Bracelet intelligent Arduino MKR GSM 1400 & Hologram IoT : Surveillance santé à distance

Composants nécessaires

• 1 × Arduino MKR GSM 1400 (avec antenne LTE fournie)
• 1 × Carte SIM Hologram Global IoT
• 1 × Capteur de fréquence cardiaque DFRobot (basé sur MAX30102)
• 1 × Capteur de température IR (ex: MLX90614)
• 1 × Batterie LiPo 3.7V 800mAh (connecteur JST)
• Boîtier imprimé 3D ou découpé (fichiers CAO fournis)

Outils et services cloud

• Fer à souder
• Arduino IDE ou Arduino Web Editor
• Compte Hologram (activation SIM, Data Router)
• Compte Microsoft Azure (IoT Hub, Cosmos DB, Stream Analytics)
• Power BI (rapports médecin et patient)

Objectif du projet

SmartWristband est un bracelet connecté conçu pour surveiller les patients atteints de formes légères du COVID-19 (ou autres maladies infectieuses) en isolement domicile. Il mesure en continu la fréquence cardiaque, la température corporelle et la géolocalisation, et transmet les données toutes les 5 minutes via le réseau cellulaire (LTE-M/NB-IoT) vers Azure IoT Hub. Les médecins visualisent un tableau de bord Power BI avec alertes automatiques (fièvre, tachycardie, sortie de zone, bracelet retiré). Le patient dispose aussi d'une application mobile Power BI pour suivre sa propre santé. L'architecture est entièrement open-source, low-cost (~70€ par unité) et scalable.

Architecture matérielle

• MKR GSM 1400 : microcontrôleur SAMD21 + modem u-blox SARA-U201
• Capteur cardiaque sur A5 (I²C), capteur température IR sur A4 (I²C)
• Batterie LiPo sur connecteur JST (charge gérée par le MKR)
• Antenne LTE sur connecteur U.FL
• Carte SIM Hologram insérée dans le slot du MKR

Architecture logicielle (frontend - device)

Le firmware (disponible sur GitHub) effectue toutes les 5 minutes :

1. Réveil depuis le mode sommeil profond (LowPower library)
2. Synchronisation RTC via serveur NTP
3. Lecture capteurs (heartrate, température, batterie, géolocalisation via modem)
4. Détection "porté" par analyse du signal PPG brut
5. Construction payload JSON + envoi MQTT/TLS vers Azure IoT Hub (certificat X.509 stocké dans l'ATECC508A du MKR)
6. Retour en sommeil

Deux modes : DEVELOP_MODE (échantillonnage 10s, logs série) et RELEASE_MODE (échantillonnage 5min, sans logs).

Backend Azure (configuration pas à pas)

1. IoT Hub (niveau Free pour test)

Créez une ressource IoT Hub, groupe de ressources, région. Ajoutez un device avec authentification X.509 : Primary/Secondary Thumbprint = empreinte SHA1 du certificat device généré à l'étape certificat.

2. Cosmos DB (API Core/SQL)

Même groupe de ressources, même région. Base de données "SmartWristband", conteneur "data".

3. Stream Analytics Job

Entrée : IoT Hub. Sortie : Cosmos DB. Requête :

SELECT
  time as time,
  id as name,
  geoLat as latitude,
  geoLng as longitude,
  isWorn as isWorn,
  heartrate as heartrate,
  temperature as temperature,
  battery as battery
INTO [smartwristband-db]
FROM [smartwristband-hub]

4. Power BI Dashboards

• Connexion à Cosmos DB (URI + clé primaire)
• Transformation des types de données
• Création de mesures DAX (fichiers fournis : Address.dax, Age.dax, Gender.dax, etc.)
• Dashboard médecin : vue globale tous patients + détails par patient + alertes (température > 38°C, FC > 100 bpm, hors domicile, bracelet retiré)
• Dashboard patient : vue simplifiée (sans prévision ni géolocalisation), version mobile responsive

Autonomie et coûts

• Autonomie : 8 jours (échantillonnage 5min) → 16 jours si 10min.
• Coût unitaire ~70€ (composants + boîtier). Backend : ~5€/2semaines/device (Hologram) + ~30€/2semaines (Azure, fixe).
• 100 devices ≈ 7 035€ total (réutilisables).

Sécurité et vie privée

• Données géolocalisées chiffrées en transit (TLS) et au repos (Azure).
• Pas de traitement local des données sensibles.
• Certificats X.509 pour l'authentification device-to-cloud.

Évolutions futures

• Ajout SpO2 (oxymétrie) via le même capteur cardiaque.
• Boîtier 3D imprimé plus compact et ergonomique.
• Capteur température sous-aissellaire pour meilleure précision.