Betriebsstundenzähler für ein Elektromyiostimulationsgerät Entwicklungsprojekt WS 2016 16ws_WA_Zeitzaehler_EMS von Sascha Herzig und Patrick Pallmer Betreut durch: Prof. Dipl.-Ing. Jürgen Walter (Betreuer) Prof. Dr.-Ing. Peter Weber (Koordinator)

Agenda Einleitung Anforderungen Ausarbeitung Demonstration/Video Problemstellung Aufgabenstellung Anforderungen Anforderungsliste Ausarbeitung Black-Box Funktionsstruktur Lösungskomponenten Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers Prinzip der Zeitmessung mithilfe von Interrupts Auszüge aus den Quellcodes von TinyTile und Android App Vorschalteelektronik zur Spannungsbegrenzung Layout inklusive Peripherie Konstruktion des Steckergehäuses Verbesserungsvorschläge Demonstration/Video Literatur-/Quellenverzeichnis

Problem- und Aufgabenstellung Einleitung: Problem- und Aufgabenstellung Problemstellung: Elektroden von Elektromyostimulationsgeräten unterliegen einem mechanischen Verschleiß. Der Verschleiß führt zu lokalen Widerstandsänderungen im feinen Metallgitternetz der Elektroden. Die dadurch hervorgerufene, punktuelle Übertragung des Stromes auf die Haut, wird vom Träger als Unangenehm empfunden. Abb. 1: EMS-Weste mit Elektroden

Problem- und Aufgabenstellung Einleitung: Problem- und Aufgabenstellung Aufgabenstellung: Es soll ein Zeitnehmer entworfen werden, welcher an der Elektrodenweste angebracht wird und die Dauer der Benutzung erfassen kann. Abb. 1: EMS-Weste mit Elektroden

Anforderungen: Anforderungsliste 1/2

Anforderungen: Anforderungsliste 2/2

Ausarbeitung Black Box

Ausarbeitung Funktionsstruktur

Ausarbeitung: Lösungskomponenten

Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers: Stand der Technik: Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers:

Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers: Stand der Technik: Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers: Vorteile: Einschränkungen: Winzige Abmessungen Nahezu komplette Funktionalität des Genuino 101 Onboard BLE 6-Achsen-Beschleunigungssensor (nicht genutzt für dieses Projekt) Keine 5V-Toleranz der Eingänge (3,3V max.) Hoher Energiebedarf im Vergleich zu bspw. Atmega Wenig Dokumentation Wenige Bibliotheken (größtenteils noch Beta-Versionen)

Prinzip der Zeitmessung mithilfe von Interrupts Ausarbeitung: Prinzip der Zeitmessung mithilfe von Interrupts Das EMS-Steuergerät erzeugt ein biphasisches Rechtecksignal ähnlich dem auf Abb. 2. Die Frequenz des Signals kann dabei variieren. Das von uns implementierte Verfahren zur Zeitmessung, basiert auf dem kontinuierlichen aufsummieren der gemessenen Zeitdifferenzen zwischen den steigenden Taktflanken. Hierzu wird ein Eingans-Pin des TinyTile wird so konfiguriert, dass eine steigende Taktflanke einen Interrupt auslöst. Periodendauer T Abb. 2: Biphasisches Rechtecksignal wie es vom EMS-Gerät erzeugt wird

Prinzip der Zeitmessung mithilfe von Interrupts Ausarbeitung: Prinzip der Zeitmessung mithilfe von Interrupts Eine steigende Taktflanke löst die ISR aus. In der Interrupt-Service-Routine wird dann ein Trigger gesetzt, welcher in der Dauerschleife geprüft wird. Somit wird eine Mehrfachauslösung verhindert, sollte die Loop-Schleife bei eintreffen des nächsten Interrupts noch nicht abgearbeitet sein. Bei Trigger=true wird die Differenz aus aktuellem Timestamp und dem Timestamp aus dem vorherigen Schleifendurchlauf gebildet und ggf. zur globalen Summenvariable hinzuaddiert. Abb. 3: Programmablaufplan

Ausarbeitung: Auszüge aus dem Arduino-Quellcode

Ausarbeitung: Auszüge aus dem Arduino-Quellcode

Ausarbeitung: Auszüge aus dem Arduino-Quellcode

Ausarbeitung: Auszüge aus dem App-Inventor-Quellcode

Ausarbeitung: Auszüge aus dem App-Inventor-Quellcode

Screenshots der Android App Ausarbeitung: Screenshots der Android App Homescreen der entwickelten Android App Auswahlliste für gefundene BLE Devices

Ausarbeitung: Gesamtlayout

Vorschalteelektronik zur Spannungsbegrenzug Ausarbeitung: Vorschalteelektronik zur Spannungsbegrenzug MCP 6002 4,7 V Zener Eingang 1 Eingang 2 V_DD V_SS

Konstruktion des Steckergehäuses Ausarbeitung: Konstruktion des Steckergehäuses Der Prototyp des Steckers wurde mit Hilfe des CAD Programms "PTC Creo 3.0" erstellt.

Konstruktion des Steckergehäuses Ausarbeitung: Konstruktion des Steckergehäuses Obere und untere Halbschale des 3D-gedruckten Steckers Stecker mit verbauten Komponenten

Verbesserung/Weiterentwicklung Ausarbeitung: Verbesserung/Weiterentwicklung Folgende Maßnahmen könnten in Folgeprojekten realisiert werden: Stecker haptisch ansprechender gestalten. Automatische Abschaltung des Steuergeräts nach Überschreiten der max. Betriebsstunden. Weitere Miniaturisierung durch eigens angefertigte Platine. Maßnahmen zur Reduzierung des Energiebedarfs z.B. Beschleunigungssensor abschalten Stromversorgung über das Steuergerät beziehen, sodass kein Akku benötigt wird. App optisch ansprechend gestalten.

Ende: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

Abbildungsverzeichnis: Ausarbeitung: Abbildungsverzeichnis: Abb. Nr.1: http://www.bi-aktiv.eu/bilder/elektrode.jpg Abgerufen am 28.03.17 um 11:34 Abb. Nr.8: physio-balance-neubert.de    Abgerufen am: 28.03.17 um 12:25 Uhr Abb. Nr.9: newark.com   Abgerufen am: 28.03.17 um 14:50 Uhr Abb. Nr.10: hotmcu.com   Abgerufen am: 28.03.17 um 15:40 Uhr Abb. Nr.11: farnell.de     Abgerufen am: 28.03.17 um 14:35 Uhr