Un acelerómetro en tu pie (Bluetooth + Android)

No todos los gimnasios y lugares dedicados al entrenamiento físico (o rehabilitación por orden médica) poseen lo más avanzado en tecnología sobre bicicletas fijas. Hablamos de las que nos devuelven el tiempo que dura nuestra sesión de pedaleo, la cantidad de movimientos realizados con las piernas al accionar los pedales, la “teórica” y estimada distancia recorrida en kilómetros luego de, por ejemplo, 15 minutos de continuo trabajo, etc. En mi caso particular, asisto a un gimnasio que posee bicicletas de todo tipo, color y forma, pero hay pocas que poseen un con todas estas indicaciones. Las más utilizadas, además, no poseen ningún tipo de instrumento, sólo un ajuste que permite “frenar” la libre acción de los pedales, simulando la subida de una cuesta empinada; es decir, permite realizar un trabajo de esfuerzo controlado a voluntad. En mi caso es muy útil, no porque me dedique a subir montañas en bicicleta en mis tiempos libres, sino que me resulta un buen ejercicio para los momentos del año en que los controles médicos me exigen la realización de un estudio cardiológico conocido como “ergometría”.

En la aplicación que veremos hoy utilizaremos muchas cosas que ya hemos visto en entregas anteriores, pero combinadas para una aplicación muy útil y que se puede adaptar a otros usos como veremos más adelante. Los elementos activos que forman este desarrollo son cuatro: un acelerómetro de salidas analógicas, un doble amplificador operacional, un microcontrolador y un módulo Bluetooth HC-06 que se presenta como enlace para la entrada de datos en serie, operado por el microcontrolador. El acelerómetro que he utilizado en este trabajo es un MMA7260Q que, a pesar de que ya no se fabrica, lo puedes encontrar fácilmente ya sea de forma simple o en módulos preensamblados listos para usar en una protoboard. En caso de no encontrar este modelo de acelerómetro, se puede adaptar cualquiera que tenga salidas analógicas en uno, dos o tres ejes. La idea es aprovechar materiales en desuso. En mi caso, el MMA7260Q fue el acelerómetro seleccionado y, al igual que los demás componentes, utiliza una alimentación de 3,3 Volts (probado incluso con 2,7 Volts), entregando buena señal en sus salidas. Recuerda que sólo se usará la salida de un eje.

¿Por qué la salida de sólo un eje? Porque al utilizar una bicicleta, cualquiera de los pies realiza un movimiento (básico) en forma vertical, tanto ascendente como descendente y se aprovecha la respuesta del acelerómetro al detectar esos movimientos. Además, el diseño compacto previsto permite que todo el conjunto sea integrado en una banda elástica, similar a las que usan los jugadores de tenis en sus muñecas, ubicándose por encima del tobillo para alojar la electrónica. A cada acción descendente o ascendente (tú decides qué pulso aprovechar) del pie, el acelerómetro envía una señal analógica, proporcional al impulso ejercido, que luego se convierte en un pulso digital. Observa el circuito: la salida del acelerómetro se amplifica para generar pulsos claros que el microcontrolador interpreta como un uno lógico.

De este modo, se toma la información de aceleración dinámica del acelerómetro y se amplifica lo necesario para obtener pulsos definidos a cada acción sobre el pedal de la bicicleta. Se utiliza un circuito con dos configuraciones de amplificación (“inversor” y “no inversor”) para que puedas evaluar cuál resulta más adecuado. Por ejemplo, quizás con un único paso amplificador en modo inversor ya consigas los pulsos correctos para el microcontrolador. Todo dependerá de la posición del acelerómetro, sus propiedades y el recorrido que permita elegir la configuración óptima. De este modo, el circuito propuesto no es definitivo, sino que la implementación y programación del microcontrolador ayudará a reducir pasos de amplificación según convenga. Te mostramos un circuito funcional que combina ambas opciones, y tu escoges la que más te convenga.

¿Cómo defines si utilizas un solo paso amplificador y cuál? Es muy sencillo. Tú decidirás si la acción del pie sobre el pedal genera un pulso equivalente a un uno lógico o a un cero en la salida del acelerómetro, según su montaje. Además, deberás definir cuándo se genera el pulso, es decir, si al descender o al ascender el pedal. Finalmente, en el programa del microcontrolador definirás qué tipo de impulso (descendente o ascendente) recibirás. Esta parte, referida al tipo de impulso en el pin del microcontrolador, puede asociarse imaginariamente a un pulsador que trabaje con una resistencia pull-up o una configuración pull-down. Si eliges la primera opción, simularás un pulso de Vcc a GND; de lo contrario, de GND casi hasta Vcc.

Vale remarcar el “casi”, ya que no utilizamos (ni es necesario) un amplificador operacional especial que transfiera la tensión completa de alimentación. A esto se le conoce en algunos amplificadores como “salida rail-to-rail”, pero para este desarrollo no se requiere. Un modesto, económico y ultraeficiente LM358 es suficiente para un rendimiento adecuado. De igual forma, el LM358 sigue funcionando de manera óptima a 2,7 Volts (aunque la hoja de datos indica que opera hasta 2,3 Volts) y será un amplificador operacional que hallarás en placas obsoletas (ideal para el canibalismo electrónico), incluso en montaje superficial. Unas cuantas resistencias completan la etapa de amplificación, dejándonos listos para el microcontrolador. Así se implementa un acelerómetro de salida analógica (MMA7260Q u otro) según su desempeño a 3,3 Volts, junto con un amplificador operacional doble como el LM358 que puede reemplazarse por un LM324 (cuádruple) si se requieren más canales en un mismo encapsulado.

Lo que sigue es similar a lo visto en aplicaciones anteriores. Un microcontrolador PIC 18F25K20 programado en Amicus (software gratuito) y un módulo Bluetooth HC-06 que conecta la parte de hardware con la aplicación desarrollada para Android. Aquí las posibilidades se multiplican, ya que puedes elegir el microcontrolador, el lenguaje de programación y el módulo Bluetooth que prefieras. Nosotros usamos estos componentes en diversas aplicaciones, pero tú puedes reinventar el circuito con los materiales que tengas a mano. Finalmente, en la tienda de Android se utiliza el módulo GPS para determinar la distancia recorrida, aunque para aplicaciones en gimnasio o en casa, este sistema evita depender de un reloj y garantiza medir el esfuerzo en la bicicleta. He visto bicicletas de calle adaptadas con estructuras mecánicas que facilitan esta conversión, y para todas ellas, éste es el aporte de NeoTeo, que podemos optimizar al máximo.

Todo puede ser albergado dentro de una banda elástica, al estilo de las que usan los jugadores de tenis en sus muñecas. En nuestro caso, iría en la pierna, ubicada por encima del tobillo.

Por otro lado, realizar aplicaciones Android valiéndose del acelerómetro presente en muchos móviles, sería inviable ya que el dispositivo tendría que estar adherido a la pierna, perdiendo visibilidad. Con este desarrollo y pocos componentes, se puede crear un asistente para cuando la ejercitación no se realice en equipos costosos, sino en bicicletas tradicionales o adaptadas. Además, aún queda la parte del software: la aplicación para Android y otros detalles que podrían extenderse a aplicaciones industriales, como contar pulsos de una bomba de agua, calcular litros o controlar el tiempo de funcionamiento, mientras se visualiza la hora de la actividad. Es asombrosa la versatilidad de este circuito, que va de la bicicleta a aplicaciones industriales con mínimas variaciones.

¿Te interesa el desafío? ¿Te atrapa la programación para Android? En la próxima entrega (esta misma semana) veremos todo lo necesario para disfrutar de este dispositivo que, sin duda, llamará la atención en tu gimnasio. No te pierdas la siguiente entrega, Android llegó para quedarse y esperamos que lo disfrutes.

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