Skip to main content

📝 Project Summary

🔖 Identifikácia​

1️⃣ Názov projektu​

  • Názov projektu: PRJ_025_ST_045_Nodyne
  • Plný názov: Nodyne: Systém detekcie spánku
  • Stručný popis: Cenovo dostupné nositeľné zariadenie na detekciu spánku vodiča pomocou monitorovania polohy hlavy v reálnom čase s okamžitým zvukovým upozornením. Zariadenie deteguje 5 rôznych vzorov nástupu spánku a môže zachraňovať životy predchádzaním dopravným nehodám spôsobeným ospalosťou.

2️⃣ Členovia tímu​

ST IDMenoRola v tímeKompetencie
ST045Pavlo SpirinVývojár / DizajnérEmbedded systémy (Arduino, ESP32), IMU senzory, Web development, Kalibrácia a testovanie, UI/UX dashboardov

Poznámka: Solo projekt

3️⃣ Motivácia tímu​

  • Prečo som si vybral tento projekt?

    • Až 20% dopravných nehôd je spôsobených ospalosťou vodiča. Väčšina existujúcich riešení je príliš drahá (>500€) alebo invazívna (kamery sledujúce oči).
    • Chcel som dokázať, že je možné vytvoriť účinné a cenovo dostupné riešenie (~35€) pomocou dostupných komponentov a open-source technológií.

  • Aký osobný alebo profesný zmysel má pre mňa riešenie tejto témy?

    • Praktická aplikácia znalostí z embedded systémov a IoT v reálnom probléme, ktorý má dopad na bezpečnosť ľudí
    • Skúsenosť s kompletným vývojovým cyklom od návrhu cez implementáciu až po testovanie v reálnych podmienkach
    • Kombinácia hardvéru (M5StickC Plus 2) a softvéru (Arduino firmvér + webový dashboard)

  • Prečo je projekt dôležitý?

    • Zachraňuje životy - včasná detekcia spánku môže predísť smrteľným nehodám
    • Cenová dostupnosť - umožňuje prístup k technológii širokej skupine vodičov
    • Nenápadnosť - nositeľné zariadenie nevyžaduje úpravy vozidla

  • Aký problém rieši?

    • Detekcia viacerých vzorov nástupu spánku (mikrokývnutia, pomalé kĺzanie, silné prikývnutie, zamrznutie, bočný náklon)
    • Upozornenie vodiča skôr, než stratí kontrolu nad vozidlom (odozva <1 sekunda)
    • Alternatíva k drahým komerčným systémom

4️⃣ Cieľ a pridaná hodnota projektu​

Finálny cieľ:

  • Vytvoriť funkčné MVP nositeľného zariadenia na detekciu spánku s viacerými detekčnými algoritmami, upozorneniami v reálnom čase a webovým dashboardom na monitorovanie

Merateľné kritériá úspešnosti:

  • Spoľahlivá detekcia 5 odlišných vzorov ospalosti s minimálnymi falošnými poplachmi
  • Čas odozvy pod 1 sekundu od detekcie nástupu spánku po upozornenie
  • Výdrž batérie postačujúca na 5+ hodinové jazdné relácie
  • Intuitívny kalibračný proces dokončiteľný za 3 sekúndy
  • Webový dashboard funkčný pre produktové demonštrácie
  • Validácia v reálnych jazdných podmienkach

Pridaná hodnota:

  • Pre vodičov: Bezpečnejšia jazda, prevencia nehôd, nízka cena
  • Pre komunitu: Open-source projekt, ktorý môže byť ďalej rozvinutý
  • Pre vzdelávanie: Príklad praktickej aplikácie IoT technológií

5️⃣ Popis riešenia​

Hardvérová platforma:

  • M5StickC Plus 2 - kompaktné zariadenie založené na ESP32 (~30€)
    • Vstavaný IMU senzor (MPU6886) - akcelerometer + gyroskop
    • 1.14" farebný TFT displej (135×240 px)
    • Reproduktor pre zvukové upozornenia
    • RGB LED indikátor
    • Nabíjateľná batéria (200mAh)
    • Rozmery: 48×24×14 mm, hmotnosť ~20g
  • Uchytenie: Elastická športová čelenka (podobne ako čelovka)

Softvérové riešenie:

  • Arduino firmvér (C++)

    • 5 nezávislých detekčných algoritmov
    • Kalibračný systém (50 vzoriek, 3 sekundy)
    • Exponenciálny kĺzavý priemer (EMA) pre filtrovanie šumu
    • Systém upozornení (audio + LED + displej)
    • JSON komunikačný protokol (10Hz)

  • Webový dashboard (HTML/CSS/JavaScript)

    • Web Serial API pre komunikáciu cez USB
    • 3D vizualizácia hlavy (Three.js)
    • Real-time telemetria a grafy
    • Vzdialené príkazy (kalibrácia, reset, stop alarm)
    • Štatistiky relácie

Technológie:

  • Arduino IDE, M5StickCPlus2 Library
  • Web Serial API, Three.js
  • IMU AHRS (Attitude and Heading Reference System)

6️⃣ Projektový plán​

Odhadovaný čas na prácu: ~120 hodín celkom (~15 hodín/týždeň počas 8 týždňov)

Predpokladaný stav v čase prezentácie: Funkčný MVP produkt s dokončeným testovaním v reálnych podmienkach

Hlavné míľniky:

  • Fáza 1: Prototypovanie (Týždne 1-3) - 60 hodín

    • Nastavenie M5StickC Plus 2, prvé čítanie IMU senzora
    • Implementácia základných detekčných algoritmov (silné prikývnutie, mikrokývnutia)
    • Systém upozornení (audio + LED)
    • Implementácia pokročilých algoritmov (pomalé kĺzanie, zamrznutie, bočný náklon)
    • Kalibračný systém

  • Fáza 2: Webové rozhranie (Týždne 4-5) - 30 hodín

    • Web Serial API integrácia
    • JSON komunikačný protokol
    • Základná HTML/CSS štruktúra dashboardu
    • 3D vizualizácia hlavy pomocou Three.js
    • Real-time grafy a telemetria
    • Vzdialené príkazy

  • Fáza 3: Testovanie a optimalizácia (Týždne 6-7) - 20 hodín

    • Domáce testovanie všetkých funkcií
    • Ladenie citlivosti detekčných prahov
    • Dokumentácia projektu
    • Zaobstaranie elastickej čelenky

  • Fáza 4: Testovanie v reálnom vozidle (Týždeň 8) - 10 hodín

    • Testovanie počas skutočnej jazdy (>2 hodiny)
    • Rôzne podmienky
    • Finálna optimalizácia prahov
    • Vyhodnotenie výsledkov

7️⃣ Zákazník a hodnoty​

Primárni zákazníci (B2C):

  • Vodiči kamiónov na dlhé trasy - profesionálni dopravcovia, medzinárodná doprava
  • Doručovatelia - DHL, Amazon, poštové služby (denné dlhé trasy)
  • Vodiči na nočné smeny - zdravotníci, záchranári, security, nočné služby
  • Osobná doprava - jednotlivci jazdící na dlhé vzdialenosti alebo cez noc

Sekundárni zákazníci:

  • Železničná doprava (strojvodcovia)
  • Operátori ťažkej techniky (bagre, žeriavy)

Čo im to prinesie:

  • Bezpečnosť - prevencia nehôd, ochrana života
  • Úspora nákladov - cenovo dostupné riešenie (~35€ vs 500-1000€)
  • Pohodlie - jednoduché použitie, nenápadné, bez inštalácie do vozidla
  • Nezávislosť - funguje v akomkoľvek vozidle bez úprav
  • Dlhodobá hodnota - nabíjateľná batéria, opakovane použiteľné

8️⃣ Očakávané výstupy​

Dokumentácia:

  • KNIFE článok - Detekcia spánku vodiča pomocou IMU senzora
  • SDLC dokumentácia:
    • Business requirements
    • Top-level architecture
    • Solution architecture
    • Analysis
    • Design
    • Implementation details
    • Testing & verification
    • Operation manual
    • Change Management log
  • Demo webový dashboard dostupný cez Web Serial API
  • Technická špecifikácia detekčných algoritmov
  • Video demonštrácia fungovania

Artefakty:

  • Funkčný prototyp Nodyne zariadenia
  • Arduino firmvér (open-source)
  • Webový dashboard (HTML/CSS/JavaScript)
  • 3D vizualizácia hlavy v reálnom čase
  • Kalibračný nástroj
  • Telemetria a štatistiky relácií
  • Kompletný zdrojový kód: PRJ025 - Implementation

📚 Kontext​

KNIFE príspevky:

Literatúra a inšpirácie:

  • NHTSA - Driver Drowsiness Detection Research
  • Sleep Foundation - Microsleep and Road Safety
  • M5Stack dokumentácia a community projekty
  • AHRS (Attitude and Heading Reference System) implementácie
  • Web Serial API špecifikácia (W3C)

Technické zdroje:

  • M5StickC Plus 2 Documentation
  • MPU6886 IMU Sensor Datasheet
  • Arduino Reference
  • Three.js Documentation

Projekt dokumentácia:

🧭 Riziká a závislosti​

Riziká projektu:

  • Hardvérová dostupnosť - M5StickC Plus 2 môže byť vypredaný - Vyriešené: Zariadenie zakúpené
  • Presnosť IMU senzora - šum z vibrácií vozidla môže spôsobiť falošné alarmy - Vyriešené: EMA filtrovanie implementované a otestované
  • Výdrž batérie - nedostatočná pre dlhé cesty - Vyriešené: 5-8 hodín prevádzky potvrdené testovaním
  • Pohodlie uchytenia - elastická čelenka môže byť po dlhej dobe nepohodlná (potreba ďalšej optimalizácie dizajnu)
  • Prijatie používateľmi - vodiči môžu odmietnuť nosiť zariadenie na hlave

Technické riziká:

  • Kalibrácia - zložitý proces pre používateľa - Vyriešené: 3-sekundová kalibrácia s vizuálnou spätnou väzbou
  • Falošné pozitíva - príliš veľa nesprávnych alarmov - Vyriešené: Prahy optimalizované na základe reálnych testov

Závislosti:

  • M5StickC Plus 2 hardvér - zakúpený a otestovaný
  • M5StickCPlus2 Arduino Library - stabilná verzia
  • Web Serial API - podporované v Chromium prehliadačoch
  • Elastická čelenka - zaobstaraná
  • USB-C kábel na nabíjanie - súčasť balenia

9️⃣ Reflexia a ďalšie kroky​

Čo sa naučím:

  • Práca s IMU senzormi, kalibrácia a filtrovanie šumu
  • Vývoj kompletného embedded systému od hardvéru po firmvér
  • Web development s moderným stack (Next.js, Three.js, Web Serial API)
  • Testovanie a optimalizácia parametrov v reálnych podmienkach
  • Štruktúrovaný prístup k vývoju pomocou SDLC a Lemontree metodológie

Plánované vylepšenia:

  • Konfigurovateľné profily citlivosti (prísny/normálny/uvoľnený) pre rôzne jazdné podmienky
  • Vibračný modul (M5StickC Vibration HAT) pre haptickú spätnú väzbu
  • Zvýšenie hlasitosti alarmu (M5StickCPLUS Speaker 2 Hat s 3.2W reproduktorom)
  • Bluetooth pripojenie k mobilnej aplikácii pre monitoring spolucestujúcim
  • Predĺženie výdrže batérie na 12+ hodín optimalizáciou spotreby energie
  • 3D tlačený kryt optimalizovaný na pohodlie a uchytenie na čelenke