무선 센서 네트워크 기반의 가속도 센서를 이용한 운동량 측정 및 실시간 모니터링 시스템

Abstract

[한글]신체활동 부족(physical inactivity)은 근대화 이후 현재까지 증가하고 있는 심혈관질환 관련 사망률의 주된 위험 요인이다. 따라서 섭취하는 에너지에 비하여 활동으로 소모하는 에너지가 상대적으로 낮은 경우가 많다. 이로 인하여 고혈압, 당대사장애, 이상지혈증 및 복부비만 등의 증상이 많아지고 더 나아가 심혈관 질환과 뇌졸중 등의 심각한 질병에 노출되는 위험이 증가한다.

본 연구에서는 가속도 센서와 SD Memory, ZigBee를 이용하여 실시간으로 모니텅링을 할 뿐만 아니라 지속적인 건강 모니터링을 하여 연속적인 activity pattern 인식을 통한 이상 건강 징후 자동 포착하고, 자동적인 에너지 소모를 추정하는 지능적인 알고리즘 제어를 통해 개인의 건강신호의 변화, 치료 효과 등을 자동 분석하여 개인의 쾌적한 건강상태 유지 및 향상을 추구 하는데 목적이 있다.개발한 Pedometer는 Accelerometer를 이용하여 하루에 걸음수를 카운팅하고, 이동거리, 에너지 소모량을 계산하기 위해 5명의 건강한 성인의 가속도 신호를 획득하여 뷰어 프로그램에 디스플레이를 하고 걸음수 검출 및 이동 거리 검출 실험에서는 피실험자의 허리에 만들어진 장치를 부착하여 장애물이 없는 건물 내의 평평한 복도와 장애물이 없는 외인 운동장에서 각각 1분 동안 3가지 상태의 걷기를 하였고 이동거리는 100m, 200m 300m로 하여 실험을 진행하였다.

또한 움직임에 대한 신호 검출은 장애물이 없는 실내의 복도와 일반 사무실, 사무실 의자, 계단과 실외의 운동장에서 실험을 수행하였다.

실험에 필요한 장치는 휴대용 장치인 만보계와 수신을 하여 PC에 전송해주는 수신 장치로 나누어서 개발 하였고 휴대용장치는 제어부, 가속도센서, ZigBee, SD 카드, USB 인터페이스로 구성을 하였고, 수신 장치는 제어부, ZigBee, USB인터페이스로 구성하여 제작 하였다.

보행 가속도 데이터를 측정하기 일반적인 만보계와 같이 허리에 고정하여 실험을 진행하였다. 샘플링 주파수는 175Hz로 A/D 변환하여 획득한 보행 가속도 신호를 가속도 센서부와 제작한 무선모듈 장치를 이용하여 수신장치에 전송하였고 이 수신 장치는 PC와 시리얼 통신을 이용하여 PC에 데이터를 전송 하였다. 또 한 175Hz로 샘플링 한 결과를 50Hz로 다운 샘플링 하여 이 데이터를 이용하여 걸음수 검출 및 이동거리를 구하는 알고리즘에 사용하였다.

[영문]Physical inactivity is increasing number one cause of cardiovascular disease related death. It increases number of patient with hypertension, diabetes mellitus, dyslipidemia and Abdomen obesity furthermore it increase risk of cardiovascular disease and stroke.

In this study, the developed pedometer not only monitors the condition of the subject in real time but captures health symptom through consecutive active pattern recognition using the accelerometer, SD Memory, and ZigBee. Also, the module makes possible to promotion of the subject health with an intellectual algorithm that estimates energy expenditure.

Acceleration Signal is obtained from five healthy adults and displayed in Viewer Program. In step counting and moving distance test, subjects are asked to wear pedometer in their waist and they are requested to walk on flat surface of indoor hallway and outdoor tract for one minute each of three different settings. Distances were set for 100m, 200m and 300m in experiment for distance variation.Tests were conducted with two developed equipments: portable pedometer, and receiver that sends information to PC. Portable device is build with Micro controller, acceleration sensor, ZigBee, SD Memory, and USB interface. Receiver is build with Micro controller, ZigBee, and USB interface.