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Monitor de Batimentos CardıacosRenata Mota Martins(201521382), Thalyson Rocha Matos(201520290)

Emails : reh03503@gmail.com, rochathalyson@gmail.com

Resumo—

Neste projeto optou-se pela criacao de um prototipo capaz de mensurar a frequencia cardıaca de forma nao-invasivaalem de mostrar-se mais acessıvel, por apresentar um custo menor em relacao aos cardiofrequencımetros disponıveisno mercado. O princıpio do sensor utilizado baseia-se em um metodo optico que mede as alteracoes ocorridas nofluxo sanguıneo. O seguinte artigo, portanto, demonstra o planejamento e as etapas de concepcao do dispositivodesenvolvido.

Palavras - chave : prototipo; acessıvel; frequencia cardıaca.

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Universidade Federal de Rondonia - UNIRDepartamento de Engenharia EletricaNucleo de TecnologiaOrientador: Ciro Jose Egoavil Montero.Disciplina: Eletronica I

OBJETIVO GERAL

Implementar um monitor de batimentos cardıacosde baixo custo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

· Aprender sobre o funcionamento de sensoresdebatimentos cardıacos· Realizar o levantamento dos dispositivosutilizados;· Adquirir conhecimento sobre a montagem deequipamentos eletronicos;· Aprender sobre o funcionamento doscomponentes utilizados;· Elaborar relatorios sobre o desenvolvimento doprojeto;· Montar o projeto e realizar testes;· Elaborar o site do projeto e realizar a apresentacao;

INTRODUCAO

A variabilidade da frequencia cardıaca caracteriza-se como uma eficiente forma de analise nao-

invasiva do funcionamento do sistema nervoso au-tonomico (SNA), que age como um mecanismo deajuste cardiovascular. Porem e importante ressaltarque a frequencia cardıaca (FC) apresenta variacoesuma vez que o coracao nao possui a regularidadede um relogio.

“[...] alteracoes na FC, definidascomo variabilidade da frequenciacardıaca (VFC), sao normais e es-peradas e indicam a habilidadedo coracao em responder aosmultiplos estımulos fisiologicos eambientais, dentre eles, respiracao,exercıcio fısico, estresse mental,alteracoes hemodinamicas e me-tabolicas, sono e ortostatismo, bemcomo em compensar desordens in-duzidas por doencas[...].” (VAN-DERLEI et. al., 2009)

Na decada de 1980, criaram-se os primei-ros monitores de frequencia cardıaca (MFC) parauso durante o exercıcio que, posteriormente, fo-ram validados com intuito de monitorar a intensi-dade da atividade aerobia. (PIMENTEL et al., 2010).Os cardiofrequencımetros apresentam uma grandeaplicabilidade em situacoes externas ao ambientelaboratorial e por serem mais acessıveis em relacaoao seu custo, caracterısticas essas que sao opostas asapresentadas pelo eletrocardiograma (ECG) e pelosconversores analogicos digitais.

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Nos ultimos anos tem surgido um interessecada vez maior pela tecnologia de sensores de Foto-pletismografia (MARTINS, 2010, p.23)

A Fotopletismografia consiste na medicaodas alteracoes do fluxo sanguıneo utilizando ummetodo optico. A frequencia cardıaca pode ser es-timada atraves de sensores baseados nesse metodocapazes de medir a quantidade de luz infraverme-lha absorvida ou refletida pelo sangue, as alteracoesde volume que sao provocadas por variacoes dapressao sanguınea nos vasos e que ocorrem aolongo do ciclo cardıaco.

Dada a relacao existente entre o volumedos vasos, a pressao sanguınea e a quantidade deluz absorvida ou refletida, e possıvel observar avariacao de volume com base na luz detectada pelosensor. (MARTINS, 2010, p.14)

O princıpio da Fotopletismografia funda-mentou a realizacao desse projeto, justificando aimplementacao de um dispositivo que atendesseas caracterısticas e funcionalidades de um fre-quencımetro por suas diversas formas de apli-cabilidade e capacidade de proporcionar umacontribuicao efetiva a um grande numero de poten-ciais usuarios desse prototipo.

RELACAO DE ATIVIDADES

Reconhecimento das caracterısticas dos medido-res cardıacos: Nesta etapa foi realizado um estudoaprofundado sobre as caracterısticas dos medidorescardıacos e do sensor utilizado no projeto.

· O sensor Amped 1.5 e composto por um trans-missor de LED e um receptor da quantidade de luzrefletida durante a passagem de corrente sanguınea.

Esse sensor e essencialmente umfotopletismografo, bastante conhecido eamplamente utilizado para o monitoramentonao-invasivo da frequencia cardıaca.

Figura 1. Sensor

O fotopletismografo pode ser implementadopara medir os nıveis de oxigenio no sangue ousimplesmente, como no nosso caso, medir o numerode batimentos cardıacos por minuto (BPM).

O sinal de pulso cardıaco que sai do sensore uma flutuacao analogica na tensao, e tem umaforma de onda previsıvel.

Figura 2. Forma de onda captada pelo sensor

A representacao da onda do pulso e cha-mada de fotopletismograma ou PPG. O sensor depulso Amped 1.5 responde a mudancas relativasna intensidade da luz. A luz do LED verde quee refletida de volta ao sensor muda durante cadapulso.

Essa luz possui um comprimento de ondabem no meio do espectro visıvel para apresentaruma sensibilidade maior e ter a capacidade de sercaptada como mostra a imagem abaixo:

Figura 3. Espectro de luz visıvel

Reconhecimento dos dispositivos eletronicos: Oscomponentes eletronicos foram estudados com oobjetivo de alcancar um profundo conhecimentosobre suas caracterısticas e comportamento nosmais variados tipos de circuito, visando o exito naimplementacao do projeto. Abaixo encontram-sedescritos alguns dispositivos utilizados:

· Resistor: Dispositivo eletrico, passivo que resiste aofluxo de corrente.

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Figura 4. Resistor simples

· Capacitor: Dispositivo passivo formado por duasplacas condutoras separadas por um isolante, proje-tado para armazenar energia em seu campo eletrico.

Figura 5. Capacitor eletrolıtico

· Display LCD: Painel fino usado para exibirinformacoes.

Figura 6. Display LCD

· Arduino UNO: E uma plataforma de prototipagemeletronica de hardware livre e de placa unica.

Figura 7. Arduino UNO

· Diodo emissor de luz: E usado para a emissao de luzem locais e instrumentos onde se torna mais conve-niente a sua utilizacao no lugar de uma lampada.

Figura 8. Led’s

Capacitacao em instrumentacao eletronica: Osdiscentes passaram por um processo de aquisicaode conhecimento em manusear dispositivoseletronicos, tais como sensores, placas de impressaoe diodos, alem de programacao utilizando Arduıno;

Montagem do projeto: O projeto foi inicialmentemontado na protoboard, onde verificou-se seu fun-cionamento como mostra a figura abaixo:

Figura 9. circuito montado protoboard

Figura 10. circuito montado protoboard com led acesso

A programacao usada determina emquantos milisegundos ocorrem dois pulsoscardıacos, divide esse tempo por 120.000milisegundos (2 minutos) e armazena esse dado emuma varıavel.

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Figura 11. Codigo Arduıno

O processo se repete ate que as seisvarıaveis do tipo “float” sejam preenchidas,obtendo-se uma media final dessas varıaveisque por fim, e mostrada no display LCD. Acomunicacao do microcontrolador com o DisplayLCD ocorreu atraves da utilizacao do modulo SerialI2C, programado como mostra o codigo abaixo:

Confeccao da placa: A implementacao da placa docircuito foi feita atraves dos seguintes materiais:

• Placa de Fenolite;

• Percloreto de ferro;• 01 Recipiente• Perfurador de solda ;• Estanho para solda;• Ferro de solda;• Sockets;• Regulador de tensao LM 7805 ;• Chave liga e desliga;• Oscilador de cristal de 16Mhz;• Capacitores ceramicos;• Capacitores eletrolıticos;• Atmega 328p-pu ;• Leds.

A placa foi projetada no programa Proteus eimprensa em papel fotografico.

Figura 12. Placa simulada no programa Proteus

Figura 13. Placa impresa em papel fotografico

Apos a impressao, foi colado o desenho docircuito na placa utilizando um ferro de passar

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roupas e posteriormente corroıda com percocleto deferro em um recipiente.

Figura 14. Circuito colado na placa com ferro de passar roupas

Para furar a mesma foi utilizado um furadorde solda e logo foi soldado os componentes utili-zando estanho e ferro de solda.

Figura 15. Placa finalizada, vista superior

Figura 16. Placa finalizada, vista inferior

Revisao do projeto: Dado a realizacao detestes tentou-se corrigir os erros encontrados

na implementacao do projeto.

Criacao do site do projeto: Os discentes criaramum site, como proposto e orientado pelo Docentena plataforma online de criacao e edicao desites Wix.com podendo ser acessado no endereco:https://monitorcardiaco.wixsite.com/monitorcardiaco.

Figura 17. Pagina inicial do site criado na plataforma Wix.com

METODOLOGIA

Na implementacao do Monitor Cardıaco foi ne-cessario realizar o tratamento do sinal provenientedo sensor utilizado atraves de uma programacao nomicrocontrolador ATMEGA 328p-PU responsavelpor captar os pulsos dos batimentos cardıacos, re-alizar uma media e imprimir esse dado final emum display LCD. Posteriormente, foi confeccionadauma placa constituıda do microcontrolador e deum oscilador de cristal de 16MHZ para que afuncionalidade do prototipo ocorresse sempre nestafrequencia de operacao. Para alimentarmos o cir-cuito utilizamos uma bateria de 9V que passou aser transformada para 5V atraves do Regulador detensao LM 805, tendo por incumbencia alimentar oATMEGA 328p-PU.

CONCLUSAO

Na implementacao do projeto verificou-se que ograu de precisao do funcionamento do monitorcardiaco varia, estando ora por volta dos 10% demargem de erro, ora 5%. Isso se deve ao fato de queo sensor utilizado e de baixa qualidade, correspon-dendo com pouco sucesso as espectativas. Verificou- se tambem que a precisao do sensor depende doangulo em que e posicionado a ponta do dedo poisesse posicionamento interfere na quantidade de luzrefletida.

Portanto, comparado a outros medidoresdisponıveis no mercado que apresentaram margens

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de erros significantes, este sensor torna-se viavel,pois e de baixo custo, alem de ser possivel autilizacao de outros CIS (circuitos integrados) paraaprimoracao do mesmo.

1 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] BOYLESTAD, Robert e NASHELSKY, Louis..Dispositivos Eletronicos e Teoria de Circuitos.Prentice Hall do Brasil.

[2] MALVINO, Albert P. Eletronica. Volume I.McGraw-Hill.

[3] ALONSO, Denise de Oliveira et al.Comportamento da frequencia cardıaca e dasua variabilidade durante as diferentes fases doexercıcio fısico progressivo maximo. Arq. bras.cardiol, v. 71, n. 6, p. 787-92, 1998.

[4] VANDERLEI, L.C.M., PASTRE, C.M., HOSSHI,R.A., CARVALHO, T.D., GODOY, M.F. Nocoesbasicas de variabilidade da frequencia cardiac e suaaplicabilidade clinica., Rev Bras Cir Cardiovasc,vol.24, no.2, pp.205-2017, 2009.

[5] PIMENTEL, Alan Santos et al. Polar S810 comorecurso alternativo ao eletrocardiograma no testede exercıcio de 4 segundos. Arq Bras Cardiol, v. 94,n. 5, p. 580-4, 2010.

[6] ALEXANDER, Charles K.; SADIKU, MatthewNO. Fundamentos de circuitos electricos (5a.McGraw Hill Mexico, 2013.

[7] MARTINS, Rui Miguel Silva. Desenvolvi-mento de um sensor de fotopletismografia paramonitorizacao cardıaca para aplicacao no pulso.2010. Dissertacao de Mestrado.