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Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Proyecto Fin de Carrera Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos Autor José Luis Cáceres Franco Director Antonio Bono Nuez Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2011 Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 2 - José Luis Cáceres Franco - 3 - A María, porque sin su apoyo y ayuda no habría sido capaz de realizar este proyecto, gracias. A mis padres, por la posibilidad de formación que me han dado. A mi tutor y a Tecnodiscap especialmente a R. Blasco por su ayuda desinteresada. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 4 - José Luis Cáceres Franco - 5 - RESUMEN Debido al aumento de la esperanza de vida, se ha producido un incremento de la población anciana en las últimas décadas. Estas personas, con la edad suelen sufrir una pérdida de autonomía. Con la idea de poderles ayudar a vivir durante más tiempo en buenas condiciones en su hogar, surgió este proyecto que se ha desarrollado dentro del grupo de investigación Tecnodiscap. Para conseguir este objetivo, se ha necesitado disponer de una herramienta que pudiese detectar si la persona por sí misma era capaz de realizar las actividades de la vida diaria. Para eso, se ha buscado información de otros autores sobre la forma en que conseguían detectar actividad en los hogares y se ha creado un prototipo de la herramienta. Se ha desarrollado un Script en Matlab de recogida de datos y se ha diseñado una ubicación adecuada de los sensores en el hogar. Tras esto, se ha realizado una recogida de datos y un Script de tratamiento de esos datos. Posteriormente, se han traducido estos datos a actividades. Se ha validado la herramienta comparando los resultados con las actividades que el usuario había registrado manualmente. En los resultados se ha observado que el reconocimiento de actividades con la herramienta desarrollada ha coincidido en gran medida con las registradas por el usuario. Como conclusión, se puede decir que se ha conseguido diseñar una herramienta lo suficientemente robusta, económica, sencilla y no invasiva que puede ser instalada fácilmente en los hogares sin necesidad de obras. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 6 - José Luis Cáceres Franco - 7 - ÍNDICE CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN .......................................................................................... - 10 - 1.1 Marco del proyecto: ................................................................................................ - 10 - 1.2 Motivación del proyecto: ........................................................................................ - 10 - 1.3 Estructura de la memoria: ....................................................................................... - 11 - CAPÍTULO 2: OBJETIVOS ................................................................................................... - 13 - 2.1 Especificaciones del proyecto ................................................................................. - 13 - 2.2 Especificaciones técnicas: ....................................................................................... - 14 - 2.3 Distribución temporal del desarrollo del proyecto .................................................. - 15 - CAPÍTULO 3: ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DEL ARTE ........................................ - 16 - CAPÍTULO 4: DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................................... - 26 - 4.1 Diseño de aplicaciones: ........................................................................................... - 26 - 4.1.1. Introducción .................................................................................................... - 26 - 4.1.2. Diagrama de bloques ....................................................................................... - 27 - 4.1.3. Herramientas globales ..................................................................................... - 28 - 4.1.3.1. Matlab: .................................................................................................... - 29 - 4.1.3.2. Telegesis Terminal: ................................................................................. - 32 - 4.1.3.3. Instalación drivers: .................................................................................. - 36 - 4.2 Hardware: ................................................................................................................ - 37 - 4.2.1. Plogg: .............................................................................................................. - 37 - 4.2.2. Multisensores: ................................................................................................. - 39 - 4.2.3. Comunicación Zigbee: .................................................................................... - 40 - 4.2.3.1. Introducción ............................................................................................ - 40 - 4.2.3.2. Estándar IEEE 802.15.4 .......................................................................... - 40 - Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 8 - 4.2.3.3. Tipos de dispositivos ............................................................................... - 42 - 4.2.3.4. Topologías y funcionamiento de la red ................................................... - 43 - 4.2.3.5. Comunicaciones ...................................................................................... - 44 - 4.2.3.6. Mensajes de datos .................................................................................... - 46 - 4.2.3.7. Seguridad ................................................................................................. - 46 - 4.2.3.8. Perfiles ..................................................................................................... - 46 - 4.2.4. Instalación de los sensores: ............................................................................. - 47 - 4.3 Software: ................................................................................................................. - 52 - 4.3.1. Script de recogida de datos:............................................................................. - 52 - 4.3.2. Desarrollo del Script de los Ploggs: ................................................................ - 53 - 4.3.2.1. Funcionamiento del programa: ................................................................ - 55 - 4.3.2.2. Diagrama de Flujo del Script de recogida de datos de los Ploggs:.......... - 61 - 4.3.2.3. Dificultades añadidas durante el desarrollo de la aplicación: .................. - 63 - 4.3.3. Script de análisis de datos: .............................................................................. - 64 - 4.3.3.1. Diagrama de Flujo del Script de tratamiento de datos del multisensor: .. - 65 - 4.3.3.2. Diagramas de Flujo del Script de tratamiento de datos de los Ploggs: .... - 66 - 4.4 Proceso de recogida de datos en el experimento: .................................................... - 68 - 4.5 Actividades reconocidas: ......................................................................................... - 72 - 4.5.1. Higiene: ........................................................................................................... - 72 - 4.5.2. Comida: ........................................................................................................... - 76 - 4.5.3. Ocio: ................................................................................................................ - 82 - 4.5.4. Entrada/Salida de casa: .................................................................................... - 85 - 4.5.5. Ir al baño: ........................................................................................................ - 87 - 4.5.6. Descanso: ........................................................................................................ - 90 - 4.5.7. Un día completo: ............................................................................................. - 93 - CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES .......................................................................................... - 94 - 5.1 Conclusiones del trabajo: ........................................................................................ - 94 - José Luis Cáceres Franco - 9 - 5.2 Cumplimiento de objetivos: .................................................................................... - 95 - 5.3 Desarrollos futuros: ................................................................................................. - 96 - 5.4 Conclusiones personales: ........................................................................................ - 98 - BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... - 99 - ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................................... - 102 - ÍNDICE DE GRÁFICOS ...................................................................................................... - 104 - ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................................... - 106 - ANEXO 1: CÓDIGO DEL PROGRAMA DE RECOGIDA DE DATOS ANEXO 2: CÓDIGO DEL PROGRAMA DE ANÁLISIS DE DATOS ANEXO 3: ARTÍCULOS ANEXO 4: PROTOCOLOS BINARIOS DE LOS PLOGGS ANEXO 5: COMANDOS TELEGESIS TG-ETRX-R212-AT Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 16 - CAPÍTULO 3: Estudio del estado actual del arte La primera parte de mi proyecto ha consistido en la realización de una revisión bibliográfica exhaustiva sobre el tema de estudio. El objetivo principal ha sido documentarme acerca de la aplicación de tecnologías electrónicas para la obtención de registros de actividades de la vida de las personas que repercuten en la calidad de vida y en su dependencia. Se pretendía conocer qué estudios habían realizado otros autores en este campo. Para realizar la búsqueda de esta información, visité la página web de Google académico [12] y consulté a través de la biblioteca la base de datos de ISI Web of Knowledge [13]. A pesar de esto, la plataforma de la que he obtenido la mayoría de la información ha sido ieee xplore [14], que además hice un curso en la biblioteca para aprender a utilizarla y buscar correctamente. A continuación, se ha escrito un breve resumen, centrado en la metodología utilizada, de los artículos más destacados para el reconocimiento de actividad. En el artículo: “Health smart home for elders - a tool for automatic recognition of activities of daily living” [15]. En este estudio se ha intentado reconocer las actividades de las personas mayores mediante sensores de presencia por infrarrojos (PIR) y contactores magnéticos de puerta en una casa piloto de Grenoble (Francia). Para el reconocimiento de esas actividades, se comprobó previamente que el sistema reconocía la presencia de la persona en una habitación y que recogía José Luis Cáceres Franco - 17 - correctamente las actividades que realizaban. Dependiendo de si el sensor había registrado o no actividad y mediante las secuencias de actividad-inactividad iban deduciendo las actividades diarias de las personas. Para realizar esta clasificación se utilizó el método de Katz (que recopila las acciones de bañarse, vestirse, ir al wc, moverse, alimentarse), al cual se le añadieron dos actividades más, levantarse y acostarse, que también son fundamentales para determinar la calidad de vida de la persona. A continuación (Figura 2) se observa como se consiguen diferenciar mediante este método las distintas actividades realizadas por una persona durante un mes. Figura 2. Ritmo de la vida diaria del ocupante durante 31 días Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 18 - En el artículo: “Smart House Automation System for the Elderly and the Disabled” [16]. En este trabajo se desarrolló un sistema de casa inteligente automatizada para el control de personas mayores y de discapacitados. La finalidad de este sistema ha sido ayudar a vivir de manera independiente, respetando la autonomía de dichas personas. Para su realización se utilizaron 3 contactores magnéticos, 5 sensores activos de infrarrojos (IR), 6 sensores pasivos IR, 2 sensores de temperatura, 2 pulsadores y 1 sensor de sobreintensidad. Este experimento se realizó en un piso piloto de Toulouse (Francia), en el cual se colocaron distintos sensores en una habitación de la casa, ya que se consideró que en cada habitación vive una sola persona. Para realizar el control se entrenó durante un tiempo un sistema de procesamiento basado en redes neuronales con los datos del ocupante de la habitación. Una vez entrenada la red, se comparó los datos obtenidos de los sensores, con los generados por la red neuronal. De esta manera, en caso de discordancia se activaba una alarma. En el artículo: “Health-status monitoring through analysis of behavioral patterns” [17]. En este trabajo se detectaron patrones de comportamiento mediante sensores de posición instalados en una casa piloto monitorizada de Virginia (Estados Unidos). Una vez obtenidos los datos, se agruparon y representaron los patrones de comportamiento de cada tipo de evento. A partir de los eventos se deducían las actividades identificables en este estudio: conducta del sueño, cambio de ropa, ir al cuarto de baño, entrar y salir de casa y comer. Estos eventos constituyen la mayoría de las actividades de la vida diaria, que se utilizan en las evaluaciones funcionales realizadas por los profesionales de la salud. En este artículo, se consiguió reducir la incertidumbre en la clasificación de las observaciones al evaluar por separado si es un día de trabajo o festivo. Así, se José Luis Cáceres Franco - 19 - proporcionó un método para la detección de patrones más fiable que el que tendríamos sin tener en cuenta esa diferenciación. Con los resultados obtenidos a través de este sistema de análisis de datos, se demostró que se pueden detectar patrones de comportamiento mediante sensores perfectamente adaptables a cualquier hogar a bajo coste. En el artículo: “Multisensor Fusion for Monitoring Elderly Activities at Home” [18]: Este experimento se desarrolló en una casa piloto de Francia, dotada de cámaras de video y sensores de distintos tipos (presencia, presión, corriente, caudal y contactores). Este sistema de reconocimiento de actividad es muy preciso y tiene una gran robustez al añadir la detección por imagen. La distribución de estos sensores se muestra a continuación (Figura 3). Para llevar a cabo este trabajo se requirió la participación de 14 personas, a las cuales se les solicitó que realizaran en el piso piloto una serie de actividades tales como: preparar una comida, tomar una comida, lavar los platos, limpiar la cocina y ver la televisión. Figura 3. Disposición de los sensores en la casa piloto Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 20 - Con toda la información recogida por los sensores y las imágenes de video se consiguió representar en tres dimensiones las actividades que realizaron estas personas. Aunque es un método en el que se detectan muy bien las actividades, tiene el inconveniente de ser invasivo, ya que utiliza cámaras de video. Por tanto, es difícil de implementar en la vida diaria de las personas, debido a la desconfianza que produce estar siendo grabado continuamente. En el artículo: “SVM-Based Multimodal Classification of Activities of Daily Living in Health Smart Homes Sensors, Algorithms, and First Experimental Results” [19]: Este trabajo se desarrolló en una casa piloto en Grenoble (Francia). Para ello, se colocaron micrófonos, sensores infrarrojos de presencia, contactores, un sensor de temperatura y humedad, así como una placa que lleva el usuario con acelerómetros de 3 ejes y magnetómetro de 3 ejes. También se utilizaron cámaras de video pero sólo para la supervisión de la máquina de aprendizaje de los algoritmos. La distribución de los sensores se observa a continuación (Figura 4). Figura 4. Colocación de los sensores en la casa José Luis Cáceres Franco - 21 - En este estudio se buscó detectar una pérdida de autonomía tan pronto como fuese posible, por este motivo, se detectaron siete actividades: higiene, usar el baño, comer, descansar, dormir, comunicación, y vestirse / desvestirse. Tras el tratamiento de los datos se obtuvieron unos resultados especialmente buenos en el reconocimiento de las actividades planteadas (Tabla 1). Tabla 1. Resultados del reconocimiento de actividades En este caso, aunque las cámaras no fueron utilizadas para la detección de actividad, al haber micrófonos, se considera un método invasivo. A pesar de ésto, es muy interesante porque dio unos buenos resultados con el añadido de que puede detectar peligros o posibles caídas con los micrófonos puesto que tiene memorizadas palabras claves. El inconveniente que tiene es, que se necesitan bastantes recursos y dinero ya que para procesar la información se requiere cuatro ordenadores, además de disponer de un piso con todos los sensores cableados. En el artículo: “An Activity Monitoring System for Real Elderly at Home: Validation Study” [20]. El experimento que describe este artículo se desarrolló en un apartamento piloto de Sophia Antipolis (Francia). Se realizó con nueve personas voluntarias de edades comprendidas entre 64 y 85 años, siendo totalmente vigilados cada uno durante cuatro horas. En el mobiliario de la casa se incorporó cámaras de video y distintos tipos de sensores ambientales que registraron los datos de temperatura, humedad, agua, tensión Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 22 - eléctrica, luz, de presión (en camas, sillas y sillones) y de apertura/cierre de puertas, ventanas y cajones. De esta manera, se consiguió un control total de todas las actividades que realizaron los individuos obteniendo una gran precisión en el reconocimiento de dichas actividades. Además se logró una diferenciación de resultados, detectando falsos positivos (en el reconocimiento de “lavar los platos” se detectó esta actividad cuando alguien abría el grifo del agua para lavarse las manos) y falsos negativos (cuando una persona lavaba una taza que lleva menos tiempo que el hecho de lavar los platos) (Tabla 2).Un inconveniente de esta aplicación es que se considera un método invasivo de la intimidad de los usuarios. Tabla 2. Reconocimiento de actividades Siendo: GT- Verdaderos del programa. TP- Verdaderos positivos. FN- Falsos negativos. FP- Falsos positivos. P- Precisión (P=TP/(TP+FP)). S- Sensibilidad (S=TP/(TP+FN)). Como futuros trabajos se ha planteado poner a prueba este método durante más tiempo así como su implantación en hospitales. José Luis Cáceres Franco - 23 - En el artículo: “An Algorithm for the Automatic Detection of Health Conditions [21]”. En este artículo se desarrolló un algoritmo para el diagnóstico de la salud de las personas mayores que viven solas mediante una aplicación económica que trabaja con datos sencillos. Para el diseño de este algoritmo sólo se tuvo en cuenta los datos del consumo de la televisión. Esto es así, porque se supuso que una persona suele ver la televisión con una cierta rutina todos los días, ya que ve los mismos programas cuando está bien de salud. Por el contrario, en caso de enfermedad se cambia esta rutina. El experimento duró 7 meses y se realizó con una sola persona en una casa de Japón. Los resultados obtenidos se validaron mediante un cuestionario que se le pasó a la persona. La prueba consistió en recoger los datos de consumo de la televisión a lo largo del día. Con esos datos se construyó una imagen monocromática. Para ello, se dividió las 24 horas del día en periodos de 15 minutos y con esos datos se logró crear una imagen de 30 x 96 píxeles. Esta imagen representa un mes. A partir de estas imágenes, se consiguió diagnosticar el estado de salud del sujeto mediante la entropía de las imágenes obtenidas. A continuación se muestran las imágenes de los 7 meses que duró el ensayo en las cuales se puede observar como el último mes es muy distinto a los anteriores (Figura 5). Ese mes coincidió con que el usuario estaba enfermo, según los resultados de la encuesta. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 24 - Figura 5. Imágenes del tiempo que vio la televisión Este algoritmo también puede ser aplicado con otros patrones de la vida diaria que tengan unas horas de comienzo más o menos fijas, como puede ser la comida ya que las personas mayores suelen realizar las comidas casi siempre a la misma hora. La ventaja de este método es que podría utilizarse en la evaluación de un diagnóstico para la prevención de enfermedades, que posteriormente, tendría que confirmar el personal sanitario. En el artículo: “Long-term remote behavioral monitoring of the elderly using sensors installed in domestic houses” [22]. En este ensayo se controló el comportamiento diario de dos señoras mayores que vivían solas en Mizusama (Japón) durante un periodo superior a un año. Para eso, se instalaron en sus propias casas varios sensores: infrarrojos (controlar el movimiento de la persona), magnéticos (detectar apertura/cierre de puertas), vatímetros integrados en las tomas de corriente (detectar el uso de electrodomésticos), detectores de llama (detectar el uso de los fogones de la cocina) y un sensor de dióxido de carbono (controlar la presencia de la persona en la habitación por el CO2 exhalado). Estos sensores se conectaron a un ordenador mediante una red cableada. Los datos se transfirieron de forma automática a Internet todos los días. A partir de los datos recogidos se recopiló información sobre patrones de conducta diaria, tales como la duración del sueño, la entrada y salida de casa, el uso de José Luis Cáceres Franco - 25 - los fogones de la cocina, la apertura/cierre de puertas o el tiempo dedicado a ver la televisión. Con esta vigilancia se ha conseguido contribuir al mantenimiento de la salud de las personas mayores. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 32 - que incorpora Matlab provee información orientada a tareas e información de referencia acerca de todas las características de Matlab. Para ver la documentación online de Matlab se selecciona la opción “Ayuda de Matlab” del menú Ayuda en la barra de menús de Matlab. En esta ayuda su puede obtener información de todas las funciones que reconoce Matlab y como utilizarlas. También es muy útil la ayuda que se puede encontrar en foros de uso de Internet, así como los videos y demostraciones de la web de Matworks [27, 28, 29]. 4.1.3.2. Telegesis Terminal: Telegesis Terminal es una aplicación basada en un interfaz gráfico que permite al usuario comunicarse con los módulos inalámbricos de Telegesis, tanto mediante el envío de comandos a los dispositivos como recibiendo la información que estos generan (Figura 9). El usuario puede personalizar la interfaz gráfica del Telegesis Terminal para adaptarlo a sus necesidades. Los comandos utilizados con más frecuencia se pueden agregar en forma de botones, así como eliminarlos cuando ya no sean útiles. También se puede crear un registro de la actividad que se genera para verlo más tarde. José Luis Cáceres Franco - 33 - Figura 9. Terminal de Telegesis Se ha elegido esta herramienta para configurar y administrar las redes Zigbee que se han empleado en el proyecto, tanto la de los Ploggs como la de los multisensores. Se han tenido que hacer dos redes porque llevan distintas versiones de Zigbee, los Plogg llevan la R212 y los multisensores la R302. Además, estas versiones son incompatibles entre sí. La aplicación tiene las siguientes características: Configurar comandos: agregar, actualizar y eliminar botones de comando. Registrar configuraciones: guarda las actividades registradas en el archivo de registro. Guardar datos: guarda los comandos generados por los usuarios en relación con los botones en un archivo. Enviar archivo: enviar n archivos a un dispositivo de hardware. El Flujo de la aplicación es el siguiente: Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 34 - Agregar, actualizar y eliminar comandos. Conectarse a los equipos inalámbricos. Guardar el estado actual de la ventana. Guardar el archivo de registro. Ver el registro en el Bloc de notas. Transferir archivos a un dispositivo hardware. Para la comunicación con los módulos Zigbee de Telegesis se deben enviar las instrucciones a ejecutar con las acciones requeridas. El dispositivo de hardware conectado ejecuta ese comando y devuelve el resultado. Los comandos disponibles están predefinidos en la aplicación. Sin embargo, se pueden editar otros comandos. También se puede enviar un comando parametrizado a un módulo deseado. Telegesis Terminal permite cambiar entre los distintos puertos COM detectados, para poder configurar distintas redes desde un mismo ordenador. Además, hay una lista con la identificación de los dispositivos que están disponibles en la red y desde esta es fácil parametrizarlos. A continuación, se muestran las principales instrucciones (Tabla 3). Para profundizar más, en los anexos se incluyen los comandos de la versión TG-ETRX- R212-AT. Command Overview ATI Display product identification information ATZ Software reset AT&F Restore factory settings AT+BLOAD Enter the bootloader menu AT+CLONE Clone the local node’s firmware to a remote node AT+RECOVER Recover from a failed clone attempt (ETRX2 only) AT+PASSTHROUGH Enter pass-through bootloading mode (ETRX1 only) ATS S-Register access José Luis Cáceres Franco - 35 - ATSALL Write all remote S-Registers AT+TOKDUMP Display all local S-registers ATSREM Remote S-register access AT+ESCAN Scan the energy of all channels AT+EN Establish PAN AT+JN Join next best network AT+PANSCAN Scan for active PANs AT+JPAN Join specific PAN AT+DASSL Disassociate local device from PAN AT+DASSR Disassociate remote device from PAN AT+NTABLE Show the neighbour table AT+N Display network parameters AT+CTABLE Display list of local children AT+PARENT Display Parent’s ID AT+POLL Poll Parent for data AT+SN Scan network for other nodes AT+REMSN Scan for remote device’s direct neighbours AT+LINKCHECK Check link parameters with a neighbour AT+PING Indicate presence in the network AT+BCAST Transmit a broadcast AT+BCASTB Transmit a broadcast of binary data AT+UCAST Transmit a unicast AT+UCASTB Transmit a unicast of binary data AT+SCAST Transmit data to the Sink AT+SCASTB Transmit binary data to the sink AT+SSINK Search for a sink AT+SINK Display the local Node’s sink AT+OPCHAN Opens a channel to a remote node +++ Close channel AT+OPLCHAN Opens a limited channel to a remote node AT+ACKCHAN Accept channel AT+RDATAB Send binary raw data AT+IDENT Play a tune on remote devboard Tabla 3. Comandos Zigbee Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 36 - 4.1.3.3. Instalación drivers: Entre otros se han tenido que instalar todos los drivers para el perfecto funcionamiento del Telegesis Terminal así como todos los Microsoft .NET Framework requeridos. Para la instalación de los dispositivos controladores de la red Zigbee se requería tener instalada o instalar la versión de “Microsoft .NET Framework Version 1.1”. En la dirección de Internet de Microsoft estaba disponible la última versión, pero no se encontraba la que requería la aplicación. Al final la conseguí encontrar. José Luis Cáceres Franco - 37 - 4.2 Hardware: En las páginas siguientes, se han descrito los sensores empleados, que han sido, por un lado el Plogg que mide el consumo de la red eléctrica de los aparatos conectados a él y por otro, los multisensores que constan de entre otros, un sensor de posición y otro de temperatura. Todos ellos se comunicaron con el ordenador mediante una red inalámbrica usando el protocolo Zigbee. Para llevar a cabo la realización del proyecto, se precisó diseñar una buena colocación de los sensores en el hogar que permitiera recoger la información para poder deducir las actividades diarias de la persona. 4.2.1. Plogg: El Plogg es un dispositivo simple, de bajo coste y fácil instalación que informa y controla en tiempo real el consumo energético de cualquier tipo de dispositivo o sistema eléctrico (Figura 10). Las principales características técnicas son: Medir una sola fase de la distribución eléctrica. Disponer de comunicación inalámbrica Zigbee para comunicarse con el ordenador y dar la información que este le pida. Usar un microprocesador para realizar las medidas y controlar las comunicaciones con el módulo de radio inalámbrico que es un Teridian 6511. Figura 10. Plogg Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 38 - El protocolo que se utiliza para transmitir los datos al ordenador a través del Zigbee puede ser o ASCII o binario. Y los comandos que recibe el Plogg con las instrucciones son ASCII. Este dispositivo, mide la potencia activa instantánea, la energía activa consumida, la potencia reactiva, la tensión, la intensidad, la potencia reactiva consumida, la energía activa generada, la frecuencia, el ángulo de fase, la potencia reactiva generada y el tiempo de encendido del aparato. En la comunicación Zigbee la instrucción se manda mediante un AT+UCAST:<La dirección MAC del dispositivo=la instrucción> como por ejemplo: AT+UCAST:000D6F000026C7ED=YV. La forma en que se recibe el dato es <una etiqueta><longitud del paquete de datos binarios><El paquete de datos binarios>. La etiqueta es un número que se incrementa para cada UCAST enviado, lo que permite comprobar que no se han perdido datos y mantener todas las respuestas en el orden correcto. La longitud del paquete de datos binarios también es un número de valor entre 1 y 64 en decimal. El paquete de datos binarios varía en función de la orden que se ha pedido. Los principales comandos son: YV- Muestra la información instantánea de consumos. YS- Precios de la tarifas. YT- Tiempos de las tarifas. YI- Intervalo del registro de datos. YC- Muestra el coste acumulado del consumo. YR- Resetea los valores almacenados de consumo. YM- Muestra los valores máximos. YD- Muestra los valores almacenados. YX- Elimina los valores almacenados. YL- Selecciona los valores del registro. YO- Enciende o apaga la temporización. YE- Muestra la información de temporización. YN- Da nombre al dispositivo. ZN- Configuración de identificación de red. José Luis Cáceres Franco - 39 - ZR- Configuración como enrutador. ZC- Configuración como coordinador. ZH- Configuración del número del canal. Para resetear el Plogg y ponerlo a los valores de fábrica hay que conectarlo 5 segundos y desconectarlo otros cinco segundos repitiendo este proceso tres veces, y al cabo de unos treinta segundos se escuchan unos relés. En los anexos se ha añadido la guía con los datos del protocolo binario. 4.2.2. Multisensores: El multisensor es un dispositivo constituido por una serie de sensores. Este sistema desarrollado por Tecnodiscap, manda la información recogida a través de un módulo de comunicación Zigbee. Entre todos los sensores que tiene, para este proyecto se han usado dos, el de presencia y el de temperatura (Figura 11). Figura 11. Multisensor El sensor de presencia es un Panasonic MP Motion Sensor [30]. Detecta leves movimientos a una distancia de hasta dos metros y tiene un consumo muy bajo de corriente 46 mA. Además, lleva un encapsulado metálico TO-5 para aumentar su inmunidad al ruido provocado por las ondas electromagnéticas ambientales. El sensor de temperatura es un LM75 [31] con un paso de temperatura de 0.5ºC. Además, está preparado para una comunicación serie síncrona I2C. La resolución de éste sensor es de 9 bits. Tiene una interface de dos hilos y dispone de un perro guardián térmico. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 40 - 4.2.3. Comunicación Zigbee: 4.2.3.1. Introducción Zigbee [32, 33, 34, 35] es un estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la Zigbee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier fabricante. Zigbee está basado en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (Wireless Personal Area Network, WPAN). Tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. Es un sistema ideal para redes domóticas, específicamente diseñado para reemplazar la proliferación de sensores/actuadores individuales. La razón de ello son diversas características que lo diferencian de otras tecnologías: Su bajo consumo Su topología de red en malla Su fácil integración (se pueden fabricar nodos con muy poca electrónica). 4.2.3.2. Estándar IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4 es un estándar que define el nivel físico y el control de acceso al medio (Figura 12) de redes inalámbricas de área personal con bajas tasas de transmisión de datos (Low-Wireless Personal Area Network, LR-WPAN). José Luis Cáceres Franco - 41 - Figura 12. Estructura funcional de Zigbee sobre IEEE 802.15.4 El control de acceso al canal lo realiza mediante CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access, Collision Avoidance) y opcionalmente GTS (guaranteed time slot). La primera técnica consiste en que cada nodo, antes de transmitir, escucha el canal. Si la potencia que detecta está por encima de un cierto nivel, asume que otro nodo está transmitiendo y por lo tanto espera para realizar su emisión. La segunda técnica, implementa un sistema por el cual el coordinador asigna unos slots de tiempo a cada nodo en los que tienen asegurado el acceso limpio al canal. Utiliza asimismo la confirmación explícita de mensajes recibidos por cada nodo, ACK (message acknowledgement), dado que al estar pensado para bajas tasas de transmisión no hay problema de sobrecarga del medio con dichos ACKs. Hay tres bandas ISM en las cuales puede trabajar: 2,4 GHz: 16 canales, 250 kbps (a nivel mundial). 868,3 MHz: 1 canal, 20 kbps (banda libre en Europa). 902 – 928 MHz: 10 canales, 40 kbps (banda libre en EE.UU.). Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 48 - Teniendo en cuenta el método de Katz, las actividades que se decidieron observar para este trabajo han sido: higiene, comida, ocio, salida/entrada de casa, ir al baño y el descanso. A continuación, se recoge un esquema de las acciones relacionadas con la colocación de los sensores en el hogar (Figura 16). Acción Colocación sensor José Luis Cáceres Franco - 49 - Figura 16. Actividades y sensores Para poder detectar las acciones relacionadas con la higiene, se conectó un Plogg a la lavadora, de esta manera se consiguió saber la frecuencia de lavado de la ropa. También se conectó un detector de movimiento y temperatura en el baño además de un Plogg conectado al cepillo de dientes eléctrico. Para detectar cuando la persona realizaba su comida, se colocó un Plogg en la nevera, dado que es el lugar donde se guardan los alimentos. Otro Plogg se incorporó a una regleta en la que estaba conectado el microondas mediante el cual el usuario calentaba los alimentos y una radio que siempre encendía para mantenerse informado mientras comía. Para recoger los datos de las actividades relacionadas con el ocio, se conectó un Plogg a la televisión y otro a una luz de lectura que tenía en el salón. Para detectar las entradas y salidas del hogar se situó un detector de presencia junto con uno de temperatura en el vestíbulo de la casa. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 50 - Cuando la persona entraba al baño, se quería registrar la frecuencia con la que acudía al WC aprovechando los sensores ya instalados para detectar las acciones relacionas con la higiene. Para detectar el descanso se colocó un Plogg en la lamparita de noche, así se consiguió saber cuándo la persona se acostaba y cuando se levantaba. En el siguiente dibujo se muestra la colocación de los distintos sensores en el hogar (Figura 17) 1.- Plogg conectado al cepillo de dientes. 2.- Plogg conectado a la lamparita de noche. 3.- Plogg conectado a la luz de lectura. 4.- Plogg conectado a la televisión. 5.- Plogg conectado al microondas y la radio. 6.- Plogg conectado a la nevera. 7.- Plogg conectado a la lavadora. M1.- Multisensor conectado en la entrada de la casa. M2.- Multisensor conectado en el baño. José Luis Cáceres Franco - 51 - Figura 17. Distribución de los sensores en el piso Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 52 - 4.3 Software: En este apartado, se han descrito los Scripts utilizados para alcanzar el objetivo planteado de reconocimiento de actividad. Para ello, en primer lugar, se han diseñaron los scripts de recogida de datos y posteriormente, los de procesamiento de actividad. 4.3.1. Script de recogida de datos: En el caso del Script de los multisensores, se utilizó una aplicación en java previamente desarrollada por Tecnodiscap. Esta aplicación generaba un archivo con extensión *.txt con información de la temperatura y de la presencia de la persona en el hogar. En lo referente a la temperatura, la recogida de los datos mediante los sensores se realizó de forma periódica es decir, nos la registraba cada cierto periodo de tiempo. Mientras que en el caso de la posición, sólo cuando detectaba a la persona es cuando recogía la información (Figura 18). José Luis Cáceres Franco - 53 - Figura 18. Recogida de datos de los multisensores En cuanto al Script de los Plogg, se tuvo que desarrollar uno. Como es un prototipo se decidió que fuese Matlab la herramienta utilizada para ello ya que es un lenguaje que permite centrarse en el diseño más que en la forma. 4.3.2. Desarrollo del Script de los Ploggs: Para el desarrollo del Script de recogida de datos de los Ploggs, se estaba utilizando hasta el momento, un software externo que funcionaba en Linux. Dicho software era cerrado y no permitía hacer cambios en su código, por lo que no era muy funcional. Por lo cual era muy interesante crear nuestro propio Script de recogida de datos. Para desarrollar el Script se estudió un prototipo previo realizado en Matlab. Este Script recogía los datos de unos Ploggs que estaban predeterminados en el código y Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 54 - generaba un archivo. El código elegía el Plogg al que pedía la información de una forma muy compleja y poco optimizada. Además, no se podía modificar el número de Ploggs. El principal inconveniente que tenía era su falta de robustez, cada vez que fallaba una comunicación, un Plogg se desconectaba, o si no estaba alguno de los Ploggs conectado, el programa se colgaba, lo cual era algo inaceptable debido a la utilidad que iba a tener el Script. Otro problema que tenía el programa era que generaba vectores infinitos, los cuales acababan saturando la memoria RAM del ordenador en caso de estar mucho tiempo funcionado de manera continua. Dado que interesaba un programa robusto, que pudiera estar funcionando 24 horas al día durante muchos días seguidos, sin que tuviera problemas (debidos a que el usuario conectara o desconectara un Plogg, que el dato vía Zigbee llegara o no correctamente o que el ordenador no hiciera correctamente la comunicación serie entre el programa y el dispositivo Zigbee), decidí que tenía que hacer un programa completamente nuevo. Pude aprovechar la parte del código que traducía los datos recibidos vía Zigbee a datos de corriente, potencia, voltaje, etc. que eran los que me interesaba almacenar. Aunque tuve que realizar las adaptaciones necesarias para que funcionara con mi código. A continuación se muestra como era el proceso de recogida de cada dato (Figura 19). José Luis Cáceres Franco - 55 - Figura 19. Proceso de recogida de datos de los Ploggs 4.3.2.1. Funcionamiento del programa: El programa diseñado almacenaba en ficheros de texto la información de consumos recogida por los Ploggs en cada instante. Para cada Plogg se generaba un fichero de texto (Figura 20). Además, cada día se creaba de cada Plogg un nuevo fichero de texto. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 56 - Figura 20. Fichero de texto con los datos registrados de un Plogg Los datos a configurar por primera vez al utilizar el Script fueron: o La dirección MAC de cada Plogg que se deseaba examinar en una variable del tipo estructura (Figura 21). o Una constante llamada “MAXPLOGG” en la que estaba almacenado el número de Ploggs que había en total. o Una variable llamada “puerto” que guardaba el puerto serie en el que estaba conectado el dispositivo de la red Zigbee. Figura 21. Estructura de las direcciones MAC José Luis Cáceres Franco - 57 - El manejo del controlador Zigbee se hizo mediante la generación de un puerto serie estándar virtual. Así los datos llegaban como si vinieran por un puerto COM serie. El programa, en primer lugar, abría el puerto que estaba configurado (Figura 22). Al abrir el puerto también se habilitaba una función de Matlab llamada “BytesAvaibleFcn” que permitía que se generase un evento cuando se recibían datos por el puerto serie. A continuación, daba la opción al usuario de si quería iniciar la recogida de datos, o por el contrario, deseaba salir del programa, ya que la recogida de datos era un bucle infinito, en el cual se pedía constantemente datos a los Ploggs uno detrás de otro. Figura 22. Función de abrir el puerto COM Una vez que el usuario iniciaba la recogida de datos, el programa inicializaba las variables e iba a la función de “recogida_Datos” el cual era el bucle infinito. En “recogida_Datos” el programa comprobaba si la recepción de datos había finalizado o estaba pendiente, y si la recepción había fallado o continuaba esperando dato. Si la recepción había terminado o fallado, el programa pasaba al siguiente Plogg. Para eso, inicializaba las variables e iba a la función “guarda_Datos” que pedía el dato al siguiente Plogg. Si la recepción no había fallado o no había terminado, comprobaba si el dato que estaba llegando era correcto y esperaba hasta completar ese dato. En caso de que el dato fuese incorrecto daba recepción fallida (Figura 23) y pedía otro dato al siguiente Plogg. La espera del dato correcto se hacía mediante un evento que se Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 64 - cerraba el puerto y se volvía a abrir y consideraba el dato como erróneo e inicializaba las variables. 4.3.3. Script de análisis de datos: Para realizar el análisis de los datos se desarrollaron dos Scripts en Matlab. Uno, leía el fichero de texto de los datos del multisensor. Los pasaba a una matriz de cuatro dimensiones en las cuales estaba: el día, el sensor, el tipo de dato (si es temperatura o presencia) y el valor (Figura 28). En total se almacenaban 1440 datos cada día que correspondían a los minutos que hay en un día. Se decidió que una buena manera de saber la actividad de la persona era minuto a minuto porque teníamos una resolución suficiente para saber si había actividad o no en ese periodo de tiempo. Si hubiese sido segundo a segundo se hubiesen recogido muchos datos que no serían relevantes para la deducción de actividad. Mientras que si hubiese sido hora a hora se hubiesen perdido muchos datos importantes. Figura 28. Vector con el dato del multisensor El otro Script, leía los ficheros de texto de los Ploggs. Dentro del Script se trataba a cada Plogg de manera independiente, ya que para detectar actividad o no en el Plogg, se miraba la potencia o la corriente, dependiendo del aparato que estaba conectado al Plogg, lo que generaba márgenes distintos entre unos valores u otros. En los diagramas de flujo que hay a continuación (Figura 29, 30, y 31) se detalla mejor el funcionamiento de estos dos scripts. Se creó algún script más para dibujar las gráficas o poner los datos de forma que se interpretaran más fácilmente pero no añado aquí una descripción de estos aunque los códigos figuran en los anexos. José Luis Cáceres Franco - 65 - 4.3.3.1. Diagrama de Flujo del Script de tratamiento de datos del multisensor: En este diagrama (Figura 29) se describe la forma de almacenar los datos de la actividad en un vector. En primer lugar, se abría el archivo y leía una tira de datos. Si no era el final del archivo, leía otra tira de datos. Para eso, deducía el día al que pertenecían esos datos y determinaban de cual de los dos multisensores era el dato. A continuación, averiguaba si era un dato de posición o de temperatura. En el caso de que fuese de posición, almacenaba que había habido movimiento. Mientras que si era de temperatura, almacenaba el valor de la temperatura. Una vez hecho esto, volvía a cuestionarse si era el final del archivo. Si no lo era, repetía el proceso hasta que leía todos los datos. Figura 29. Diagrama Script de tratamiento de datos de los multisensores Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 66 - 4.3.3.2. Diagramas de Flujo del Script de tratamiento de datos de los Ploggs: En el primer diagrama (Figura 30) se hace una descripción global del funcionamiento. En este caso, se repetía para todos los días que se habían muestreado datos. Se leía cada Plogg uno detrás de otro para generar su vector. Esto se hacía así, porque dependiendo del aparato que estaba conectado al Plogg, la lógica para deducir la actividad era diferente. Figura 30. Diagrama global del script de tratamiento de datos de Ploggs José Luis Cáceres Franco - 67 - En el segundo diagrama (Figura 31) se especifica como se guarda el dato de cada Plogg. En primer lugar, se abría el fichero de cada Plogg. A continuación, leía el primer dato y comprobaba si era el final del archivo. Si no lo era, leía otro dato y comprobaba la condición de si había actividad en ese Plogg. El que hubiese condición dependía del aparato que estaba conectado a cada Plogg. Si esa condición decía que había habido actividad se almacenaba un uno y si no, un cero. Volvía a comprobar si era el final del archivo, en caso afirmativo se pasaba al siguiente Plogg. Figura 31. Diagrama de cómo se guarda el dato de un Plogg Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 68 - Para la toma de decisión entre si había actividad o no en cada Plogg, se han aplicado estas condiciones: En los casos de los Plogg de la mesita de noche, de la lamparita de lectura, de la televisión y el compartido por el microondas y la radio se consiguió diferenciar si estaba conectado o no visualizando si la potencia era cero (no conectado) u otro valor distinto de cero (conectado). El Plogg de la nevera fue el más complejo. Se pretendía detectar que se abría la puerta por la potencia que consumía la bombilla que daba luz al interior de la nevera, pero el problema era que siempre estaba consumiendo y además, no siempre consumía el mismo valor porque este consumo dependía de si el motor estaba encendido o apagado. Para ver esa diferencia de potencia independientemente del momento en que estaba la nevera, había que encontrar un escalón cuya altura fuese la diferencia que hay entre que la bombilla estuviese apagada o encendida. En cuanto al Plogg de la lavadora se observó que la potencia era cero pero además, se filtró un pequeño consumo residual que tiene periódicamente. Y por último, en el Plogg del cepillo de dientes no se consiguió diferenciar entre si estaba conectado o no a la base. 4.4 Proceso de recogida de datos en el experimento: Para realizar la recogida de datos de forma continua, durante un periodo de tiempo relativamente largo hubo que esperar al puente del Pilar. Así se pudo disponer de un piso en el que sólo viviera una persona. El tiempo de recogida de datos fue de cinco días, de los cuales, tres fueron completos. El primer día se instalaron todos los sensores, y se puso en funcionamiento el sistema entorno a las 19:40 de la tarde y el último día se paró el sistema en torno a las 10:20 de la mañana. José Luis Cáceres Franco - 69 - Durante toda la recogida de datos, se apuntó todas las actividades que realizaba el usuario en el hogar (Tabla 4). Comparando estos datos con los que registró el sistema se pudo comprobar el correcto o incorrecto funcionamiento del prototipo. Día 1 Hora Actividad 19:40 Inicio recogida de datos 19:45 Voy al baño 19:52 Salgo del baño 19:53 Abro la nevera 19:54 Me voy a la piscina 22:11 Vuelvo de la piscina 22:12 Cierro la puerta 22:13 Enciendo la televisión 22:26 Apago la televisión 22:28 Me ducho 22:40 Termino la ducha 22:47 Empiezo a cenar 23:25 Termino de cenar 23:26 Enciendo la televisión Día 2 Hora Actividad 00:37 Ir al baño y lavarme los dientes 01:41 Apago la televisión 01:42 Me voy a dormir 09:12 Me levando de dormir 09:14 Ir al baño 09:19 Empiezo a desayunar 09:32 Termino de desayunar 09:33 Me lavo los dientes 09:37 Termino de lavarme los dientes 09:53 Enciendo la televisión 10:11 Apago la televisión 10:12 Empiezo a leer 13:21 Termino de leer 13:22 Ir al baño 13:27 Salgo de casa 14:35 Vuelvo a casa 14:38 Voy a lavarme al baño 14:59 Empiezo a comer 15:38 Termino de comer 15:39 Me lavo los dientes 15:42 Termino de lavarme los dientes 15:45 Enciendo la televisión 17:45 Apago la televisión 18:14 Voy al baño 18:21 Salgo del baño 18:29 Entro a peinarme al baño 18:37 Abro la nevera 18:52 Salgo a patinar Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 70 - 19:56 Vuelvo de patinar 20:05 Me ducho 20:21 Termino la ducha 20:53 Empiezo a cenar 21:50 Termino de cenar 21:51 Me lavo los dientes 21:57 Termino de lavarme los dientes 21:58 Enciendo la televisión Día 3 Hora Actividad 00:21 Apago la televisión 00:23 Voy al baño 00:25 Me voy a dormir 10:15 Me levanto de dormir 10:16 Voy al baño 10:20 Empiezo a desayunar 10:32 Termino de desayunar 10:33 Me lavo los dientes 10:36 Termino de lavarme los dientes 10:54 Voy al baño 11:02 Termino en el baño 11:03 Enciendo la televisión 11:09 Apago la televisión 12:18 Salgo de casa 13:22 Vuelvo a casa 13:31 Ir al baño 13:45 Empiezo a comer 14:25 Termino de comer 14:26 Me lavo los dientes 14:29 Termino de lavarme los dientes 14:31 Enciendo la televisión 16:44 Apago la televisión 16:45 Ir al baño 16:50 Me voy a la piscina 19:21 Vuelvo de la piscina 19:30 Ir al baño 19:34 Empiezo a merendar 20:07 Termino de merendar 20:10 Me doy una ducha 20:29 Termino la ducha 20:34 Salgo de casa 23:39 Creo que llego un poco antes a casa 23:49 Ir al baño 23:54 Enciendo la televisión José Luis Cáceres Franco - 71 - Día 4 Hora Actividad 01:20 Apago la televisión 01:21 Voy al baño y me lavo los dientes 01:34 Termino en el baño 01:36 Me voy a dormir 10:09 Me levanto de dormir 10:12 Voy al baño 10:15 Empiezo a desayunar 10:33 Termino de desayunar 10:37 Me lavo los dientes 10:44 Pongo la lavadora 10:47 Enciendo la televisión 11:45 Apago la televisión 11:46 Voy al baño 12:35 Más o menos acaba la lavadora 12:45 Salgo de casa 13:56 Vuelvo a casa 14:22 Empiezo a comer 14:27 Ir al baño 15:06 Termino de comer 15:07 Ir al baño y lavar los dientes 15:11 Enciendo la televisión 16:30 Voy al baño 17:32 Apago la televisión 17:33 Empiezo a limpiar el baño 17:45 Termino de limpiar el baño 17:47 Empiezo a merendar 18:24 Termino de merendar 18:33 Me doy una ducha 18:46 Termino la ducha 18:50 Salgo de casa 21:29 Vuelvo a casa 21:30 Ir al baño 21:35 Empiezo a cenar 22:41 Termino de cenar 22:42 Me lavo los dientes 22:44 Termino de lavarme los dientes 22:45 Enciendo la televisión 22:49 Empiezo a leer Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 72 - Día 5 Hora Actividad 01:49 Apago la televisión 01:50 Dejo de leer 01:52 Ir al baño 01:54 Me voy a dormir 09:25 Me levanto de dormir 09:29 Ir al baño 09:31 Empiezo a desayunar 09:43 Termino de desayunar 10:00 Me lavo los dientes 10:19 Paso por el sensor de salir 10:20 Fin recogida de datos Tabla 4. Actividades recogidas por el usuario Este experimento ha sido una prueba para validar toda la herramienta. Una vez logrado esto, se utilizará para tomar muchos datos durante más días. 4.5 Actividades reconocidas: Como ya he citado anteriormente en la memoria, las actividades que han sido reconocidas son las siguientes: higiene, comida, ocio, salir de casa, ir al baño y descanso. 4.5.1. Higiene: En el caso de las actividades relacionadas con la higiene se emplearon varios Ploggs: el de la lavadora, el del cepillo de dientes y el sensor de temperatura y posición del baño. Tras analizar los datos recogidos por los sensores, se dedujo que el Plogg colocado en el cepillo de dientes no daba ningún tipo de información ya que no se detectaba la conexión-desconexión del cepillo. Con el sensor de posición del baño, se sabía que el usuario estaba en él, pero no se podía diferenciar qué actividad estaba realizando. Por lo que la solución, hubiese sido poner diversos sensores: uno en el lavabo, otro en el váter y un último en la ducha. Por el contrario, mediante el sensor de temperatura sí que se consiguieron resultados José Luis Cáceres Franco - 73 - interesantes, ya que cuando el individuo se duchaba, la temperatura en el baño aumentaba. A continuación, se muestran los cuatro gráficos, uno por día que recogen la acción de ducharse (Gráficos 1, 2, 3 y 4). Gráfico 1. Ducha del primer día Gráfico 2. Ducha del segundo día Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 80 - Gráfico 13. Registro de las comidas del cuarto día con el Plogg de la radio Gráfico 14. Registro de las comidas del cuarto día con el Plogg de la nevera José Luis Cáceres Franco - 81 - Gráfico 15. Registro de las comidas del quinto día con el Plogg de la radio Gráfico 16. Registro de las comidas del quinto día con el Plogg de la nevera Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 82 - 4.5.3. Ocio: En lo referente a las actividades relacionadas con el ocio, se estudió el tiempo que la persona dedicó a ver la televisión siendo un total de 19 horas y 22 minutos durante el periodo de pruebas, lo que supone un 22,13% del total del tiempo. Las franjas horarias en las que se vio la televisión son las siguientes (Gráficos 17, 18, 19, 20, 21). Gráfico 17. Tiempo que se dedica a ver la televisión el primer día Gráfico 18. Tiempo que se dedica a ver la televisión el segundo día José Luis Cáceres Franco - 83 - Gráfico 19. Tiempo que se dedica a ver la televisión el tercer día Gráfico 20.Tiempo que se dedica a ver la televisión el cuarto día Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 84 - Gráfico 21. Tiempo que se dedica a ver la televisión el quinto día En estos gráficos se muestra que el individuo solía ver la televisión en franjas horarias parecidas todos los días. Para observar mejor este hecho se representan todos los días en un mismo gráfico, cada día con un color distinto. El factor de coincidencia calculado de todos los días que vio la televisión es del 78,54% (Gráfico 22). Gráfico 22. Tiempo que dedica a ver la televisión a lo largo del estudio José Luis Cáceres Franco - 85 - 4.5.4. Entrada/Salida de casa: Con el sensor de posición del vestíbulo se obtenía información de los periodos en los que el usuario entraba o salía del hogar. Estos sensores, la primera vez que se activaban correspondían con la salida del usuario, mientras que la segunda indicaba el regreso al hogar (Gráficos 23, 24). También se podían interpretar estos datos como el tiempo que estaba el usuario fuera de la casa (Gráficos 25, 26). Gráfico 23. Registro de las entradas y salidas del hogar del primer día Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 86 - Gráfico 24. Registro de las entradas y salidas del hogar del segundo día Gráfico 25. Tiempo que ha estado fuera del hogar el tercer día José Luis Cáceres Franco - 87 - Gráfico 26. Tiempo que ha estado fuera del hogar el cuarto día 4.5.5. Ir al baño: Con el sensor de posición del baño, se sabía que el usuario estaba en él, pero no se podía diferenciar qué actividad estaba realizando (Gráficos 27, 28, 29, 30, 31). Por lo que la solución, hubiese sido poner diversos sensores: uno en el lavabo, otro en el váter y un último en la ducha. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 88 - Gráfico 27. Uso del baño el primer día Gráfico 28. Uso del baño el segundo día José Luis Cáceres Franco - 89 - Gráfico 29. Uso del baño el tercer día Gráfico 30. Uso del baño el cuarto día Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 96 - Se ha hecho un estudio de ubicación de los sensores para conseguir una mejor detección de la actividad. Se ha desarrollado un software para la recogida de datos de los Plogg de manera continua, con una gran robustez. Se ha instalado en un piso piloto el sistema para comprobar su correcto funcionamiento, así como para realizar una recogida de datos de modo continuo. Se ha diseñado un software que analiza los datos obtenidos y diferencia actividades. Se han analizado los datos recogidos obteniendo conclusiones muy interesantes. Por todo lo comentado, se puede concluir que se han cumplido de manera satisfactoria todos los objetivos planteados al inicio del proyecto. 5.3 Desarrollos futuros: En un futuro, este proyecto se puede mejorar fundamentalmente en dos apartados: la recogida de los datos y su posterior tratamiento. En lo referente a la parte de la recogida de datos, las mejoras podrían realizarse de las siguientes formas: Colocando un sensor de presencia en cada habitación para saber dónde está el individuo. Además añadiría uno en el váter, otro en el lavabo y un último en la ducha, ya que es muy interesante poder diferenciar esas tres actividades que se realizan en el baño. Añadiendo más Ploggs. Tener uno móvil que el usuario conectara donde quisiera, por ejemplo, si conectáramos en él el aspirador tendríamos información sobre actividades relacionadas con la limpieza. José Luis Cáceres Franco - 97 - Poniendo contactores magnéticos en las puertas de los armarios y cajones de la cocina para saber que usa los utensilios que hay en ellos o saca la comida. Y en los armarios y cajones de su habitación para poder saber si se viste. Modificando el código del programa de recogida de datos, pidiendo un dato a un Plogg y sin esperar a recibirlo, pedirlo a otro Plogg. Aparte habría que administrar la cola de datos recibidos. De esta manera, se conseguiría que trabajase de forma paralela, en lugar de secuencial. Así, se aumentaría la cantidad de datos recogidos al minuto por los Plogg. Trasladando el programa de recogida de datos de Matlab a Java, para que pudiese funcionar en cualquier ordenador, sin la necesidad de tener instalado Matlab. Recogiendo datos de forma continua durante un largo periodo de tiempo y a varios usuarios. En el apartado del tratamiento de los datos, las mejoras irían encaminadas a: Obtener muchos datos para hacer estudios estadísticos representativos de patrones de conducta del usuario. Procesar los datos en una red neuronal para realizar un análisis de reconocimiento de patrones y poder analizar posibles desajustes en los horarios del usuario. Para evitar falsos positivos en las salidas del hogar sería importante que, además de comprobar que se activa el sensor de posición del vestíbulo, se observara que no hubiese actividades dentro de la casa, que sería lo normal debido a la ausencia del individuo. Sería muy interesante que los datos que recogen los sensores en el hogar fueran enviados a través de Internet o de un módulo de telefonía móvil, una vez al día, al centro de tratamiento de los datos, para así poder seguir en tiempo más o menos real las evoluciones del usuario y detectar posibles problemas que pueda tener. Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 98 - 5.4 Conclusiones personales: La realización de este proyecto fin de carrera me ha supuesto un gran aprendizaje, tanto de herramientas de desarrollo como de métodos de trabajo. He estudiado y alcanzado un cierto nivel en el manejo de herramientas como Matlab, el terminal de Telegesis, así como de las comunicaciones Zigbee o el conocimiento de los Plogg. En resumen he conseguido tener una visión global del proceso de investigación y desarrollo de prototipos con el fin de encontrar nuevas soluciones a problemas planteados. Además, he llevado a cabo la redacción de una memoria, que es una parte muy importante en cualquier trabajo de investigación. Ya que hay que conseguir desarrollar programas o generar datos pero también hay que saber interpretar y transmitir esos resultados. Con todo esto, creo que mi formación académica de la carrera se ha visto completada al realizar y defender este proyecto. José Luis Cáceres Franco - 99 - BIBLIOGRAFÍA [1] Tecnodiscap. http://tecnodiscap.unizar.es [2] Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón. http://i3a.unizar.es [3] S. Katz, A. B. Ford, R. W. Moskowitz, B.A. Jackson and M.W. 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[27] Documentación de Matlab. http://www.mathworks.es/help/?s_cid=global_nav [28] Tutoriales de Matlab. http://www.mathworks.es/academia/student_center/tutorials/?s_cid=global_nav [29] Foro de preguntas y respuestas sobre Matlab http://www.mathworks.es/matlabcentral/answers/?s_cid=global_nav [30] Panasonic MP Motion Sensor. http://es.mouser.com/panasonicnapion/ [31] Datasheet LM75. http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS012658.PD [32] R. J. Casas. “Apuntes sobre Zigbee”. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Universidad de Zaragoza. [33] D. Domínguez. “Anexos, Control vía Zigbee de dispositivos de iluminación con protocolo DMX para salas de estimulación multisensorial”. [34] IEEE 802.15 Web Site. http://www.ieee802.org/15/pub/TG4.html [35] Protocolo Zigbee. http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/1109/1/InformeTecZB.pdf Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 102 - ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Distribución temporal del proyecto ......................................................................... - 15 - Figura 2. Ritmo de la vida diaria del ocupante durante 31 días .............................................. - 17 - Figura 3. Disposición de los sensores en la casa piloto ........................................................... - 19 - Figura 4. Colocación de los sensores en la casa ...................................................................... - 20 - Figura 5. Imágenes del tiempo que vio la televisión ............................................................... - 24 - Figura 6. Diagrama del sistema ............................................................................................... - 27 - Figura 7. Diagrama del proceso de desarrollo de la herramienta ............................................ - 28 - Figura 8. Interface de Matlab .................................................................................................. - 30 - Figura 9. Terminal de Telegesis .............................................................................................. - 33 - Figura 10. Plogg ...................................................................................................................... - 37 - Figura 11. Multisensor ............................................................................................................ - 39 - Figura 12. Estructura funcional de Zigbee sobre IEEE 802.15.4 ............................................ - 41 - Figura 13. Topologías de red................................................................................................... - 44 - Figura 14. Reparto de direcciones en una red ......................................................................... - 45 - Figura 15. Perfiles Zigbee ....................................................................................................... - 47 - Figura 16. Actividades y sensores ........................................................................................... - 49 - Figura 17. Distribución de los sensores en el piso .................................................................. - 51 - Figura 18. Recogida de datos de los multisensores ................................................................. - 53 - Figura 19. Proceso de recogida de datos de los Ploggs ........................................................... - 55 - Figura 20. Fichero de texto con los datos registrados de un Plogg ......................................... - 56 - Figura 21. Estructura de las direcciones MAC........................................................................ - 56 - Figura 22. Función de abrir el puerto COM ............................................................................ - 57 - José Luis Cáceres Franco - 103 - Figura 23. Control de si el dato falla durante la comunicación Zigbee ................................... - 58 - Figura 24. Control de fallos en el puerto serie ........................................................................ - 59 - Figura 25. Función mydispcallback que se activa con la llegada de datos al puerto serie ...... - 60 - Figura 26. Diagrama de flujo principal ................................................................................... - 61 - Figura 27. Diagrama de flujo de la interrupción ..................................................................... - 62 - Figura 28. Vector con el dato del multisensor......................................................................... - 64 - Figura 29. Diagrama Script de tratamiento de datos de los multisensores .............................. - 65 - Figura 30. Diagrama global del script de tratamiento de datos de Ploggs .............................. - 66 - Figura 31. Diagrama de cómo se guarda el dato de un Plogg ................................................. - 67 - Estudio y diseño de un sistema de monitorización de actividades en hogares con ancianos - 104 - ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1. Ducha del primer día .............................................................................................. - 73 - Gráfico 2. Ducha del segundo día ........................................................................................... - 73 - Gráfico 3. Ducha del tercer día ............................................................................................... - 74 - Gráfico 4. Ducha del cuarto día .............................................................................................. - 74 - Gráfico 5. Registro de los días que no se ha puesto la lavadora. ............................................ - 75 - Gráfico 6. Registro del cuarto día que fue en el que se utilizó la lavadora. ............................ - 75 - Gráfico 7. Registro de las comidas del primer día con el Plogg de la radio ........................... - 77 - Gráfico 8. Registro de las comidas del primer día con el Plogg de la nevera ......................... - 77 - Gráfico 9. Registro de las comidas del segundo día con el Plogg de la radio ......................... - 78 - Gráfico 10. Registro de las comidas del segundo día con el Plogg de la nevera .................... - 78 - Gráfico 11. Registro de las comidas del tercer día con el Plogg de la radio ........................... - 79 - Gráfico 12. Registro de las comidas del tercer día con el Plogg de la nevera ......................... - 79 - Gráfico 13. Registro de las comidas del cuarto día con el Plogg de la radio .......................... - 80 - Gráfico 14. Registro de las comidas del cuarto día con el Plogg de la nevera ........................ - 80 - Gráfico 15. Registro de las comidas del quinto día con el Plogg de la radio .......................... - 81 - Gráfico 16. Registro de las comidas del quinto día con el Plogg de la nevera ....................... - 81 - Gráfico 17. Tiempo que se dedica a ver la televisión el primer día ........................................ - 82 - Gráfico 18. Tiempo que se dedica a ver la televisión el segundo día ..................................... - 82 - Gráfico 19. Tiempo que se dedica a ver la televisión el tercer día .......................................... - 83 - Gráfico 20.Tiempo que se dedica a ver la televisión el cuarto día .......................................... - 83 - Gráfico 21. Tiempo que se dedica a ver la televisión el quinto día ......................................... - 84 - Gráfico 22. Tiempo que dedica a ver la televisión a lo largo del estudio ............................... - 84 - José Luis Cáceres Franco - 105 - Gráfico 23. Registro de las entradas y salidas del hogar del primer día ................................. - 85 - Gráfico 24. Registro de las entradas y salidas del hogar del segundo día ............................... - 86 - Gráfico 25. Tiempo que ha estado fuera del hogar el tercer día.............................................. - 86 - Gráfico 26. Tiempo que ha estado fuera del hogar el cuarto día ............................................. - 87 - Gráfico 27. Uso del baño el primer día ................................................................................... - 88 - Gráfico 28. Uso del baño el segundo día................................................................................. - 88 - Gráfico 29. Uso del baño el tercer día ..................................................................................... - 89 - Gráfico 30. Uso del baño el cuarto día .................................................................................... - 89 - Gráfico 31. Uso del baño el quinto día .................................................................................... - 90 - Gráfico 32. Descanso primera noche ...................................................................................... - 91 - Gráfico 33. Descanso segunda noche ...................................................................................... - 91 - Gráfico 34. Descanso tercera noche ........................................................................................ - 92 - Gráfico 35. Descanso cuarta noche ......................................................................................... - 92 - Gráfico 36. Actividades del cuarto día .................................................................................... - 93 -