AVANCE_01 PROYECTO

MEDIDOR DE PULSO CARDÍACO 
CON ARDUINO

1. INTEGRANTES:

• Condori Ortíz, Daniel Agustín
• Huanca Choquecajia, Luz Marina
• Quenallata Luque, Mishel Alejandra
• Sarmiento Condori, Jimmy

2. OBJETIVOS:

2.1. OBJETIVO GENERAL:

·         Medir pulsos cardíacos y poderlos visualizar mediante la pantalla del serial plotter de Arduino.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

·         Aprender a programar un sensor de pulso cardíaco.

·         Poder programar una pantalla LCD de 16 x 2" para la muestra de las pulsaciones por minuto.

·         Poder realizar una comunicación inalámbrica con el módulo NRF 24L01.

3. JUSTIFICACIÓN

Debido a que la tecnología avanza considerablemente en diferentes áreas de desarrollo, tales como la industria de alimentos,  dispositivos electrónicos, deporte, ciencia, medicina, etc. Nosotros consideramos que este desarrollo debe estar enfocado a facilitar  la resolución de muchos problemas cotidianos en nuestras vidas, tal como es el caso de los problemas cardíacos.

El presente proyecto trata justamente de aprovechar la instrumentación ya presente en el mercado, tales como sensores, microcontroladores, con la finalidad de crear un prototipo económico que pueda ayudarnos a conocer como van nuestras pulsaciones cardíacas (prevención), teniendo como referencia que muchas veces un examen de electrocardiograma no es tan accesible para todos, y para de esa manera poder tomar las medidas correctivas adecuadas en caso fueran necesarias.

4. MATERIALES:

• Arduino UNO R3
• Pantalla LCD 16X2
• Sensor cardio 
• Sensor de radiofrecuencia NRF24 L01
• Conversor  PCF8574 I2C ( Para LCD 16X2) 
• Resistencias
• Leds
• Cautín
• Estaño
• Cables conectores

5. RESUMEN:

En el proyecto realizado implementamos conocimientos electrónicos para solucionar un problema  cotidiano en la actualidad con la finalidad de poder solucionarlo económicamente, seguro y con la garantía de poder usarlo a largas distancia ya que tendrá un sistema inalámbrico. Además de la realización de sus conexiones de forma personal, ya que cuenta con componentes a disposición de las personas, también se adicionará la programación y explicación de cada uno de los códigos poniendo al tanto de todo su funcionamiento.

El siguiente contexto detalla pasos desde el funcionamiento de cada componente conectado al Arduino  como por ejemplo la conexión del sensor medidor de pulso cardíaco conectado al Arduino que por medio de la aplicación Arduino en comando serial se podrán visualizar gráficos de pulsos y que al implementar el sensor de radiofrecuencia no tendrá la necesidad de mantener contacto con un ordenador y podrá ser manipulado a largas distancias, también adicionándole una pantalla LCD se podrán visualizar datos de los pulsos, recepcionados por el sensor, con esto buscamos la rentabilidad de poseer su atención en el producto final.

6. FOTOS Y VÍDEOS REFERENCIALES:

• Sensor de pulsaciones cardíacas Arduino

• Pruebas del sensor pulso cardíaco

• Conexion de LCD  con Arduino

• Conexión de un sensor pulso cardíaco 

• Sensor Radio Frencuencia

Arduino conectado a un sensor cardio

      AVANCE NUMERO 2:

• FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR
  El sensor de pulso fotoeléctrico está diseñado para un fácil uso es un dispositivo que controla la frecuencia cardíaca midiendo los niveles de oxígeno en la sangre, especialmente con la plataforma Arduino se puede visualizar los pulsos cardíacos del corazón bombeando sangre por el cuerpo con cada latido hay una onda de pulso solo se necesita alimentarlo con un voltaje entre 3V a 5V (cable rojo), GND (cable naranja) y la salida analógica (cable marrón) que conectaremos a la primera entrada analógica (A0) de la placa que soporte entradas analógicas como el Arduino. El dispositivo tiene un funcionamiento que por medio de un led de color verde emite luz que al entrar en contacto con nuestro dedo o el lóbulo del oído nos emite una cierta cantidad de luz, el flujo de sangre hace que la cantidad de luz cambie de acuerdo al pulso cardíaco con cada latido hay una onda de pulso que se muestra en el gráfico de Arduino en tiempo real, la luz reflejada es detectada por el sensor de luz que convierte el flujo de luz en un voltaje analógico se filtra y amplifica; si este tiene una iluminación alta presenta más señal, si es baja la luz nos mostrara ondas bajas con el fin de encontrar latidos sucesivos y el tiempo en la que transcurren al viaja a lo largo de todas las arterias hasta las mismas extremidades. Al implementar  un circuito que ponga a prueba su funcionamiento haremos que suene  un buzzer con cada latido del corazón al mismo tiempo se le incorporara un led que muestre de forma visual a que frecuencia se dan los pulsos enviando una señal directa del sensor de pulso a un ordenador con la que se visualizan los latido del corazón humano.

• CÓDIGO DEL SENSOR:

Figura 1:

Primera parte de la programación

Figura 2:

Segunda parte de la programación 

• DEMOSTRACIÓN FÍSICA DEL PROYECTO:

Figura 3:

Implementación de circuito, con el sensor cardio, pantalla LCD 2X16,

sensor de radiofrecuencia NRF24 L01 y arduino UNO.

 Figura  4:

Conexión con el arduino en los lados Analógicos, 5V y GND con un
led y un zumbador adicionales

• VIDEO DEMOSTRATIVO

• FOTO GRUPAL:

AVANCE NUMERO 3:

Durante el presente avance realizado el día 13 de junio, se reportará lo siguiente:

1. Se logró corregir los ruidos existentes del sensor de pulso, modificando totalmente la programación, es decir, hasta el avance número 2, el código de programación se basaba en interrupciones; sin embargo este mismo presentaba cierta dificultad para su entendimiento, por lo que investigando más en relación al tema, se optó por incluir una librería denominada "PulseSensorPlayground.h", la cual fue creada justamente para el trabajo óptimo del sensor. En esta librería se incluyen funciones que nos permiten de una manera mucho más sencilla colocar las pulsaciones por minuto, así como también el control del parpadeo del led usado según las pulsaciones detectadas.
2. En el presente avance también se logró realizar, la comunicación inalámbrica entre dos arduinos cumpliendo cada uno la función de maestro  y esclavo respectivamente, esto mediante la utilización del sensor NRF24L01.
• ARDUINO ESCLAVO: En este módulo se realiza las conexiones necesarias para la toma de datos sensor en su entrada analógica, de la misma manera las conexiones hacia la pantalla LCD.
• A continuación se mostrará el código empleado para el módulo esclavo:

• Imagen del ensamblado realizado para el módulo esclavo:

• ARDUINO MAESTRO: En este módulo arduino será solo conectado el sensor NRF24L01 el cual captará las señales enviadas por el módulo esclavo para la realización del gráfico correspondiente a lo evaluado.
• A continuación se mostrará el código empleado para el módulo maestro:

• Imagen del ensamblado realizado para el módulo maestro:          

      3. VIDEO DE FUNCIONAMIENTO:

      4. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

• OBSERVACIONES:
• Durante el presente trabajo realizado se usó un módulo I2C, esto con la finalidad de poder controlar el LCD con sólo dos pines de Arduino, y de esta manera poder tener menos conexiones y más pines disponibles en el Arduino.
• Fue muy importante revisar los datos de funcionamiento del sensor de pulso, para de esa manera realizar el conexionado adecuado, evitando causar daños al dispositivo o tener problemas posteriores en la programación.
• Es muy importante tener la consideración de que cuando estamos usando el serial plotter de Arduino no podemos usar a la vez la consola de comunicación serial, y viceversa, por lo que sólo debemos trabajar en cada una de ellas según lo que queremos mostrar e interactuar en un determinado momento.
• Otra observación a tener en cuenta con respecto a la presentación del Serial plotter de Arduino, es que no podemos escalar los ejes según nuestros requerimientos; siendo esto una incomodidad y desventaja ya que a veces la auto-escala no es la correcta.
• Durante el presente proyecto, se usó dos módulos arduinos, configurados uno como esclavo y otro como maestro respectivamente, y para la realización de dicha comunicación inalámbrica se usó los sensores NRF24L01.
• Una observación importante con respecto a los sensores NRF24L01, es que trabajan a una distancia de 20m inalámbricamente, pero existen también módulos que tienen antenas que nos permiten realizar una comunicación inalámbrica de hasta 1 kilómetro de distancia.  

• CONCLUSIONES:    
• Para poder trabajar con el sensor de pulso, se tuvo que incluir la siguiente librería en arduino: “PulseSensorPlayground.h”, la cual nos permite trabajar de manera óptima con dicho sensor, obteniendo de ella varias funciones propias, como es el caso de la determinación de las pulsaciones por minuto.
• Se revisó el data sheet del sensor NRF24L01, el cual es un sensor que nos permite la transferencia de datos entre dos microcontroladores, observando la adecuada conexión de sus pines en el módulo arduino, siendo relevante mencionar que debe trabajar máximo a 3.3 V, ya que de lo contrario se dañaría el dispositivo.
• Durante el presente proyecto se comprobó la comunicación bidireccional que nos permite dichos sensores de radiofrecuencia usados, es decir, nosotros podemos leer todos los datos del otro módulo; pero también podemos enviar datos que ejecuten acciones en los componentes conectados a dicho módulo ( esclavo).
• Los sensores de radio frecuencia también pueden trabajar en la opción de multiserver, es decir, puede ser configurado según programación para que exista un único módulo maestro y hasta 7 módulos esclavos con comunicación bidireccional.
• Con respecto al envió de datos de forma inalámbrica, es importante mencionar, que este se realiza mediante vectores o arrays en arduino, los cuales deben tener el mismo nombre tanto en el código del maestro como del esclavo, ya que de lo contrario dichos datos no sería enviados correctamente.
• El corazón produce una actividad eléctrica que por medio del sensor de cardiograma podemos registrar la actividad eléctrica del corazón, para interpretarla de forma correcta se hizo uso de la pantalla LCD y a través de Serial plotter se ve la frecuencia cardíaca.  
• El rango maximo del sensor inalambrico es de 100m esto sucede siempre y cuando no presente alguna interferencia por ello se hizo pruebas de maestro y esclavo a través de un led, con el fin de verificar su funcionamiento.