Wearlab: piattaforma di sviluppo open source per dispositivi wearable

La Wearlab V0 è una scheda di sviluppo per dispositivi wearable derivata dalla demoboard Hexagon CPU Board XMC4200 Actuator CPU_42A-V1 di Infineon basata su microcontrollore ARM Cortex M4. Il sistema base è stato ampliato con alcune periferiche specifiche per sviluppare applicazioni indossabili. Sono stati quindi inseriti un RTC, un MEMS a 3 assi ultra low power, ed un sensore di pressione, umidità e temperatura. Inoltre è stato inserito un modulo bluetooth (BLE) per comunicare direttamente con lo smartphone nel tipico utilizzo di questo tipo di applicazioni (dispositivo indossabile che acquisisce e trasmette i dati e l'app dello smartphone che elabora e memorizza). Anche l'alimentazione è stata migliorata, infatti tramite USB è stato integrato un sistema di ricarica batteria al litio con IC dedicato. Nel layout è stato mantenuto il footprint per il montaggio dell'integrato dedicato al debug (opzionale) tramite il quale sarà possibile avere un sistema stand-alone di debug in-circuit. Infine, la caratteristica che rende questa scheda unica: la possibilità di monitorare il battito cardiaco e/o addirittura avere un completo sistema di elettrocardiogramma portatile. Se inserite questa caratteristica in un contesto indossabile, con la possibilità di monitorare velocità ed accelerazione, potete comprendere le infinite potenzialità di questa scheda in molti settori come ad esempio quello sportivo.

Con la scheda WEARLAB sarà possibile sviluppare agevolmente applicazioni wearable, considerando la potenza del microcontrollore integrato (ARM Cortex M4) ed i suoi assorbimenti contenuti. Inoltre la scheda oltre ad essere di dimensioni ridotte (può essere anche indossabile relativamente alla realizzazione di un prototipo) è equipaggiata da un sistema di carica batteria che le permette di avere l'autonomia necessaria tipica delle applicazioni portatili.

Schema Elettrico

Vediamo ora nel dettaglio le parti circuitali relative alla scheda. Potete cliccare sull'immagine per visionaria ingrandita, oppure fare direttamente il download degli schemi in alta risoluzione che sono in allegato a fine articolo.

EP193 WearLab V0 Schema Elettrico copia

Questo sheet rappresenta il core della scheda, il microcontrollore Infineon XMC4200 con al suo fianco il connettore per il collegamento con il modulo BLE. Entrambi alimentati da 3V3 generati dal TPS73033 un regolatore low drop in grado di stabilizzare la tensione derivante dalla batteria. La batteria invece è gestita dall'MCP7383 specifico per gestire la carica delle batterie al litio, tipicamente da 3V7, partendo da una tensione di 5V, tipica dell'USB. Sono presenti 3 led per il monitoraggio della presenza di tensione di batteria e di alimentazione 3V3 e 5V e il LED1 per lo stato di carica della batteria. Inoltre un Led RGB è connesso a 3 output del microcontrollore. Sulla sinistra di quest'ultimo è visibile il quarzo a 32.768Hz che tramite una batteria a bottone CR1632 mantiene in vita il Real Time Clock (RTC) interno.
In basso a destra potete notare il BME280 un sensore combinato di temperatura, umidità e pressione che comunica con il microcontrollore tramite porta seriale I2C. Sempre sul bus I2C è collegato il MEMS LIS3DSH, un accelerometro a 3 assi a basso assorbimento in grado di rilevare i vari movimenti.

EP193 WearLab V0 Schema Elettrico copia 2

Questa seconda parte dello schema elettrico è dedicata all'ECG o EKG che dir si voglia. Infatti partendo dal connettore X2 fino all'ingresso analogico del microcontrollore è visibile la signal chain adatta allo scopo. Questa linea di condizionamento di segnale presenta un instrumental amplifier e vari stadi di filtraggio. Questo permette di avere un ingresso adatto a realizzare sia applicazioni come "monitoraggio del battito cardiaco" che applicazioni più avanzate come la realizzazione di un sistema di elettrocardiogramma (ECG) portatile, in grado ad esempio di monitorare i valori cardiaci in base alle accelerazioni prodotte in fase di attività fisica. Una parte dedicata alla calibrazione ed un riferimento di tensione completano lo schema. In fase di sviluppo consiglio la lettura di: "Migliorare il CMR di un ECG con la tecnica di derivazione della gamba destra" e "L’ECG: dall’acquisizione del segnale all’elaborazione [la guida definitiva]".

EP193 WearLab V0 Schema Elettrico

Quest'ultimo foglio dello schema rappresenta la parte dedicata al debug interno. Infatti direttamente sulla scheda è presente un microcontrollore (opzionale) dedicato al debug in-circuit e quindi senza la necessità di acquistare hardware esterno. Il microcontrollore è sempre un ARM Cortex M4, quindi un XMC4200.

Piano di montaggio

EP193-WearLab-V0-Piano-di-Montaggio

Layout del PCB

TOP
EP193-WearLab-V0-LS

BOTTOM
EP193-WearLab-V0-LC

Scheda finita

Ecco una vista dei due lati della scheda a montaggio ultimato

WEARLAB

Documentazione completa open source

EP193 WearLab V0 Schema Elettrico

EP193 WearLab V0 Piano di Montaggio

EP193 WearLab V0 LS

EP193 WearLab V0 LC

EP193 WearLab V0 Gerber File

STAMPA     Tags:, , , ,

3 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 4 aprile 2016
  2. Emanuele Bonanni Emanuele 5 aprile 2016
  3. Andrea Mazza 5 aprile 2016

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