Wearable Technology

Autor: Thomas Marton
Betreuer: Prof. Schneider
Art: Projektarbeit

Abgabetermin: 15.01.14

Motivation

Mit einem Smartphone hat man die Möglichkeit Freunde zu orten und so spontan zu treffen. Für Kinder, die noch zu jung für ein Handy sind, wünschen sich Eltern die Möglichkeit eines "Geofencing", um für die Sicherheit des Kindes zu sorgen. Als Recheneinheit könnte ein Mikcocontroller oder beispielsweise ein Intel Edison zum Einsatz kommen.

Ziel

Erstellen Sie ein tragbares Modul, welches kompakt ist und die Ortung einer Person auf 10m Genauigkeit zulässt.

Aufgabenstellung

1. Recherchieren Sie welche Methoden es gibt, um Personen zu orten.
2. Identifizieren Sie Kriterien für einen Vergleich der Methoden.
3. Vergleichen Sie die Methoden wissenschaftlich.
4. Entscheiden Sie sich für eine Methode, beschaffen Sie die Bauteile und setzen Sie Ihren Ansatz praktisch um.
5. Dokumentieren Sie Ihre Vorgehensweise fortlaufend wissenschaftlich und präsentieren Sie Ihr Ergebnis.
6. Schreiben Sie hier einen Wiki Artikel über Ihr Projekt.

Anforderung

Besuch der Veranstaltung Praxisseminar

Projektdurchführung

Im Rahmen dieser Projektarbeit soll ein System entwickelt werden, welches es ermöglicht, ein Alarmsignal an ein mobiles Endgerät zu senden, sobald ein GPS-Empfänger ein abgegrenzten Bereich verlässt. Für die Realisierung dieser Projektarbeit, wurde ein GPS-System verwendet. GPS weisst eine bessere Kontinuierlichkeit der empfangenen Daten auf. Bei GSM-Systemen wiederum ist der Empfang und die Gütigkeit der Daten stark von der Anzahl der Sendestationen, die sich in der Umgebung befinden, abhängig. GPS benötigt eine Mindestanzahl von Satelliten, die ihr Daten senden. Ist diese Mindestanzahl gegeben, ist das Signal überall verwendbar, egal ob in Ballungsgebieten oder in ländlichen Gegenden.

Das Projekt soll mit einem Mikrocontroller-Board und einem GMS-GPS-Erweiterungsshield realisiert werden. Hierfür wird der Arduino-UNO als Board (s. Abbildung1: Arduino-UNO) und das GSM-GPS-Shield von Antrax (s. Abbildung2: GSM-GPS-Shield) verwendet. Außerdem wird für den Verbindungsaufbau mit den Mobilfunknetzen eine SIM-Karte benötigt, welche von jedem beliebigen Anbieter erworben werden kann. Die verwendeten Bauteile für das Projekt sind demnach das Arduino-Mikocontroller-Board "UNO", das GSM-GPS-Shield von Antrax, eine GSM-Antenne und eine 9V-Blockbatterie zur Spannungsversorgung.

Abbildung1: Arduino-UNO

Abbildung2: GSM-GPS-Shield

Die Programmierung der Hardware erfolgt über die Standard Arduino Software "Arduino IDE 1.0.5-r2" (s. Abbildung3: Arduino-Software-Oberfläche).

Abbildung3: Arduino-Software-Oberfläche

Der Quellcode für die Realisierung des Projekts befindet sich hier.

Projektergebnis

Das Projektergebnis ist ein kompaktes Bauteil bestehend aus dem Arduino-Board, dem GSMGPS- Antrax-Shield und einer Antenne (s. Abbildung4: Kompaktes Modul mit Spannungsversorgung). Über Google-Maps können Koordinaten für den gewünschten Bereich ausgelesen werden. Die Koordinaten werden manuell im Arduino-Programm angegeben. Nachdem des Programm kompiliert und übertragen wurde, kann es mit den aktuellen Koordinaten gestartet werden. Bis ein geeignetes GPS-Signal verarbeitet werden kann, wird einige Zeit benötigt. Mit dem Blinken beider LEDs auf dem Arduino-Shield wird gezeigt, dass ein GPS-Signal vorhanden ist.

Abbildung4: Kompaktes Modul mit Spannungsversorgung

Der gewünschte Bereich, in dem sich das System aufhalten darf, kann Softwareseitig bestimmt werden. Sobald der defnierte Bereich vom System verlassen wird, wird ein Alarm ausgelöst und die Hardware (Arduino-Shield) sendet alle 5min eine SMS an die gewünschte Mobilfunknummer

Anwendung des Geofencing-Projekts

1. Bereich festlegen, in dem sich das Modul aufhalten darf.

Dafür werden zuerst die Koordinaten der Bereichseckpunkte benötigt. Diese werden mit der Hilfe von GoogleMaps bestimmt(s. Abbildung5: GoogleMaps-Oberfläche).

   1. Rechtsklick auf die Karte von GoogleMaps (gewünschter Eckpunkt) 
   2. Auf "Was ist hier?" klicken
   3. Longitude oder Latitude ablesen und dem Programm übergeben (Je nach Bereichsseite)
      Die Latitude ist hierbei der erste Wert und wird benötigt für die obere bzw. untere Grenze.
      Die Longitude ist der zweite Wert und wird für die rechte bzw. linke Seite des Bereichs benötigt

Diese Schritte für jede der vier Seiten durchführen.

Abbildung5: GoogleMaps-Oberfläche

2. Mobilfunknummer des Empfängers und PIN-Nummer der Mobilfunkkarte dem Programm übergeben

3. Programm auf das Arduino-Board laden

4. Spannungsversorgung für die mobile Verwendung anschließen.Wenn beide LEDs auf dem GSM-GPS-Shield blinken ist eine GPS-Verbindung gegeben.

Sobald das Modul den definierten Bereich verlässt, wird eine SMS an den Empfänger gesendet. Dies geschieht im 5min-Takt. Ein Beispiel ist in Abbildung6: SMS-Oberfläche ersichtlich.

Abbildung6: SMS-Oberfläche

Inhalt der SMS ist ein GoogleMaps-Link mit den Koordinaten des Moduls. Sendet der Empfänger eine SMS mit dem Inhalt "1" kann die Position des Moduls direkt abgefragt werden. Bei einer SMS mit dem Inhalt "2" wird der Alarm gelöscht, sofern dieser zuvor durch verlassen des definierten Bereichs ausgelöst wurde.

Wird der Link in der SMS geöffnet, wird man automatisch an GoogleMaps weitergeleitet und sieht durch eine rote Marke die Position des Moduls (s. Abbildung7: GoogleMaps-Handy).

Abbildung7: GoogleMaps-Handy

Ausblick

Dieses Projekt könnte dahingehend verändert werden, dass die Bauteile in ihrer Bauform verkleinert werden. Statt einem fertigen Mikrocontroller-Board (Arduino-UNO) könnte beispielsweise ein einfacher Mikrocontroller genutzt werden. Durch das geringere Bauvolumen könnten die elektronischen Bauelemente besser in Kleidung oder anderen Gegenständen integriert werden. Andererseits ist es mit einem anderen Arduino-Shield möglich eine Art GPS-Tracker zu programmieren, der die Koordinaten auf einer integrierten SD-Karte speichert. Diese Daten könnten dann am PC oder Online ausgelesen und analysiert werden.

Weblinks

• wearable-technologies.com
• Intel Presents the "Make it Wearable" Challenge
• Intel Edison
• Marktreif: Wearable Computing
• Android Wear: Google startet Wearable-Betriebssystem
• MIPS-Plattform für Wearables
• Advanced Energy Materials: "Weaving Efficient Polymer Solar Cell Wires into Flexible Power Textiles"