Розробка бездротової автономної системи вимірювання параметрів руку обʼєкту на основі технології Bluetooth

Abstract

Сучасні тенденції в автоматизації та цифровізації обумовлюють зростаючу потребу в автономних системах збору та аналізу параметрів руху об’єктів. Такі системи активно застосовуються у сферах біомедичних досліджень, спортивної науки, робототехніки, контролю логістичних процесів, а також у промислових і побутових розробках [14; 15]. Їх ефективність значною мірою залежить від здатності точно вимірювати просторові характеристики об’єкта, працювати в автономному режимі та безперебійно передавати інформацію на зовнішні пристрої для подальшої обробки. Один з найперспективніших напрямів побудови таких систем — використання бездротових інерційних модулів із підтримкою Bluetooth Low Energy (BLE), які поєднують низьке енергоспоживання, компактність і здатність передавати дані в реальному часі [13; 21]. Застосування мікроконтролерів типу ESP32, що інтегрують Bluetooth та Wi-Fi, дозволяє створювати багатофункціональні пристрої з відкритою архітектурою, адаптовані до широкого спектру завдань [22]. Інерційні сенсори, зокрема MPU-6050, забезпечують вимірювання прискорення та кутової швидкості, що дозволяєздійснювати комплексний аналіз динаміки руху. Однак практичне впровадження таких систем стикається з низкою проблем, серед яких: обмеженість енергетичних ресурсів, складність обробки сигналів сенсорів в умовах шуму, нестабільність каналу передачі даних, а також відсутність адаптивних архітектур для інтеграції в реальні прикладні сценарії [5; 6]. Більшість комерційних рішень орієнтовані на закриті платформи, що ускладнює адаптацію або модифікацію під нестандартні вимоги. Метою даної роботи є розробка бездротової автономної системи вимірювання параметрів руху об’єкта, яка базується на мікроконтролері з Bluetooth-модулем та інерційним сенсором, забезпечує автономну обробку,зберігання та передачу даних у режимі реального часу, з можливістю подальшої масштабованості та застосування у різних доменах. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: 1. Проаналізувати існуючі технології побудови автономних бездротових систем вимірювання параметрів руху; 2. Обґрунтувати вибір апаратної платформи та сенсорів; 3. Розробити структурну архітектуру системи та визначити її функціональні компоненти; 4. Реалізувати алгоритми збору, обробки та передачі даних з урахуванням обмежень по енергоспоживанню; 5. Створити програмне забезпечення для взаємодії з мобільними або ПК-пристроями через Bluetooth; 6. Провести тестування працездатності, точності вимірювань та стабільності передачі даних; Об’єктом дослідження є автономнасенсорна система збору та передачі даних про параметри руху об’єкта. Предметом дослідження є апаратно-програмні рішення з використанням інерційних сенсорів та Bluetooth для побудови систем автономного моніторингу. Практична значущість дослідження полягає у створенні універсального технічного рішення з відкритою архітектурою, придатного для персонального, освітнього або дослідницького застосування в умовах обмежених ресурсів. Розроблена система може бути інтегрована у більші комплексні рішення (наприклад, IoT або системи керування), що забезпечує її масштабованість і технологічну гнучкість [14; 24]. Структура кваліфікаційної роботи включає вступ, три розділи, висновки, список використаних джерел та додатки. У першому розділі проведено аналітичний огляд предметної області, досліджено сучасні технічні рішення . У другому розділі виконано проєктування апаратної та програмної частини системи, визначено основні алгоритми функціонування. У третьому розділі здійснено реалізацію прототипу, його тестування та аналіз результатів.