Guide Complet pour Construire un Moniteur de Fréquence Cardiaque Fiable

Le moniteur de fréquence cardiaque est un appareil que vous avez probablement déjà entendu parler. Vous connaissez peut-être des appareils ou personnes équipés de capteurs cardiaques.

Ils sont si courants aujourd'hui qu'on les trouve intégrés dans les montres connectées ou sous forme de bracelets, facilement accessibles.

Si vous êtes curieux de son fonctionnement et souhaitez en construire un comme projet, ne vous inquiétez pas. Vous êtes au bon endroit.

Ici, vous découvrirez le secret du circuit moniteur de fréquence cardiaque et apprendrez à en réaliser différents types en quelques étapes simples.

Prêt ? Commençons !

Le Concept du Capteur de Pouls

Avant les détails techniques, quelques points à savoir :

Les capteurs de pouls sont essentiels pour les patients et les athlètes pour surveiller l'état de leur cœur.

Bien qu'il existe plusieurs façons de mesurer la fréquence cardiaque, le capteur de pouls est la plus simple. Il est portable, existe en différentes tailles et formes, et offre une plateforme accessible pour vérifier son pouls instantanément.

Montre Connectée

On les trouve dans les montres, téléphones et autres gadgets intelligents. Ils mesurent le temps nécessaire au cœur pour se dilater et se contracter par minute.

Le Concept du Moniteur de Fréquence Cardiaque

Un moniteur de fréquence cardiaque basique comprend :

• Capteur
• LED IR
• Photodiode dans le capteur
• Circuit de commande

Le circuit comporte un AOP (amplificateur opérationnel) et d'autres éléments reliant le signal original à différents microcontrôleurs.

Voici un schéma de capteur de pouls pour mieux comprendre :

Circuit Capteur de Pouls

Le schéma montre un capteur de pouls au doigt qui détecte les pulsations. Les battements cardiaques modifient automatiquement le volume sanguin et l'intensité de la lumière de la LED IR. La photodiode détecte alors une intensité variable.

Un condensateur alimente la sortie de la photodiode vers l'entrée « non-inverseuse » du premier AOP, bloquant les composantes DC du signal. L'AOP fonctionne comme un amplificateur non-inverseur avec un facteur d'amplification de 1001 à la fréquence de coupure.

Le second AOP reçoit la sortie du premier sur l'une de ses entrées et fonctionne comme comparateur. Sa sortie pilote un transistor qui transmet le signal au microcontrôleur.

L'AOP utilisé est le LM358 (deux AOP en un boîtier). Le transistor est un BC547, et la LED connectée au transistor clignote à chaque détection de signal.

Conception du Circuit

Nous verrons trois capteurs de pouls :

• Capteur de pouls avec LM358
• Capteur de pouls avec Arduino
• Comment interfacer un capteur de pouls Arduino

Circuit Moniteur de Fréquence Cardiaque : Capteur de Pouls avec LM358

Ce circuit détecte les battements cardiaques via un CI LM358 couplé à un émetteur et récepteur infrarouge. La LED IR est l'émetteur, la photodiode le détecteur. Illustration :

Illustration du Circuit Capteur de Pouls avec LM358

Voici le brochage du LM358 :

Schéma de Brochage LM358

Composants Requis :

• AOP LM358 (1)
• Condensateur électrolytique 4,7 µF (1)
• Condensateur céramique 100 nF (1)
• Pile 9 V (1)
• Paire de LED IR (1)
• LED 5 mm (1)
• Résistances 220 kΩ (2)
• Résistance 10 kΩ (1)
• Résistance 680 kΩ (1)
• Résistance 6,8 kΩ (1)
• Résistance 47 kΩ (1)
• Capteur de pouls (PC3) (1)

Étapes

• 1 : Connecter la base du LM358 au circuit imprimé et le CI à la base.
• 2 : Connecter toutes les LED au circuit imprimé
• 3 : Connecter les deux condensateurs au circuit imprimé
• 4 : Connecter toutes les résistances
• 5 : Ajouter le connecteur de pile et connecter la pile pour tester

Note : N'oubliez pas de souder toutes les connexions.

Fonctionnement

Ce circuit fonctionne comme le capteur de pouls décrit précédemment. Deux photodiodes IR détectent les pulsations cardiaques.

L'une émet de la lumière à travers le doigt, l'autre mesure la lumière réfléchie. L'intensité des rayons réfléchis dépend de deux facteurs : le rythme de pompage du cœur et la différence de taux d'oxygénation du sang.

Circuit Moniteur de Fréquence Cardiaque : Capteur de Pouls avec Arduino

Voyons maintenant un capteur de pouls basé sur Arduino. Ce capteur utilise une pince à doigt et trois broches pour données, GND et VCC.

Capteur de Pouls Arduino

Composants Requis

• Carte Arduino (1)
• Potentiomètre 10 kΩ (1)
• Résistance 330 Ω (1)
• Écran LCD 2×16 (1)
• Fils de connexion
• Bouton poussoir
• Mini plaque d'essai
• Puce capteur de pouls avec sonde à doigt (1)

Comment Interfacer un Capteur de Pouls Arduino

C'est simple. Pour afficher les battements par minute (bpm), connectez d'abord l'Arduino à un LCD 16×2.

Connecter les quatre broches de données (D7, D5, D4, D6) du LCD à la broche 1 de l'Arduino (sic - probablement broches numériques). Connecter le potentiomètre 10 kΩ à la broche 3 du LCD. Relier les broches 3 et 5 du LCD (E et RS) à l'Arduino.

Enfin, connecter la broche de sortie du capteur de pouls à la broche 1 (entrée analogique) de l'Arduino.

Code

Après l'interfaçage, écrire le code pour faire fonctionner le système.

Voici un lien vers le code.

Fonctionnement

Placez un doigt (sauf le pouce) sur la pince du capteur et appuyez sur le bouton.

L'Arduino calcule la fréquence cardiaque à partir des données du capteur et l'affiche en bpm.

Restez détendu pendant la mesure pour ne pas bouger les fils, sinon les lectures seront faussées.

Après l'affichage, appuyez sur le bouton pour une nouvelle mesure.

Applications du Moniteur de Fréquence Cardiaque

• Calculer la fréquence cardiaque d'un corps humain (personne, patient, athlète)

Fréquence Cardiaque du Corps Humain

• Alternative aux moniteurs de fréquence cardiaque coûteux

Application de Vérification de Fréquence Cardiaque sur Mobile

• Système de surveillance de la santé des patients

Système de Surveillance de la Santé des Patients

Réflexions Finales

Avant de conclure, il faut comprendre le principe du capteur de pouls : la photopléthysmographie. Ce principe stipule qu'on peut utiliser l'intensité de la lumière traversant un organe pour mesurer son volume sanguin.

En résumé, les LED IR sont de meilleures sources lumineuses pour la plupart des capteurs de pouls.

On peut donc utiliser un détecteur convertissant les photons lumineux en courant, ou un composant d'amplification de courant reposant sur la lumière.

Capteur de Pouls avec Pince à Doigt

Source : Wikimedia Commons

Notre parcours d'apprentissage n'est pas fini. Si vous avez besoin d'aide, n'hésitez pas à nous contacter. Nous serons ravis de vous aider.