Разработка электроники для системы мониторинга игровых видов спорта

Для достижения высоких результатов в современном спорте активно используется data-driven подход. Сбором и анализом данных занимаются спортивные аналитики. Задача аналитика – собрать необходимые данные и представить их таким образом, чтобы другие члены команды – тренеры, врачи и физиотерапевты смогли принять правильные решения по планированию тренировочного процесса. Для получения данных используются системы видео анализа и различная носимая электроника – датчики и сенсоры.

К нам обратился заказчик, спортивный аналитик, который активно использовал «железо» и «софт» сторонних производителей в своей работе, но со временем пришел к выводу, что нужно делать свою программно-аппаратную систему, характеристики и функционал которой будет на 100% соответствовать его требованиям. Нас наняли на разработку аппаратной части системы – носимых датчиков для сбора данных о перемещении и физическом состоянии спортсменов во время тренировки.

Для аналитиков важны физические и физиологические показатели спортсмена, например скорость, мощность и ЧСС, с которым спортсмен выполняет упражнение. Для получения этих данных используются специализированные носимые датчики, отслеживающие перемещение и другие параметры.

Почему нельзя использовать готовые устройства, например смарт часы?

Большинство современных смарт часов от известных производителей (Apple, Garmin, Polar, Suunto и др.) позволяют собирать данные о перемещении спортсмена, но они больше подходят для одиночного использования, а не для командных видов спорта. Количество данных для выгрузки и анализа ограничено.

У устройств из дешевого ценового сегмента страдает точность и надёжность получаемых данных.

Поэтому для таких целей проектируются специализированные датчики, обладающие только необходимым функционалом и подходящим форм фактором.

В устройстве необходимо было реализовать следующий функционал:

• время автономной работы в активном режиме не менее 10ч для возможности проведения нескольких тренировок без необходимости подзарядки;
• возможность подключения датчика ЧСС по BT и Ant+;
• позиционирование при помощи GPS и ГЛОНАСС;
• запись результатов во внутреннюю память устройства;
• передача данных через USB и BT (опционально);
• световая индикация состояния работы;
• управление при помощи одной кнопки, для удобства использования;
• влагозащищённое исполнение;
• прикладное ПО для загрузки и обновления прошивки устройств.

Как и в других проектах для того, чтобы можно было писать код, не дожидаясь рабочего железа, был создан макет на основе отладочных плат. Это позволило ускорить сроки разработки ВПО.

Некоторые трудности возникли из-за того, что кодовая база основного вычислителя не позволяла использовать современную ОСРВ Zephyr и потребовала написания большинства драйверов с нуля.

На сроки также повлияли доступность компонентов в России. Мы подобрали надежную зарубежную площадку, которая смогла организовать закупку компонентов и производство образцов.

В результате проект был выполнен за 3 месяца.

Из-за требований к размеру устройства (оно должно быть лёгким и не ощущаться спортсменом во время использования) для проектирования печатной платы был использован стандарт HDI (High Density Interconnect). Основным вычислителем выступил SOC в корпусе размером 3,5х3,5 мм, а сама печатная плата состоит из 6-и слоёв.

Для ускорения разработки в первой ревизии устройство решили выбрать готовый корпус с небольшими доработками. В дальнейшем планируется проектирование и производство кастомного корпуса.