- سابقه پژوهش تشخیص فعالیت در دستگاههای تلفن همراه
- سابقه پژوهش آگاهی از انرژی بر اساس فعالیت فردی کاربر در دستگاههای تلفن همراه
۲-۱-هدف
رویکرد تشخیص فعالیت مبتنی بر آستانه اجرا، قادر به افتراق بین فعالیتهای ایستا و پویا میباشد. فعالیتهای استاتیک به شرایطی ارجاع میگردد که کاربر در حالت ساکن باشد به عنوان نمونه ایستادن، نشستن و یا دراز کشیدن. فعالیتهای پویا به فعالیتهایی که شامل حرکت کاربر باشد ارجاع داده می شود. به عنوان نمونه راه رفتن، بالا رفتن از پلهها و انتقال وضعیت حالتها (تغییرحالت نشستن به ایستادن) [۳].
نتایج به دست آمده در مجموعهداده جمعآوری شده توسط SmartLab[4] نشان میدهد که حسگر شتابسنج به تنهابب می تواند برای تشخیص دقیق فعالیت فیزیکی و استراتژی پیادهسازی الگوریتمهای طبقه بندی فعالیت در محیطهای
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
نرمافزاری استفاده شود. در ادامه این مقاله به این موضوع اشاره شده است که شناخت فعالیتهای انسانی به وسیله حسگرهای همراه بدن به یک موضوع مهم پژوهشی با هدف ایجاد و یا بهبود برنامه های ابتکاری که ارائهدهنده نظارت بر فعالیت کاربر میباشد تبدیل شده است. امروزه با توجه به توانایی ضبط و تشخیص فعالیتهای فردی روزانه، تعیین درجه کارآیی و سطح عمومی فعالیت یک کاربر ضروری بنظر میرسد [۴].
نمونه کاربردی این سیستمها، ارائه دهندگان برنامه های کاربردی در دنیای واقعی در مقوله مراقبتهای بهداشتی و نظارت بر تناسب اندام میباشند. در دستاورد مطالعات نویسنده مقاله [۵] اثرات مثبت فعالیت بدنی بر تمام عملکردهای بدن ثابت شده است و این مطالعات نشان داد که خطر ابتلا به بیماری های قلبی و عروقی در افراد فعال فیزیکی تا ۵۰ درصد
پایینتر است. با در نظر داشتن این موضوع، با پیر شدن تدریجی جمعیت و بودجه محدود برای مراقبتهای بهداشتی عمومی، نظارت بر فعالیتهای روزانه توجه بیشتری را میطلبد که باعث بهبود توانایی برای کمک به بیماران و کمک به آنها برای مراقبت از خود و در نهایت کاهش مراقبتهای بهداشتی معمولی میباشد. در این میان بحث مدیریت انرژی در این دستگاهها برای دسترسی دائم به این برنامه ها و سایر برنامه های کاربردی دستگاههای تلفن همراه ضروری بنظر
میرسد.
در مقاله بالایک سیستم کنترلی که می تواند به افراد در ردیابی فعالیت بدنی خود کمک کند و به مراقبان سالمندان برای کمک به آنها یاری رساند پیادهسازی شده است. هدف از این پایان نامه بررسی روشی برای نظارت بر فعالیت با بکارگیری تکنیکهای ماشینهای یادگیری است که با بهره گرفتن از مجموعه داده های ذخیره شده حاصل از فعالیتهای روزمره زندگی قادر به اجرا شدن در گوشیهای هوشمند میباشد که ما با مطالعه این مقاله و مقالات نظیر آن بدنبال شناخت فعالیت کاربر و به دنبال آن مدیریت انرژی در دستگاه تلفن همراه با پشتیبانی تشخیص فعالیت میباشد. این پروژه به دو زمینه اصلی تحقیقی تقسیم می شود: قسمت اول آن قبل از پردازش و روشهای طبقه بندی با بهره گرفتن از مجموعه داده های بدست آمده از فعالیتهایی مانند (ایستادن، نشستن، دراز کشیدن، راه رفتن، دوچرخه سواری، رانندگی) با داشتن تعداد زیادی نمونه برای هر فعالیت بوده و در مرحله بعد ارائه نتایج که منوط به طبقه بندی فعالیتها میباشد.
۲-۲-برداشت انرژی از محیط برای تامین انرژی دستگاههای سیار
۲-۲-۱-مرور اجمالی بر، برداشت انرژی در سیستمهای سیار
در مقاله [۶] شبکه های حسگر بدنی بشکل اختیاری شامل حسگرهای سیار یا یک شبکه بدنی [۲]بیسیم میباشند که به یک کامپیوتر خانگی و یا به یک کامپیوتر راه دور از طریق دستگاههای اتصال از راه دوراز جمله دستگاه دیجیتال شخصی یا تلفن همراه متصل میشوند اشاره مفصلی شده است. در حالی که انتقال داده ها از راه دور به طور معمول تنها با بهره گرفتن از باتری به عنوان یک منبع تغذیه انجام میپذیرد، انرژی حسگرهایی با لینکهای بیسیم در مسافتهای کوتاه را بطور اتوماتیک میتوان تامین کرد. این ایده تامین انرژی از خود دستگاه جدید نیست در واقع برای قرنها بر روی آن کار شده است. اولین دستگاه سیار با این خاصیت یک ساعت مچی بود که در سال ۱۷۷۰ اختراع شد. به هر حال، به طور معمول میزان انرژی قابل برداشت یک دستگاه کوچک زیاد نیست به طوری که از این دیدگاه استفاده از یک باتری بشکل نو و یا قابل شارژ، از نقطه نظر عملی کافی است.
اهمیت موضوع را در قالب این جمله درمییابیم که در سراسر جهان تلاش مداومی در توسعه استفاده از ریز ژنراتورها وجود دارد که باید ضرورت از بین بردن سیمکشی و باتری را دستگاههای خود مختار و مستقل و یا دستگاههایی که دسترسی به آنها دشوار است مد نظر قرار گیرد. توسعه گسترش برداشت انرژی در راستای هدف مذکور در سطحی بالا قرار گرفته است. دستگاه برداشت انرژی (که روبنده انرژی نیز نامیده می شود) ژنراتور برق نسبتا کوچکی است که به سوخت فسیلی نیاز ندارد. در عوض، آن با بهره گرفتن از انرژیهای موجود در محیط، مانند انرژی الکترومغناطیسی، ارتعاش، باد، یک جریان آب، و انرژی گرمایی بدست می آورد.
این منابع به عنوان منابع تامین انرژی قدرت هستند که برای تأمین انرژی خانهها در مکانهای دور، برجهای نور، فضاپیما و در حمل و نقل (به جز مواردی که بر اساس سوختهای فسیلی کار می کنند (بکار گرفته میشوند. به طور معمول برداشت انرژی توسط یک Microplant Power با اندازه یک تاچند سانتیمتری که هر انرژی اولیه که در محیط در دسترس است را به الکتریسیته تبدیل می کند، انجام میگیرد. دلیلی که به آنها “دروگرها” یا “جاذب” میگویند سطح
نرمافزاری جدید آنهاست. آنها برای تأمین انرژی دستگاههای کوچک، مانند حسگرها و یا گرههای حسگر استفاده
میشوند به این ترتیب نیاز به تأمین انرژی آنها را حذف شده و احتیاجی به شارژ مجدد و یا تعویض باتریها نیست. همچنین وسیله برداشت انرژی می تواند با یک باتری ترکیب شود و بعنوان یک منبع مکمل قدرت برای بهبود استقلال انرژی دستگاه در اندازه محدود از باتری ارائه شود.
از سه نوع منبع انرژی میتوان برای برداشت انرژی در دستگاههای سیار استفاده کرد.
- انرژی مکانیکی افراد حاصل از حرکت یا شتاب خود آنها در زمان جابجایی.
- انرژی الکترومغناطیسی است که انرژی عمدتا به نور وابسته است.
- جریان گرما ناشی از تفاوت در درجه حرارت بین بدن انسان و محیط.
یک تفاوت بین برداشت کننده های انرژی حساب شده مانند سلولهای فتوولتائی و ژنراتورهای Driven Micro Power وجود دارد. یک نمونه برای دومی یک چراغ قوه است که با تکان دادن و یا با بهره گرفتن از یک دینام از پیش تعبیه شده کار می کند. میزان قدرت بر حسب وات میباشد که می تواند در چنین ژنراتورهای کوچک[۳] حرکت محور به دست آمده باشد. با این حال، این راه تأمین انرژی بشکل یک شبکه بدنی یا حسگرهای سیار را باید در بعضی محیطها مانند
محیطهای پزشکی رد کرد زیرا مراقبتهای اضافی مورد نیاز در سمت بیمار بوجود می آید. بدترین سناریو برای برداشت انرژی اینست که میزان نور در خانه کم باشد یا بیمار در تخت خود ساکن بماند. پس عملا انرژی مکانیکی برای برداشت وجود ندارد در اینجا جریان گرما به حداقل میرسد زیرا سرعت سوخت و ساز به خصوص در افراد مسن پایین است. بنابراین تنها بخشی از سر و گاهی اوقات مچ دست فرد تنها منطقه نسبتا کوچکی است که در آن برداشت انرژی حرارتی و یا نور می تواند در این بیماران انجام گیرد.با اینکه انرژی در دسترس کم است، همچنین نور در داخل اتاق در سطحی پایین است ولی با این حال حتی در چنین مواردی تأمین انرژی به عنوان مثالدرحسگر ناظر بر سلامت فرد با بهره گرفتن از برداشت انرژی امکان پذیر است.
همانطور که در بالا اشاره شد مراقبتهای بهداشتی پیشگیرانه به عنوان راهی برای کاهش هزینه بهداشت و درمان در نظر گرفته شده است که به طور پیوسته در یک روند رو به رشد قرار دارد و یکی از استراتژیها نظارت بر سلامت و مدیریت در خارج از مراکز درمانی گران برای پزشکان و حتی خانوادهها، در خود خانه میباشد. به عنوان مثال، نظارت بر بیماریهای مزمن در حالی که ارائه اطلاعات در زمان واقعی به بیمار در هر کجا و درهر زمان ممکن است پتانسیل
قابلتوجهی برای کاهش هزینهها هم در مرحله نظارت درمانی و هم در بحث مقرون به صرفه بودن داشته باشد. از سیستمهای مراقبتهای بهداشتی بیسیم که می تواند بخش مهمی از شبکه های به اصطلاح سلامت الکترونیک باشند انتظار میرود با تمرکز بر مراقبتهای پیشگیرانه و ارائه موثر درمان مداوم به بیماران، به ویژه به کسانی که در مکانهای راه دور زندگی می کنند و سالمندان تاثیر بسزایی در بحث سلامت جوامع بشری داشته باشند. نظارت در زمان واقعی علائم حیاتی بیمار و اطلاعات درباره سطح سلامت بیمار نیاز به استفاده از حسگرهای سیار و دستگاههای تلفن همراه دارد. این امر می تواند خوب باشد اگر چنین دستگاهها کوچک، حساب شده بوده و قابلیت تعمیر و نگهداری راحت برای کل زمان حیات خود راداشته باشند.
۲-۲-۲-اصول برداشت از انرژی با بهره گرفتن از گرمای بدن انسان
موجودات خونگرم از جمله انسان به طور مداوم به عنوان یک اثر جانبی مفید بر اثر سوخت و ساز بدن گرما تولید
می کنند.با این حال، تنها بخشی از این گرما تحت تاثیر اشعه مادون قرمز در محیط به عنوان یک جریان گرما از بین
میرود و مابقی آن به فرم بخار آب تبدیل می شود. علاوه بر این، بخش کوچکی از این جریان حرارتی می تواند تنها در یک حالت مورد استفاده قرار گیرد، که آن با بکارگیری یک روبنده انرژی بشکل یک وسیله سیار امکان پذیر است. برای مثال، هیچ کس دوست ندارد یک دستگاه را بشکل دائم بپوشید و یا آن را روی صورت خود قرار دهد. بنابراین، برای استفاده از جریان گرما از چهره نمی توان استفاده کرد. جریان حرارتی را میتوان با بهره گرفتن از یک ژنراتورحرارتی، که قلب پیل گرماسنج است و [۴]TEGنام دارد به برق تبدیل کرد [۷]. مطالعات بر اساس ترمودینامیکها بیانگر این مطلب است که جریان گرما تولید شده بر روی پوست انسان نمیتواند به طور موثر به برق تبدیل شود، اگر چه بدن هر انسان به طور متوسط بیش از W100گرما تولید کند، با فرض این که حدود ٪۲-۱ از این گرما بتواند مورد استفاده قرار گیرد نیروی الکتریکی در حدود چندین میلی وات توسط ژنراتور حرارتی یک فرد حاصل می شود. میدانیم که مصرف یک ساعت حدود ۱،۰۰۰ بار کمتر از این نیرو میباشد، پس نیروی نسبتا خوبی است. بدن هر انسان یک منبع حرارتی مناسب برای TEG سیار نیست.
در شرایط معمولی در یک محیط داخلی، جریان گرما در یک فرد بستگی به موقعیت بدن داشته و به طور عمده در بازه ۱-۱۰ mW/cm2 باقی میماند. در کل پیشانی تولید جریان گرما بیشتری نسبت به منطقه تحت پوشش توسط لباس
می کند. با توجه به لباس بعنوان عایق حرارتی، حرارت خیلی زیادی از روی پوست از بین نمیرود و به طور متوسط در داخل خانه تنها در حدود۳-۶mW/cm2 مشاهده شده است. در فعالیتهایی با سرعت کم سوخت و ساز دمای مرکزی بدن حفظ می شود و زمانی که درجه حرارت بدن به دلیل افزایش فعالیت فیزیکی بالا میرود اتلاف انرژی داریم. باید در نظر داشته باشیم که هوای محیط دارای مقاومت حرارتی بالا میباشد و در داخل خانه، میتوان آن را با بهره گرفتن از تئوری حرارت همرفت طبیعی مورد بررسی قراردادTEG . در رابط بین اشیاء با مقاومت حرارتی بالابه عنوان مثال بدن و هوا قرار میگیرد.
[۷]TEG شکل۲- ۱-ساختار ظاهری
۲-۲-۳- استفاده از بدن انسان بعنوان یک منبع حرارتی برای حسگرهای سیار
با توجه به [۸] مطالعات پزشکی زیادی بر روی خواص پوست یک انسان، به طور خاص جریان گرما و هدایت حرارتی آن که به طور معمول در بدن انسان و یا در قسمتهای خاص از آن مانند سر، بازو، دست و یا تنه انجام شده است. همچنین نویسندگان این مقاله به طور عمده تحقیقات خود را بر روی سطح پوست برهنه انجام دادهاند.
به طور کلی در مطالعات بالا جریان گرمای بدن انسان را الگوی خود قرار دادهاند. لباسها اثر فوق العادهاییبر انتقال حرارت از بدن در دمای محیط کمتر از ۲۵-۲۸oCدارند. هر سه کانال اصلی انتقال گرما یعنی، همرفت، تابش وتبخیر از سطح پوست تحت تاثیر لباس قرار میگیرند. پایینتر از دمای محیط، بیشترین درصد از گرمای تلف شده از مناطق باز پوست، به عنوان مثال از صورت میباشد. تنه دارای دمای بسیار با ثباتتر در شرایط محیطی مختلف (گرما، باد، و نور خورشید) نسبت به سر و سایر اندام میباشد. به همین دلیل است که مردم در انتخاب لباس مناسب بسته به نوع شرایط آب و هوایی عمل می کنند. با این حال، حتی در داخل خانه، در درجه حرارت oC20-25، برخی تغییرات درجه حرارتپوست در مقیاس سانتیمتر مشاهده می شود.
در مثال زیرکه نقشه دمای مچ دست و دست در شکل نشان داده شده است قسمت a مشخصات دما در اطراف مچ دست است که در شکل نشان داده شده است. قسمت b تفکیک منطقهای مچ دست برحسب میزان دما در محیط داخل میباشد. حداکثر درجه حرارت نزدیک به Radial و کمترین آن نزدیک به Ulnar میباشد. جریان حرارت نیز از جایی به جای دیگر تغییر می کند.
شکل۲- ۱-نقشه دمای دست[۸]
توضیح تصویر بالا:
(الف) نقشه دمای دست (مشاهده کف دست).) تصویر مادون قرمز گرفته شده است با دوربینهای رادیومتری در محدوده طیفی ۸-۱۲ میلی متر کالیبره شده).(ب) پروفایل دما در اطراف مچ دست در دو دمای محیط، oC27و oC 22.3، در داخل خانه اندازه گیری شده است.
شکل۲- ۲-بهترین محل قرارگیری TEG روی مچ دست[۸]