس عادت کرده اند. یکی از مهمترین کاربردهای سیستم پیش بینی فعالیتهای انسانی مراقبتهای بهداشتی به ویژه برای افراد مسن است. با این حال، افراد مسن ممکن است مهارت های مشابهی در زمینه کار با گوشیهای هوشمند در مقایسه با جوانها را نداشته باشند و علاوه بر آن، قبل از مقوله حمل این نوع از دستگاهها و تبدیل شدن آن به یک فاز ضروری در زندگی روزمره نحوه استفاده از این سیستم برای افراد مسن و یاد گیری چگونگی تعامل با این فنآوری مهم میباشد. با وجود این واقعیت که امروزه افراد مسن تمایلی بهنه به تعامل با گوشیهای هوشمند را ندارند، ولی در آینده کاربران مسنتر که با این تکنولوژی بزرگ شدند احتمالا به یک بخش مهم بازار آن تبدیل خواهند شد. گوشی همراه با طیف گستردهای از حسگرهای داخلی (جدول ۱-۲)، از جمله شتابسنج و ژیروسکوپ میباشد، که می تواند برای نظارت بر فعالیتهای روزمره انسان تجهیز و مورد استفاده قرار گیرد [۱۸].
جدول۲- ۱-لیست تعداد حسگرهایی که دربرخی گوشیها به تازگی بکارگرفته شده اند [۱۸]
گوشیهای هوشمند مبتنی بر اندروید به عنوان پلت فرم برای این پایان نامه انتخاب شده اند به این دلیل که سیستم عامل اندروید رایگان، متن باز، و برنامهنویسی آسانی داشته و انتظار میرود که در حال تبدیل شدن به مقولهایی عادی در زندگی روزمره افراد باشد. هزینه کم گوشیهایی که شتابسنج در آنها تعبیه شده است نیز باعث شده است که بخشی از زندگی روزمره مردم شود. توسعه برنامه های کاربردی گوشیهای هوشمند برای پیش بینی فعالیتهای انسانی با برخی اشکالات به عنوان مثال باتری و حافظه محدود روبروست و هر گونه توسعه های جدید در این زمینه باید جوابگوی سوالاتی در این زمینه باشد.
۲-۴- سابقه پژوهش در تشخیص فعالیت انسانی بوسیله حسگرها
همواره طراحان به دنبال مصرف انرژی بشکل کارآمد در سختافزار و نرمافزار میباشند. در این مقالهها به تکنیکهای سخت افزاری با تمرکز بر بهینهسازی بهرهوری انرژی درصفحه نمایش [۱۹]، پردازنده [۲۰]، سختافزارهای ارتباطاتی [۲۱]، نرمافزارهای تبدیل و مقیاسگذاری [۱۹] و انرژی کارآمدجمعآوری اطلاعات و ارتباطات [۲۲] اشاره شده است.
در مقاله [۲۳] ذکر شده است که اتصال به اینترنت WiFi بسیار هزینه انرژی پایینتری نسبت به GPS و ۳G داشته و در ادامه مطالعه با توجه به استفاده گسترده از برنامه های کاربردی بر اساس موقعیت مقاله [۲۵]، با بکارگیری چارچوبی بنام EnLoc به کاهش مصرف انرژی از طریق استفاده از WiFi یا GSMبجای بکارگیریGPS برای موقعیتیابی کاربر در تلفن همراه اشاره کرده است. همچنین [۲۶] برنامهای به عنوان چارچوبی برای تشخیص موقعیت طراحی شده که به نسبت استفاده از GPS حدود ۹۵% ذخیره انرژی بر اساس اندروید برای تلفنهای هوشمند به همراه داشته است. در مقاله [۲۷] روشی برای به حداقل رساندن مصرف انرژی با بهره گرفتن از رویکرد مبتنی بر پیش بینی و و در مقالات [۲۸-۲۹] کاهش مصرف انرژی بر اساس مکان کاربر توضیح داده شده است.
۲-۴-۱-تعریف و طبقه بندی فعالیتهای انسان
فعالیت فیزیکی این طور تعریف می شود: هر حرکت بدنی ایجاد شده توسط ماهیچههای اسکلتی که در نتیجه آن انرژی مصرف شود. بعضی از این فعالیتها شامل پیادهروی، بالارفتن از پله، ورزش کردن و… می شود. فعالیت فیزیکی انسان ابعاد گوناگونی دارد که می تواند تعریف و مشخص شوند مانند انواع حالات (مثل نشستن، ایستادن، راهرفتن، دراز کشیدن)، طول مدت و شدت ( سرعت گام، قدرت حرکت)، تکرار (مانند تعداد تغییرات حالت)[۳۰]. معمولا افراد فعالیتهای متفاوتی را درطول روز انجام می دهند. خیلی از این فعالیتها روزانه تکرار میشوند مانند غذاخوردن حدود ساعت ۱۲ ظهر، خوابیدن حدود ۱۱ شب و… الگوی فعالیت روزانه بطور ساده یک توالی از فعالیتهای انجام شده بوسیله کاربر در طول روز میباشد [۳۱].
فعالیت انسان توالی از عملهاست که در زمان یا فضا انجام میشوند. همه انسانها یک سیکل روزانه که در آن خیلی از فعالیتها دورهای هستند را انجام می دهند و بخصوص چون افراد مسن به تنهایی زندگی می کنند این باعث می شود که مجموعه ای از فعالیتهای روتین را روزانه اجرا کنند. دستهبندیهای مختلفی در مورد فعالیتهای انسان تعریف شده است. برای مثال حالت فعالیت (ایستا، انتقال، پویا) مدت زمانی که طول میکشد (کوتاه مدت، بلند مدت) قسمتی از بدن که مورد استفاده قرار میگیرد (پایین بدن، بالای بدن) نوع فعالیت (نمایشی، تعاملی) و…
فعالیتهای روزمره زندگی[۵] اصطلاحی پزشکی است که به مجموعه ای از فعالیتهای خود مراقبتی اشاره دارد. این فعالیتها شامل حرکت در رختخواب (نشستن و برخاستن از رختخواب)، انتقالها (مجموعه ای از حالتهای زنجیرهوار از نشستن تا ایستادن و انتقال به مثلا رختخواب) حرکت از جایی به جای دیگر (راه رفتن در یک سطح مانند پایین رفتن از راه پله)، لباس پوشیدن، بهداشت فردی (استحمام، شستن دست و صورت) و تغذیه (خوردن و اشامیدن) [۳۲, ۳۳].
HUYNH فعالیتهای انسان را به فعالیتهای سطح پایین و سطح بالا دستهبندی می کند. فعالیتهای سطح بالا مانند فعالیتهای مثل پیادهروی، نشستن، ایستادن، جاروبرقی کشیدن، غذاخوردن، شستن ظرف و…که معمولا چندثانیه یا دقیقه زمان میبرد. فعالیتهای سطح بالا معمولا ترکیبی است از فعالیتهای سطح پایین و اصطلاحاً طولانیتر هستند. مانند پاک کردن خانه که معمولا بیشتر از چند دقیقه طول میکشد [۳۴].
| کوتاه مدت (در حد چند ثانیه) |
میان مدت (در حد چند دقیقه) |
