”Stress Monitoring via Wearable Electrodermal Sensors”

Stress is a phenomenon that on some level affects everyone’s lives on a daily basis. The autonomic nervous system controls the varying levels of stress at any given time. The responses of the autonomic nervous system adjust the body to cope with changing external and internal conditions. During high-stress situations the body is forced into a state of heightened alertness, which passes when the stressor is removed. The stressor can be any external or internal event that causes the body to respond. Stress is a very versatile phenomenon that can be both a cause and an indicator of other medical conditions, for example cardiovascular disease. Stress detection can therefore be helpful in identifying these conditions and monitoring the overall emotional state of a person. Electrodermal activity (EDA) is one of the most easily implemented ways to monitor the activity of the autonomic nervous system. EDA describes changes occurring in the various electrical properties of the skin, including skin conductivity and resistance. Increased emotional sweating has been proven to be one possible indication of stress. On the surface of the skin, increased sweating translates to increased skin conductivity, which can be observed through EDA measurements. This makes electrodermal activity a very useful tool in a wide range of applications where it is desirable to observe changes in a person’s stress level. EDA can be recorded by using specialized body sensors placed on specific locations on the body. Most commonly used recording sites are the palms of the hands due to the high sweat gland density on those areas. Measurement is done using at least two electrodes attached to the skin, and recording the electrical conductance between them. This thesis implements a prototype of a wireless EDA measurement system. The feasibility of the prototype is also verified with a small group of test subjects. EDA was recorded from the subjects while they were playing a game of Tetris. The goal was to observe variations in the measured EDA that would indicate changes in the subjects’ stress levels during the game. The analysis of the obtained measurement results confirmed the connection between stress and recorded EDA. During the game, random occurrences of lowered skin resistance were clearly observable, which indicates points in the game where the player felt more anxious. A wireless measurement system has the potential of offering more flexible and comfortable long-term measuring of EDA, and could be utilized in a wide range of applications.

Power Consumption Measurement and Scenario Based Energy Model in Wearable Computing Applications

The power is still today an issue in wearable computing applications. The aim of the present paper is to raise awareness of the power consumption of wearable computing devices in specific scenarios to be able in the future to design energy efficient wireless sensors for context recognition in wearable computing applications. The approach is based on a hardware study. The objective of this paper is to analyze and compare the total power consumption of three representative wearable computing devices in realistic scenarios such as Display, Speaker, Camera and microphone, Transfer by Wi-Fi, Monitoring outdoor physical activity and Pedometer. A scenario based energy model is also developed. The Samsung Galaxy Nexus I9250 smartphone, the Vuzix M100 Smart Glasses and the SimValley Smartwatch AW-420.RX are the three devices representative of their form factors. The power consumption is measured using PowerTutor, an android energy profiler application with logging option and using unknown parameters so it is adjusted with the USB meter. The result shows that the screen size is the main parameter influencing the power consumption. The power consumption for an identical scenario varies depending on the wearable devices meaning that others components, parameters or processes might impact on the power consumption and further study is needed to explain these variations. This paper also shows that different inputs (touchscreen is more efficient than buttons controls) and outputs (speaker sensor is more efficient than display sensor) impact the energy consumption in different way. This paper gives recommendations to reduce the energy consumption in healthcare wearable computing application using the energy model.

Map matching by using inertial sensors: literature review

This literature review aims to clarify what is known about map matching by using inertial sensors and what are the requirements for map matching, inertial sensors, placement and possible complementary position technology. The target is to develop a wearable location system that can position itself within a complex construction environment automatically with the aid of an accurate building model. The wearable location system should work on a tablet computer which is running an augmented reality (AR) solution and is capable of track and visualize 3D-CAD models in real environment. The wearable location system is needed to support the system in initialization of the accurate camera pose calculation and automatically finding the right location in the 3D-CAD model. One type of sensor which does seem applicable to people tracking is inertial measurement unit (IMU). The IMU sensors in aerospace applications, based on laser based gyroscopes, are big but provide a very accurate position estimation with a limited drift. Small and light units such as those based on Micro-Electro-Mechanical (MEMS) sensors are becoming very popular, but they have a significant bias and therefore suffer from large drifts and require method for calibration like map matching. The system requires very little fixed infrastructure, the monetary cost is proportional to the number of users, rather than to the coverage area as is the case for traditional absolute indoor location systems.

Flexible Sensor for Wearable Vital Sign Monitoring System

In modern society, the body health is a very important issue to everyone. With the development of the science and technology, the new and developed body health monitoring device and technology will play the key role in the daily medical activities. This paper focus on making progress in the design of the wearable vital sign system. A vital sign monitoring system has been proposed and designed. The whole detection system is composed of signal collecting subsystem, signal processing subsystem, short-range wireless communication subsystem and user interface subsystem. The signal collecting subsystem is composed of light source and photo diode, after emiting light of two different wavelength, the photo diode collects the light signal reflected by human body tissue. The signal processing subsystem is based on the analog front end AFE4490 and peripheral circuits, the collected analog signal would be filtered and converted into digital signal in this stage. After a series of processing, the signal would be transmitted to the short-range wireless communication subsystem through SPI, this subsystem is mainly based on Bluetooth 4.0 protocol and ultra-low power System on Chip(SoC) nRF51822. Finally, the signal would be transmitted to the user end. After proposing and building the system, this paper focus on the research of the key component in the system, that is, the photo detector. Based on the study of the perovskite materials, a low temperature processed photo detector has been proposed, designed and researched. The device is made up of light absorbing layer, electron transporting and hole blocking layer, hole transporting and electron blocking layer, conductive substrate layer and metal electrode layer. The light absorbing layer is the important part of whole device, and it is fabricated by perovskite materials. After accepting the light, the electron-hole pair would be produced in this layer, and due to the energy level difference, the electron and hole produced would be transmitted to metal electrode and conductive substrate electrode through electron transporting layer and hole transporting layer respectively. In this way the response current would be produced. Based on this structure, the specific fabrication procedure including substrate cleaning; PEDOT:PSS layer preparation; pervoskite layer preparation; PCBM layer preparation; C60, BCP, and Ag electrode layer preparation. After the device fabrication, a series of morphological characterization and performance testing has been done. The testing procedure including film-forming quality inspection, response current and light wavelength analysis, linearity and response time and other optical and electrical properties testing. The testing result shows that the membrane has been fabricated uniformly; the device can produce obvious response current to the incident light with the wavelength from 350nm to 800nm, and the response current could be changed along with the light wavelength. When the light wavelength keeps constant, there exists a good linear relationship between the intensity of the response current and the power of the incident light, based on which the device could be used as the photo detector to collect the light information. During the changing period of the light signal, the response time of the device is several microseconds, which is acceptable working as a photo detector in our system. The testing results show that the device has good electronic and optical properties, and the fabrication procedure is also repeatable, the properties of the devices has good uniformity, which illustrates the fabrication method and procedure could be used to build the photo detector in our wearable system. Based on a series of testing results, the paper has drawn the conclusion that the photo detector fabricated could be integrated on the flexible substrate and is also suitable for the monitoring system proposed, thus made some progress on the research of the wearable monitoring system and device. Finally, some future prospect in system design aspect and device design and fabrication aspect are proposed.

Ennakoivan Bluetooth -verkon hyödyntäminen paikkatietoon pohjautuvan opastusjärjestelmän toteutuksessa

Tekniikan kehitys ja elämänrytmin kiihtyminen ajaa eteenpäin sekä tarvetta että mahdollisuuksia toteuttaahenkilökohtaisia opastusjärjestelmiä. Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat mahdollistavat erilaisten paikkasidonnaisten palveluiden, kuten opastusjärjestelmien toteuttamisen kohtuullisilla kustannuksilla. Markkinoilla olevista järjestelmistä sisätiloihin sijoittuvaan reaaliaikaiseen opastukseen soveltuvaa järjestelmää on vaikea löytää ja useimmat niistä hyödyntävät WLAN -tekniikkaa, joka ei ole kovin laajasti tuettuna matkapuhelimen kaltaisissa kannettavissa päätelaitteissa. Tässä työssä tuodaan esille Bluetooth -tekniikalla toteutettavien reaaliaikaisten järjestelmien ongelmia ja esitellään yksi ratkaisumalli. Toimintaa vaikeuttaa lähinnä pitkä yhteyden muodostumisaika, joka koostuu verkon laitteiden hakemiseen kuluvasta pitkästä vaikeasti kestoltaan arvioitavasta ajasta ja valittuun kohteeseen yhteyden muodostamiseen kuluneesta ajasta. Toteutetussa Bluetooth -opastusjärjestelmässä opastettavien laitteiden hakeminen liityntäpistettä vaihdettaessa on voitu jättää pois, koska yhteyden muodostamiseen vaaditut tiedot välitetään liityntäpisteille kiinteän Ethernet -verkon välityksellä. Työntuloksena syntyneen opastusjärjestelmän käyttökokemukset osoittavat opastusverkon suunnittelun olevan haastava tehtävä, mutta verkon toimintakuntoon saattamisen jälkeen järjestelmän suorituskykyyn saadaan huomattava parannus. Demonstraatiototeutus rajoittaa käytettävän laitteiston Linux-pohjaisiin järjestelmiin, vaikka laajemman käyttöönoton varmistamiseksi järjestelmä tulisi tehdä siirrettäväksiesimerkiksi Symbian -alustalle.

Deep-hole drilling process, monitoring system and sensors modifications

 In the drilling processes and especially deep-hole drilling process, the monitoring system and having control on mechanical parameters (e.g. Force, Torque,Vibration and Acoustic emission) are essential. The main focus of this thesis work is to study the characteristics of deep-hole drilling process, and optimize the monitoring system for controlling the process. The vibration is considered as a major defect area of the deep-hole drilling process which often leads to breakage of the drill, therefore by vibration analysis and optimizing the workpiecefixture, this area is studied by finite element method and the suggestions are explained. By study on a present monitoring system, and searching on the new sensor products, the modifications and recommendations are suggested for optimize the present monitoring system for excellent performance in deep-hole drilling process research and measurements.

The Development of an Internal Testing Process for a Bluetooth Product

BlueGiga Technologies on uusi Bluetooth -teknologiaa soveltava pk-yritys. Yrityksen tuotekehitysprosessia täydentämään tarvittiin testausprosessi. Testausprosessin luominen oli haastavaa, koska Bluetooth -teknologia on uutta ja yritys on vielä nuori. Lisäksi se integroi kovo- ja ohjelmistokomponentteja tuotteissaan. Testaus aloitettiin evaluoimalla standardinmukaista tapaa dokumentoida testit. Tämän jälkeen tutkittiin BlueGigan ohjelmistokehitysprosessin suhdetta olemassa oleviin ohjelmistokehitysprosesseihin. Samanaikaisesti perehdyttiin Bluetooth -kvalifikaation testaukselle asettamiin vaatimuksiin. Tämän seurauksena TTCN:ää kokeiltiin helppolukuisen testitapauksen määrittelyssä. Käyttötapauksiin perustuvan testauksen sopivuutta Wireless Remote Access Platform:in (WRAP) testaamiseen arvioitiin kokeilemalla sitä Man-to-Machine -käyttötapauksen testaamisessa. Yllämainittujen tehtävien aikana kerätyn tiedon ja hankittujen kokemusten pohjalta laadittiin testausprosessi, joka kattaa yksikkö-, integraatio- ja järjestelmätason testauksen. Painopiste on järjestelmätason testauksessa. Prosessi määrittelee myös vastuuhenkilön tai -henkilöt eri testaustasoille.

Scenario analysis in evaluation of emerging technology - Case Bluetooth

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää millaisia ympäristöskenaarioita tietoliikenteelle toimialana voidaan rakentaa ja mitkä näistä skenaarioista suosivat Bluetoothin diffuusiota ja kehittymistä nykyisten tuote- ja palvelunäkemysten valossa. Lisäksi pyrittiin arvioimaan, mitkä ympäristötekijät ja suuntaukset saattavat vaikuttaa Bluetoothin diffuusioon. Tutkimus rajoittui eurooppalaisen tietoliikenneympäristön tarkasteluun viiden vuoden aikana. Tietoliikennetoimialan nykytilaa ja tulevaisuutta koskevan kirjallisuuden pohjalta luotiin kolme alustavaa skenaariorunkoa. Näitä runkoja arvioitiin asiantuntijahaastattelujen avulla, jotta skenaarioista saataisiin monipuolisempia ja niiden johdonmukaisuutta voitaisiin parantaa. Lopullisia skenaarioita verrattiin Bluetoothin käyttökohteista esitettyihin näkemyksiin. Skenaarioiden teemat olivat “Fokusoidut bisnessovellukset”, “Viihdettä massoille” sekä “Tietoa kaikille”. Havaittiin, että Bluetoothin omaksumiseen vaikuttavat eniten seuraavat tekijät: teknologian sosiaalinen hyväksyntä, toimialan halukkuus teknologian edistämiseen sekä Bluetoothin ja sen kilpailijoiden kehittyminen jatkossa.

Bluetooth -teknologian hyödyntäminen kommunikointijärjestelmässä

Erilaisissa rakennuksissa on selkeä tarve langatonta teknologiaa hyödyntävälle, edulliselle ja monipuoliselle kommunikointijärjestelmälle, jota voidaan pienin muutoksin käyttää lähes missä tahansa. Kommunikointijärjestelmän avulla tulee olla mahdollista siirtää ääntä ja dataa sekä tarvittaessa tarjota erilaisia rakennuksissa tarvittavia palveluita. Tehdyn esitutkimuksen perusteella valittiin toteutusteknologiaksi Bluetooth, joka monipuolisten ominaisuuksien ja pienen sirukoon ansiosta soveltuu parhaiten tämän diplomityön mukaisen kerrostalon kommunikointijärjestelmän toteuttamiseen. Pieni sirukoko ja edullinen hinta mahdollistavat Bluetooth -teknologiaa hyödyntävän kommunikointijärjestelmän käyttöönoton myös vanhoissa kerrostaloissa. Pienet sirut on helppo piilottaa rakennusten perustuksiin ja mitään valmista verkkoinfrastruktuuria ei tarvita. OBEX (Object Exchange Protocol) -protokollaa käytetään tämän diplomityön mukaisessa Talovastaajapalvelussa audiodatan kuljettamiseen ja autentikointitietojen vaihtamiseen. Talovastaajapalvelu toteutettiin kommunikointijärjestelmän yhteyteen ja se toimii normaalin puhelinvastaajan tapaan, mutta on ominaisuuksiltaan paljon monipuolisempi ja käyttää langatonta Bluetooth -teknologiaa. OBEX:n avulla Talovastaajapalvelusta saatiin yksinkertainen, tehokas ja helposti laajennettavissa oleva kokonaisuus, jota voidaan käyttää pienin muutoksin lähes missä tahansa muussa Bluetooth -teknologiaa hyödyntävässä järjestelmässä.

Designing a modular, open and expandable Bluetooth-platform

Lähitulevaisuudessa langattomien järjestelmien kaupalliset mahdollisuudet tulevat olemaan valtavia. Tutkiaksemme tulevia tarpeita, tässä diplomityössä esitellään kuinka voidaan suunnitella ja toteuttaa avoin langaton asiakas-palvelin järjestelmä. Järjestelmänä päätettiin käyttää Bluetooth:ia. Tutkituista langattomista standardeista Bluetooth sopii parhaiten akkukäyttöiselle laitteelle, jonka tulee olla monipuolinen. Lisäksi Bluetooth:iin on liitetty suuria kaupallisia odotuksia ja yksi työn tavoitteista olikin tutkia, ovatko nämä odotukset realistisia. Bluetooth:iin havaittiin liittyvän paljon ylimainontaa ja, sen todettiin olevan monimutkainen. Sillä on kuitenkin paljon ominaisuuksia ja erilaisten käyttöprofiilien avulla sitä voidaan käyttää monenlaisiin tehtäviin. Suunniteltu järjestelmä ajaa socket-palvelinta Bluetooth-yhteyden päällä. Tietyntyyppiseen liikenteeseen erikoistuneet socket:t tarjoavat vaaditun laajennattavuuden. Palvelin toteutetiin Linux-säikeenä ja se hallitsee Bluetooth protokollapinoa sekä sovelluksia, joita suoritetaan palvelimella. Näiden sovelluksien palvelut ovat muiden käytössä Bluetooth:n kautta.

Design and Implementation of Peer-to-Peer Network over Bluetooth

During the last half decade the popularity of different peer-to-peer applications has grown tremendously. Traditionally only desktop-class computers with fixed line network connections have been powerful enough to utilize peer-to-peer. However, the situation is about to change. The rapid development of wireless terminals will soon enable peer-to-peer applications on these devices as well as on desktops. Possibilities are further enhanced by the upcoming high-bandwidth cellular networks. In this thesis the applicability and implementation alternatives of an existing peer-to-peer system are researched for two target platforms: Linux powered iPaq and Symbian OS based smartphone. The result is a peer-to-peer middleware component suitable for mobile terminals. It works on both platforms and utilizes Bluetooth networking technology. The implemented software platforms are compatible with each other and support for additional network technologies can be added with a minimal effort.

Reusable Bluetooth Networking Component for Symbian Operating System

Tässä diplomityössä käsitellään eri näkökulmia ohjelmistojen uudelleenkäyttöön sekä esitellään perustiedot langattomiin laitteisiin käytettävästä Symbian-käyttöjärjestelmästä ja langattomasta Bluetooth-teknologiasta. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin uudelleenkäytettävä Bluetooth-ohjelmistokomponentti Symbiankäyttöjärjestelmälle. Ohjelmistojen uudelleenkäytön edut ovat erittäin selkeitä. Uudelleenkäytettävät ohjelmistokomponentit parantavat ohjelmiston laatua ja suorituskykyä. Ohjelmistotuotteiden tuotekehityssykliä voidaan lyhentää merkittävästi ja kehitystyön kokonaiskustannuksia voidaan alentaa tehokkaalla uudelleenkäyttöohjelmalla. Kuitenkin uudelleenkäytöllä on myös esteitä, esimerkkeinä näistä ovat mm. resurssien puute, koulutus sekä uudelleenkäytön vastaiset asenteet. Bluetooth-teknologia on kypsynyt viimeisen kahden vuoden aikana, kun markkinoille on tullut yhä enemmän Bluetooth-laitteita ja niitä käyttäviä sovelluksia. Kehitetty komponentti tarjoaa perustoiminnallisuudet Bluetooth-yhteyksien muodostamiselle ja datan siirtämiselle laitteiden välillä.

Bluetooth wireless technology based guidance system

Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat tarjoavat mahdollisuuden toteuttaa erilaisia paikkasidonnaisia palveluita käyttäjille kohtuullisilla kustannuksilla. Opastejärjestelmä, joka ohjaa käyttäjän paikasta toiseen, on yksi tälläinen palvelu. Tässä työssä esitetään langattomaan Bluetooth teknologiaan perustuva opastejärjestelmä. Muita langattomia teknologioita verrataan Bluetoothiin opastejärjestelmän toteuttamisen kannalta. Erilaisia järjestelmän arkkitehtuuri vaihtoehtoja käyttäjän paikantamiseen esitellään. Paikkatietoja hyödynnetään opasteviestin muodostamisessa. Tapoja muodostaa käyttäjän reitti kahden paikan välillä toimistorakennuksessa esitetään. Työn tulos on halpa langatonta Bluetooth teknologiaa hyödyntävä opastejärjestelmä, jota voidaan käyttää myös muiden langattomien paikkasidonnaisten palveluiden tuottamiseen.

JAVA APIS FOR BLUETOOTH WIRELESS TECHNOLOGY

Bluetooth™ Teknologia - Bluetooth Wireless Technology - on lyhyen kantaman langaton kommunikointiteknologia. Vaikka se onkin ensisijaisesti suunniteltu kaapelin korvaajaksi laitteiden omaan toimintaan liittyvässä liikenteessä, voidaan sitä myös käyttää alustana monen käyttäjien peleissä ja muissa vastaavissa sovelluksissa. Tassa diplomityössä esitellään Bluetooth teknologia sovellusohjelmoijan näkökulmasta. Työssä esitellään teollisuuskonsortion määrittelemä Java-ohjelmointirajapinta Bluetooth teknologiaan. Tämän rajapinnan avulla voidaan kehittää kannettavia sovelluksia jotka kommunikoivat Bluetooth yhteyden yli. Rajapinta pohjautuu "Java™ 2 Microedition" alustaan ja on siten toteutettavissa myös pienissä laitteissa kuten matkapuhelimissa. Työssä esitellään lyhyesti rajapinnan keskeiset osat sekä annetaan esimerkki rajapinnan käytöstä. Työn konstruktiivisessa osassa rajapinnan keskeiset on toteutettu kahdelle eri alustalle: Sambian™ ja Microsoft® Windows® käyttöjärjestelmille. Talla tavalla on saatu arvokasta tietoa siitä, miten kyseinen rajapinta tulisi toteuttaa ja myös siitä miten sovellukset sitä käyttäisivät. Keskeiset suunnitteluratkaisut ja saadut kokemukset on raportoitu työn kirjallisessa osassa. Vaikka työn konstruktiivinen osuus onkin luonteeltaan esitutkimus eikä tähdännyt tuotteeseen, on tuloksena syntynyttä rajapintaa tarkoitus käyttää useassa Nokian sisäisessä tutkimus-ja kehityshankkeessa.

The role of Bluetooth technology in transforming the value network of ICT industry

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten Bluetooth-teknologia voi vaikuttaa ICT-alan arvoverkkoon ja alan toimijoiden rooleihin. Tutkimuksessa käytettiin kvalitatiivisia menetelmiä ja siinä oli piirteitä tulevaisuuden tutkimuksesta, koska myös eksploratiivisia menetelmiä käytettiin. Tutkimus perustui laajalti kirjallisuuteen ja artikkeleihin, joiden perusteella muodostettiin skenaarioita ICT-alan tulevaisuuden arvoverkosta. Tutkimus sisälsi myös empiirisen osion, jossa järjestettiin kaksi ryhmäkeskustelua, joissa alan toimijat keskustelivat muodostetuista skenaarioista sekä yleisemmin Bluetoothin vaikutuksista arvoverkkoon. Tutkimuksen mukaan ICT-alan arvoverkko tulevaisuudessa on rakenteeltaan strateginen arvoverkko, jota johtaa eri toimija erilaisissa markkinatilanteissa. Verkon strateginen keskus voi muuttua ajan kuluessa kun Bluetoothin sovelluskohteet lisääntyvät ja se voi vaihdella markkina-alueesta toiseen. Bluetooth luo uuden kommunikaatiokanavan nykyisten rinnalle ja se voi paikallisesti korvata nykyisten kanavien käytön tiedon siirrossa. Bluetooth voi synnyttää lukuisia uusia liiketoimintamahdollisuuksia ja sen avulla voidaan tuottaa lisäarvopalveluita. Suurimpien muutosten voidaan olettaa koskevan teleoperaattoreiden ja sisällöntuottajien liiketoimintaa.