Construire un Capteur de Rythme Cardiaque Infrarouge Fiable avec Arduino : Guide Étape par Étape

Composants et Fournitures

Composant	Quantité
Arduino UNO	1
Émetteur IR (générique)	1
Récepteur IR (générique)	1
Câble USB-A vers Mini-USB	1

Applications et Services en Ligne

• Arduino IDE

À Propos du Projet

Origine du Projet

La récente épidémie de coronavirus a causé des ravages mondiaux, augmentant dramatiquement le besoin et la demande d'instruments médicaux comme les ventilateurs, les rendant rares. Il y a un besoin sérieux d'équipements moins chers. Ce Capteur de Rythme Cardiaque DIY coûte moins de 15 dollars et peut détecter efficacement les battements cardiaques et les tracer en temps réel. Le seul effort requis est de placer votre doigt sur le capteur pour obtenir les lectures.

Principe de Fonctionnement

Le fonctionnement repose sur l'opacité différentielle de tout objet (ici le doigt) en présence de fluide à l'intérieur (ici le sang). Quand le sang est pompé par le cœur, il y a plus de sang dans les vaisseaux du doigt qui devient plus opaque. Quand le sang reflue, il y en a moins, le doigt devient moins opaque. En mesurant l'opacité du doigt, nous pouvons tracer sa courbe qui varie avec la quantité de sang. Pour cette mesure, nous utilisons un émetteur et un récepteur IR.

L'émetteur IR projette de la lumière sur le doigt en continu, une partie est absorbée, une partie réfléchie, une partie transmise. Nous devons tracer les données avec cette très petite quantité de lumière transmise (quantité de lumière qui traverse). Le détecteur de l'autre côté du doigt détecte cette petite quantité de lumière transmise. Cependant, cette intensité varie avec la quantité de sang dans le doigt, donc en traçant les valeurs du détecteur, nous obtenons le tracé en temps réel du rythme cardiaque de la personne directement.

Le tracé de sortie peut être visualisé sur le traceur série de l'IDE Arduino.

Précision : Filtrage des Valeurs Parasites

Cela implique d'éliminer l'erreur dans les valeurs du capteur due aux rayonnements IR ambiants, émis par de nombreux objets, même nous ! Pour ce faire, l'Arduino calcule la lecture parasite moyenne au préalable, puis soustrait cette moyenne pour obtenir les valeurs originales, précises. Cela se fait par le code suivant :

Calcul de la somme des lectures parasites ambiantes 5 fois pour les éliminer ensuite :

// Pour le débogage
for(int i=0; i<5; i++) {
  reading = reading + analogRead(A0);
}
reading_final = (reading)/5;

La lecture parasite moyenne est calculée.

delay(100);
Heart_rate = analogRead(A0) - reading_final;

Valeur de lecture finale, bien plus précise. Puis tracé de la variable Heart_Rate.

Configuration Matérielle du Capteur

Le capteur se compose d'un émetteur et récepteur IR. Voici le schéma de câblage nécessaire.

La configuration matérielle finale ressemblera à ceci :

Sortie

Voici une courte vidéo démontrant le fonctionnement du capteur DIY. Le tracé en temps réel de mon rythme cardiaque est affiché. Cliquez sur ce lien pour la voir : Vidéo de démonstration.

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Voici une astuce si vous n'avez pas le matériel nécessaire :

Une télécommande TV IR ou tout autre appareil électronique peut aussi servir d'émetteur en maintenant l'un de ses boutons pressé. Et une résistance dépendante de la lumière (LDR) peut servir de récepteur, ajustez simplement son seuil de détection des rayonnements IR en consultant les fiches techniques sur internet.

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J'aimerais avoir vos retours si vous avez essayé ce projet. Suggestions d'amélioration et idées de nouveaux projets sont toujours bienvenues dans les commentaires !

Code

heart_Beat_sensor_101/code (Arduino)

Code à téléverser sur l'Arduino après avoir fait les connexions.

// code by YaSh
// Heart_Rate_Sensor code
int reading = 0;
int reading_final;
int Heart_rate;

void setup() {
  Serial.begin(9600); // Initialisation liaison série
  pinMode(A0, INPUT);
  pinMode(A1, INPUT);
}

// Prise de lectures et tracé
void loop() {
  for(int i=0; i<5; i++) // Pour le débogage
  {
    reading = reading + analogRead(A0); // Calcul somme lectures parasites 5 fois pour les éliminer
  }
  reading_final = (reading)/5; // Moyenne parasite calculée
  delay(100);
  Heart_rate = analogRead(A0) - reading_final; // Valeur finale
  Serial.println(Heart_rate); // Affichage et tracé
}

Schémas

Schéma pour connecter l'émetteur et récepteur IR à l'Arduino.