Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
|
ВВЕДЕНИЕ
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОЗИЦИОННОГО СЛЕЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВ
ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
1.1 Обзор научных исследований по детекции осанки человека
1.2 Анализ методов позиционного отслеживания
1.2.1 Краткая характеристика основных методов позиционного отслеживания и примеры их использования
1.2.2 Сравнительный анализ методов позиционного слежения
1.3 Анализ рынка современных зарубежных и отечественных
устройств и приложений, использующих инерциальный метод отслеживания объекта
1.3.1 Анализ современных зарубежных устройств,
отслеживающих положение тела человека инерциальным методом
1.3.2 Анализ современных отечественных устройств,
отслеживающих положение тела человека инерциальным методом
1.4 Постановка задачи для разработки устройства
1.4.1 Требования к аппаратной части устройства
1.4.2 Требования к разработке алгоритма работы устройства
1.4.3 Требования к разработке веб-приложения
Выводы по главе 1
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
2.1 Описание общей структуры устройства
2.2 Обоснование выбора элементной базы для разрабатываемого
устройства
2.2.1 Обоснование выбора микроконтроллера ESP32-WROOM-32
2.2.2 Обоснование выбора измерительного устройства MPU-9255
2.2.3 Обоснование выбора системы питания
2.2.4 Расчет себестоимости разрабатываемого устройства
2.3 Обоснование выбора методов обработки данных, полученных от измерительных датчиков, на устройстве ...
2.3.1 Описание фильтров для обработки данных
с измерительных датчиков
2.3.2 Описание метода для получения искомых значений
на устройстве
2.4 Подходы к реализации сервера на устройстве
Выводы по главе 2
3 РЕАЛИЗАЦИЯ И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО
КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
3.1 Реализация и тестирование алгоритма для обработки значений с измерительных датчиков для детекции осанки человека
3.2 Реализация и тестирование сервера для передачи данных
3.3 Реализация и тестирование веб-приложения для устройства
Выводы по главе 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А ЗАРУБЕЖНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ
ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ
ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
ПРИЛОЖЕНИЕ В СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА УСТРОЙСТВ ДЛЯ
ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ УСТРОЙСТВА
ПРИЛОЖЕНИЕ Д ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЯ П
РИЛОЖЕНИЕ Е ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ВЕБ-СТРАНИЦЫ
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОЗИЦИОННОГО СЛЕЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВ
ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
1.1 Обзор научных исследований по детекции осанки человека
1.2 Анализ методов позиционного отслеживания
1.2.1 Краткая характеристика основных методов позиционного отслеживания и примеры их использования
1.2.2 Сравнительный анализ методов позиционного слежения
1.3 Анализ рынка современных зарубежных и отечественных
устройств и приложений, использующих инерциальный метод отслеживания объекта
1.3.1 Анализ современных зарубежных устройств,
отслеживающих положение тела человека инерциальным методом
1.3.2 Анализ современных отечественных устройств,
отслеживающих положение тела человека инерциальным методом
1.4 Постановка задачи для разработки устройства
1.4.1 Требования к аппаратной части устройства
1.4.2 Требования к разработке алгоритма работы устройства
1.4.3 Требования к разработке веб-приложения
Выводы по главе 1
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
2.1 Описание общей структуры устройства
2.2 Обоснование выбора элементной базы для разрабатываемого
устройства
2.2.1 Обоснование выбора микроконтроллера ESP32-WROOM-32
2.2.2 Обоснование выбора измерительного устройства MPU-9255
2.2.3 Обоснование выбора системы питания
2.2.4 Расчет себестоимости разрабатываемого устройства
2.3 Обоснование выбора методов обработки данных, полученных от измерительных датчиков, на устройстве ...
2.3.1 Описание фильтров для обработки данных
с измерительных датчиков
2.3.2 Описание метода для получения искомых значений
на устройстве
2.4 Подходы к реализации сервера на устройстве
Выводы по главе 2
3 РЕАЛИЗАЦИЯ И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО
КОМПЛЕКСА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
3.1 Реализация и тестирование алгоритма для обработки значений с измерительных датчиков для детекции осанки человека
3.2 Реализация и тестирование сервера для передачи данных
3.3 Реализация и тестирование веб-приложения для устройства
Выводы по главе 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ А ЗАРУБЕЖНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ
ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ
ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
ПРИЛОЖЕНИЕ В СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА УСТРОЙСТВ ДЛЯ
ДЕТЕКЦИИ ОСАНКИ ЧЕЛОВЕКА
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ УСТРОЙСТВА
ПРИЛОЖЕНИЕ Д ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЯ П
РИЛОЖЕНИЕ Е ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ВЕБ-СТРАНИЦЫ
Решение задачи отслеживания положения объекта с каждым годом становится все более актуальной и востребованной в разных областях жизни человека: в навигации, робототехнике, интернете вещей (IoT), мониторинге движения транспорта и товаров, при автоматизации различных производственных процессов, биомеханике и биомедицине, в спорте и в других областях.
Особенно актуально обнаружение неправильного положение тела человека в повседневной жизни, когда человек сидит или стоит. Искажение положения позвоночника приводит к проблемам со здоровьем. Поэтому обнаружение неправильных поз и их отслеживание необходимо для профилактики здоровья человека.
С помощью детекции (обнаружение положения) и трекинга (процесс определения местоположения и ориентации движущегося объекта) можно определить какие-либо отклонения в позиции человека от эталонных, с точки зрения физиологии. Измеряемые данные с датчиков, отслеживающих изменения положения объекта в пространстве, позволят определить угол отклонения спины человека и распознать положение тела. На основе полученной информации можно дать человеку рекомендации по улучшению его физического состояния.
Цель представленного исследования - разработать программно¬аппаратный комплекс для детекции осанки человека с помощью отслеживания угла наклона датчика от эталонного значения для исследований в области спорта и возможности последующего внедрения в массовое производство для пользователей.
Поставленная цель будет достигнута путем решения следующих задач:
1) анализ предметной области;
2) анализ существующих аналогов, определения функционала, преимуществ и недостатков;
3) формулирование требований к разрабатываемому устройству;
4) проектирование аппаратной части комплекса:
- разработка структурной схемы устройства;
- формулирование требований и подбор элементной базы.
5) проектирование программной части комплекса:
- анализ существующих методов обработки данных;
- разработка структурной схемы обработки данных от измерительных датчиков и приведения их к определенному виду;
- реализация сервера на устройстве.
6) проектирование веб-приложения для проверки и настройки передачи данных от устройства (сервер);
7) тестирование работы программно-аппаратного комплекса.
Особенно актуально обнаружение неправильного положение тела человека в повседневной жизни, когда человек сидит или стоит. Искажение положения позвоночника приводит к проблемам со здоровьем. Поэтому обнаружение неправильных поз и их отслеживание необходимо для профилактики здоровья человека.
С помощью детекции (обнаружение положения) и трекинга (процесс определения местоположения и ориентации движущегося объекта) можно определить какие-либо отклонения в позиции человека от эталонных, с точки зрения физиологии. Измеряемые данные с датчиков, отслеживающих изменения положения объекта в пространстве, позволят определить угол отклонения спины человека и распознать положение тела. На основе полученной информации можно дать человеку рекомендации по улучшению его физического состояния.
Цель представленного исследования - разработать программно¬аппаратный комплекс для детекции осанки человека с помощью отслеживания угла наклона датчика от эталонного значения для исследований в области спорта и возможности последующего внедрения в массовое производство для пользователей.
Поставленная цель будет достигнута путем решения следующих задач:
1) анализ предметной области;
2) анализ существующих аналогов, определения функционала, преимуществ и недостатков;
3) формулирование требований к разрабатываемому устройству;
4) проектирование аппаратной части комплекса:
- разработка структурной схемы устройства;
- формулирование требований и подбор элементной базы.
5) проектирование программной части комплекса:
- анализ существующих методов обработки данных;
- разработка структурной схемы обработки данных от измерительных датчиков и приведения их к определенному виду;
- реализация сервера на устройстве.
6) проектирование веб-приложения для проверки и настройки передачи данных от устройства (сервер);
7) тестирование работы программно-аппаратного комплекса.
В рамках выпускной квалификационной работы был разработан программно-аппаратный комплекс для детекции осанки человека с целью исследований в области спорта.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1 Выполнен анализ зарубежных публикаций, описывающих исследования способов обнаружения и слежения за позами человека, методы и алгоритмы обработки полученных данных.
2 Проведен анализ методов позиционного слежения.
3 Проведен анализ зарубежного и отечественного рынка устройств для позиционного отслеживания положения тела человека.
4 Сформулирована постановка задачи к проекту и выявлены требования к реализации программно-аппаратного комплекса.
5 Спроектирована аппаратная часть комплекса:
- определены требования к выбору элементной базы;
- представлены результаты анализа рынка приборов и электроники в виде списка выбранных компонентов для устройства.
- разработана структурная схема устройства.
6 Разработана программная часть комплекса:
- проведен анализ фильтров для обработки измеряемых данных на устройстве и приведена блок-схема работы выбранного фильтра;
- предложен и реализован метод для вычисления угла наклона устройства от вертикали;
- спроектирована структурная схема обработки данных от измерительных датчиков и приведения их к определенному виду;
- реализован сервер передачи данных по беспроводному соединению (Bluetooth).
7 Разработано веб-приложение к комплексу:
- спроектирован и реализован клиент для формирования запросов серверу и получения измеряемых и обработанных данных от устройства по беспроводному соединению (Bluetooth);
- реализовано отображение получаемых данных от сервера (устройство) в заданном виде.
8 Произведено тестирование работы программно-аппаратного комплекса и веб-приложения к нему.
В настоящее время работа над комплексом продолжатся с целью расширения функциональных возможностей. Базовый функционал комплекса готов к эксплуатации в исследовательских целях.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1 Выполнен анализ зарубежных публикаций, описывающих исследования способов обнаружения и слежения за позами человека, методы и алгоритмы обработки полученных данных.
2 Проведен анализ методов позиционного слежения.
3 Проведен анализ зарубежного и отечественного рынка устройств для позиционного отслеживания положения тела человека.
4 Сформулирована постановка задачи к проекту и выявлены требования к реализации программно-аппаратного комплекса.
5 Спроектирована аппаратная часть комплекса:
- определены требования к выбору элементной базы;
- представлены результаты анализа рынка приборов и электроники в виде списка выбранных компонентов для устройства.
- разработана структурная схема устройства.
6 Разработана программная часть комплекса:
- проведен анализ фильтров для обработки измеряемых данных на устройстве и приведена блок-схема работы выбранного фильтра;
- предложен и реализован метод для вычисления угла наклона устройства от вертикали;
- спроектирована структурная схема обработки данных от измерительных датчиков и приведения их к определенному виду;
- реализован сервер передачи данных по беспроводному соединению (Bluetooth).
7 Разработано веб-приложение к комплексу:
- спроектирован и реализован клиент для формирования запросов серверу и получения измеряемых и обработанных данных от устройства по беспроводному соединению (Bluetooth);
- реализовано отображение получаемых данных от сервера (устройство) в заданном виде.
8 Произведено тестирование работы программно-аппаратного комплекса и веб-приложения к нему.
В настоящее время работа над комплексом продолжатся с целью расширения функциональных возможностей. Базовый функционал комплекса готов к эксплуатации в исследовательских целях.