Avustavan automaation projektit ja tehtävät. Panu Harmo,

Transkriptio

1 Avustavan automaation projektit ja tehtävät Panu Harmo,

2 Projektit DIEM BA ICT SHOK TIVIT Oy 15 htkk Ylämummo heilahtaa MIDE 4 htkk Sisäilman mittausjärjestelmä 4000 Active Life Home Aalto (T, ME, AS) 5htkk Mahdolliset projektit JADE Regionsof Knowledge 4 htkk (alkanut ) MONA Tekes (alkanut ) Valaistusautomaatio Culminatum, InnoJok AAL itsenäisyyden tukeminen

3 Diem BA Senioriasuminen pilotointi Zigbee Zigbee ThereGate, Linux Aktiivuusvalpas v.1 Linet + Linux + Obix (toimii) Aktiivuusvalpas v.2 Z wave/zigbee + ThereGate + Obix (odottaa) Ovivalpas v.3 PC + Zigbee (MIDE Ylämummo)

4 Henkilöt Panu Harmo Johannes Aalto diplomityö Konsta Hölttä osap./ kesä 3htkk Teppo Pirttioja 3htkk

5 Tehtäviä asioita Aktiivisuusvalpas demojärjestelmä Active Life Home projektiin

6 Wireless Sensor Network Platform for Assistive Automation Applications Antti Karjalainen 6

7 Structure Assistive automation Motivation Scope and objective Wireless sensor networks IEEE Zigbee Ilmari Wireless sensor network platform Hardware Software Test results Applications Door monitor Conclusions Antti Karjalainen 7

8 Assistive automation Enable aging in place Promote security Ambient and embedded Sensing and acting Statistics and reports Antti Karjalainen 8

9 Motivation Clear demand for wireless technology in assistive automation applications Applications usually retrofitted Information sharing between applications Using same sensor information in multiple applications Antti Karjalainen 9

10 Scope and objective Make something work wirelessly! Review standards and technologies for WSNs Create a wireless prototyping platform for assistive automation applications Aim to have as low power consumption as possible, preferably multiple years of battery opeartion Implement practical demo application Antti Karjalainen 10

11 Wireless sensor networks Sensor nodes Power source, computing, communication Sensors and actuators Multi hop, mesh networks Antti Karjalainen 11

12 IEEE standard MAC & PHY for low rate wireless personal area networks Star and p2p topology Inexpensive devices Low data date Low power devices Can be used with multiple upper level protocols Antti Karjalainen 12

13 Zigbee basics Based on IEEE Mesh topology, multihop routing 2.4GHz, multi hop Designed for WSN applications Low data rate Low power consumtion Three types of devices Coordinator, router, end device End devices can sleep Antti Karjalainen 13

14 Simple Can be implemented for 8 bit microcontrollers Built on top of IEEE End to end routing Security features Management functionalities Zigbee stack Antti Karjalainen 14

15 Zigbee over the air frames Per hop routing IEEE Application to application routing Zigbee Application level packets ZCL / User defined Antti Karjalainen 15

16 Zigbee interoperability Not defined by Zigbee specification Applications can create proprietary profiles Zigbee Cluster Library (ZCL) specification defines common profiles Home automation Building automation Smart energy Consumer electronics Health care ZCL includes functional definitions Antti Karjalainen 16

17 Ilmari Wireless sensor network platform Modular design Based on Texas Instrument s CC2480 Zigbee processor CC2480 handles the Zigbee stack MCU Atmel s ATmega644PV low power 8 bit processor Antti Karjalainen 17

18 CC2480 module No modules available when work was started Desing and implement own modules Application notes on antenna desing Folded dipole antenna Low power consumption 0.5uA in sleep states Antti Karjalainen 18

19 Alternative CC2480 module Later Radiocrafts released RC2300 ZNM Zigbee module Different antenna, otherwise similar to own design Motherboard designed to fit with MCU Antti Karjalainen 19

20 MCU ATmega 644PV 64k bytes flash 2k bytes EEPROM 4k bytes RAM 8 channel, 10 bit ADC Analog comparator Six PWM channels SPI bus Two wire bus Two USARTs Power save mode 0.6uA with external oscillator Antti Karjalainen 20

21 Ilmari latform assembly Antti Karjalainen 21

22 Software Free design tools WinAVR toolchain, Eclipse IDE Basic framework for application development Access to CC2480 s functionalities Basic utilities for MCU Peripheral device support Designed to support Linux development Antti Karjalainen 22

23 Test results for Ilmari platform Power consumption Two years with two AA batteries in a realistic use case scenario Zigbee end device Sending data frames every 10 seconds MCU active once every second Zigbee module polling for messages every 2 seconds Antti Karjalainen 23

24 Test results Ilmari platform Radio Measured with both radio modules Reception concluded to be acceptable within minimum of 15m In some cases, results were good up to 30m Environmental factors have effect on radio range range Antti Karjalainen 24

25 Appliactions Antti Karjalainen 25

26 Door monitor Concept A system that prevents elderly people with memory disorder from wandering outside at night Alerts caretakers with SMS if a person leaves the house at night Antti Karjalainen 26

27 Door monitor Hardware Hardware Coordinator GSM modem Router Display panel End device Motion detector & Magnetic switch Motion detector Antti Karjalainen 27

28 Door monitor Software State machine logic Handled by coordinator Visual and audio warning for opening the door at night Alarm sound when exiting the house SMS messages Antti Karjalainen 28

29 Conclusions Zigbee is mature enough for practical applications Ilmari platform performs well in prototype applications Low power operation was achieved Future development needs Integration with server infrastructure Interoperability features Improving application development models Antti Karjalainen 29

30 Door monitor demo short_doormonitor.avi Antti Karjalainen 30

31 YLÄMUMMO HEILAHTAA kevät 2009 Panu Harmo Automaatio ja systeemitekniikan laitos Teknillinen korkeakoulu

32 Juhlavuoteensa liittyvinä uusina avauksina TKK on käynnistänyt digitalisoitumiseen ja energiateknologiaan liittyvän tutkimusohjelman Multidisciplinary Institute of Digitalisation and Energy (MIDE). Ohjelmassa toteutetaan merkittäviä pitkän aikavälin hankkeita joiden tavoitteena on huipputason osaamisen luominen, opetuksen vahvistaminen ja suomalaisen elinkeinoelämän kilpailukyvyn lisääminen.

33

34

35 Ylämummo heilahtaa mummoteknologia ei ole rautaa! Ylämummo heilahtaa -projektissa kehitetään laitteita ja järjestelmiä vanhusväestön itsenäisen elämisen avuksi. Ratkaisut tukevat ikääntyneiden fyysistä suoriutumista, kognitiota ja aisteja, sairauksien ehkäisyä ja kuntoutumista, koettua turvallisuutta ja sosiaalisten kontaktien ylläpitoa.

36 Ylämummo heilahtaa mummoteknologia ei ole rautaa! Ylämummo-laitteet suunnitellaan modulaarisiksi ja keskenään yhteensopiviksi: mekaanisesti, sähköisesti, dataliitännöiltään ja ulkoasultaan. Materiaaliensa, muotoilun ja helppokäyttöisyyden ansiosta laitteista tehdään käyttäjilleen houkuttelevia. Työssä tarvitaan monenlaista tekniikkaa ja osaamista: mm. tuotesuunnittelua, muotoilua, käytettävyyttä, rakennustekniikkaa, materiaaleja, konetekniikkaa, kemiaa, automaatiota, elektroniikkaa, ohjelmistosuunnittelua ja markkinatutkimusta.

37 Ylämummo heilahtaa jos ei ole rautaa, niin mitä on? Ikääntyneiden avuksi kehitetään teknisiä apuvälineitä mm. seuraaviin toimintoihin: Liikkuminen (moottoroidut rollaattorit, ) Kaatumisen ehkäisy (valaistus, kävelytuet) ja kaatumisvammojen ehkäisy (kiihty-vyys anturilla varustettu lonkkasuoja, joka ilmoittaa kaatumisesta) Liukkauden torjunta (kemiallista jään sulatusta, hiekoitusrobotti) Tavaroiden kuljettaminen (Moottoroitu kauppakassi, itsenäisesti liikkuvat kuljetus-laitteet, Moottoroitu pöytä (robotti?)) Nouseminen ja nostaminen (aktiiviset; liikkuvat, nousevat, nostavat huonekalut)

38 Ylämummo heilahtaa jos ei ole rautaa, niin mitä on? Ikääntyneiden avuksi kehitetään teknisiä apuvälineitä mm. seuraaviin toimintoihin: Tavaroiden säilytys, (liikkuvat hyllytasot ja kodin automaattivarastot) Muistuttaminen (lääkkeiden ottaminen, tapaamiset, tehtävät) Turvallisuus (palo-, murto-, vesi-, kaatumis- ja sairauskohtaushälytykset) Monitoimi-TV kodin ohjauskeskuksena (ympäristönhallinta, nettiliitäntä, nettipalve-lut, langattomat yhteydet avustaviin laitteisiin) Sosiaalisten verkostojen ylläpito (virtuaaliyhteisöt)

39 Ylämummo heilahtaa voi olla MOOTTOROITU ROLLAATTORI

40 Ylämummo heilahtaa voi olla MOOTTOROITU PÖYTÄ JA MUITA CYBERKALUSTEITA

41 Ylämummo heilahtaa voi olla KODIN VALAISTUS- JA KULUNVALVONTA- JÄRJESTELMÄ MUISTIHÄIRIÖISILLE: VALOVALPAS JA OVIVALPAS

42 Mitä tehtiin! Ovivalpas Kylpyhuonevalpas Ilonani (pöytärobotti=tablotti)

43 activelife HOME Jari Närhi

44 activelife HOME on... Interaktiivinen näyttelytila, jossa Demonstroidaan kotona asumista tukevien teknisten ennen muuta tieto ja viestintäteknisten kokonaisratkaisujen toimintaa Konkretisoidaan näiden mahdollistamia uudenlaisia palveluratkaisuja Autetaan vierailijoita näkemään mahdollisuuksia, jotka muutoin peittyvät olemassa olevien toimintamallien alle Kohtaamispaikka, joka Tuo yhteen alan osaavimmat ja innovaatisimmat yhtiöt ja yhteisöt Luo mahdollisuuden nopeasti kerätä yhteen tilaan näkyville uudenlaisten ratkaisujen prototyypit Mahdollistaa palvelujen käyttäjien ja tuottajien sekä teknologiatuottajien vuorovaikutuksen palvelujen kehitysprosessin aikana Fyysinen ilmentymä on interaktiivinen näyttelytila Active Life Villagen toisessa kerroksessa, johon rakennetaan kodinomainen, teknologiaratkaisuilla varustettu huoneisto. LUOTTAMUKSELLINEN

45 activelife HOME kerrosmalli Palveluympäristö integraatiokerros Jokapäiväinen fyysinen ympäristö Koti Yksilö Sosiaalipalvelut Terveyspalvelut Muut palvelut palveluintegraattorit Portaalit jne. ulkoilu Asioiden tavallinen hoitaminen Fyysiset arkipalvelut Fyysinen turvallisuus Seuranta ja hälytykset Nopea apu jne. Yksityisyys Henkinen turvallisuus Sosiaalinen elämä LUOTTAMUKSELLINEN

46 activelife HOMEn konsepti kattaa ikäihmisen kotona asumiseen vaadittavat elementit Kodin fyysinen turva Paloturvallisuus (ennaltaehkäisevä sekä hälytys) Vartiointi, kulunvalvonta Fysiologinen valvonta, hälytys ja apu Tervydentilan valvonta Lääkityksen seuranta Ruokailun, nukkumisen ja muun päivärytmin seuranta Sosiaaliset tarpeet Yhteydenpito omaisiin ja ystäviin Harrastustoiminta Liikunta Opiskelu, tutkimus, yms. Palvelut Lääketieteelliset palvelut Ruokahuolto Siivous, lumityöt, jne. Henkilökohtainen hygienia LUOTTAMUKSELLINEN

47 Ratkaisu rakentuu 11 avaintoimijan ympärille listä Toimija Reslink Oy Vivago Oy Addoz Oy täydentyy lähiaikoina Rooli Mobile Safetrack Oy Arcticare Oy Finsor Oy Exrei Oy Playground Finland Oy Wellness Foundry Oy Visual Conference Group Oy (Tandberg) Helmivisio Työvoiman hallinta Monitorointi Lääkeannostelu, monitorointi Monitorointi Monitorointi, viestintä Elintoimintojen monitorointi Monitorointi Tiedon välitys Ravitsemus ja liikunta Videoyhteydet, päätelaitteet Kodin turva LUOTTAMUKSELLINEN

48 Käyttöliittymät Active Life Home konseptin keskiössä on kotona sijaitseva viestintä ja monitorointiympäristö Aktiivinen yhteydenpito omaisiin, saman henkisiin ihmisiin, sekä viranomaisiin ja palvelun tuottajiin Haluttu määrä automaattista tai puoliautomaattista jokapäiväisten toimintojen seurantaa sekä poikkeamien raportointia ja hälytyksiä Palvelukeskusympäristö Asiakkaan halun ja tarpeiden mukaan valikoitu repertuaari kodin toimintojen ja henkilön hyvinvoinnin monitorointia Kodin infrastruktuurin ja muun tiedon perusteella tapahtuva palvelujen ohjaus Hälytysten ja avun tarpeen välitön ohjaus oikeaan paikkaan sekä asian hoidon seuranta Palvelujen laatutason monitorointi Raportointi palvelujen käytöstä LUOTTAMUKSELLINEN

49 activelife HOME kytkee kodin digitaaliset viestintä ja turvapalvelut palveluekosysteemiin PALOVAHTI SÄNKYVAHTI RANNEKE LÄÄKEANNOSTELIJA INTEGROITU KUVAPUHELIN TV KAMERA KESKUS- YKSIKKÖ LIIKETUNNISTIN / PAIKKATUNNISTIN / KONENÄKÖKAMERA KAUKO-OHJAIN NÄPPÄIMISTÖ MIKROFONI UPS LAAJAKAISTA SÄHKÖLUKKO RFID LUOTTAMUKSELLINEN VALVONTAKAMERA

50 TALOTEKNIIKKA Tavoitteemme on synnyttää palveluekosysteemi, jossa palvelut ja niiden tarvitsijat ETÄ- kohtaavat tehokkaasti DIAGNOS- TIIKKA KÄYTTÄJÄT Kelan sairausker tomusarkisto Effica / Pegasos / CRM /Oma terveystaltio Internet Käyttäjäliittymät Palvelukeskus 24h Hallinta ja johtaminen Tavoitteena yhdistää palvelut ja niiden käyttäjät tehokkaasti Langattomat ratkaisut Kotiapu Siivous Kotihoito Lääkäri Palveluasunnot Turvapalvelut Liikunta Ruoka Talonmies Lääkelogistiikka Yhteisöpalvelut Esimerkkejä palveluista LUOTTAMUKSELLINEN