Construction DIY d'un Capteur Oxymètre Précis – IR, Arduino, LCD et Guide des Composants

Composants et Fournitures

Composant	Description	Qté
Émetteur Infrarouge (18°)	Longueur d'onde entre 805 nm et 1000 nm	1
Photodiode LPT80A	Doit détecter le rouge (600 nm) et l'infrarouge (940 nm)	1
LED Rouge 5 mm	Longueur d'onde ~600 nm	1
Résistance 10 kΩ		1
Résistance 330 Ω		2
Module LCD I2C 16x2 DFRobot	Ou tout autre afficheur LCD	1
Arduino UNO		1
Fils de connexion (genériques)		1
LED Blanche Haute Luminosité	Optionnelle (voir améliorations)	1

Outils Nécessaires

• Fer à souder (panne aile de mouette)

Applications et Services en Ligne

• Arduino IDE

À Propos du Projet

En cette période d'isolement, j'ai construit un oxymètre avec des composants déjà disponibles. Un oxymètre n'est finalement composé que de deux LED et d'une photodiode.

Je ne suis pas expert en médecine et à ce stade, je ne peux garantir la valeur diagnostique de ce projet. C'est toutefois un excellent projet éducatif pour comprendre le fonctionnement, et avec quelques améliorations, il pourrait devenir un outil médical domestique.

Saturation en Oxygène et COVID-19

Nous avons beaucoup appris sur les virus, les poumons, les masques et l'hygiène. Un symptôme clé est la difficulté respiratoire, mesurable indirectement par la saturation en oxygène sanguin (SpO2) via un oxymètre – ce petit dispositif non invasif posé sur le doigt.

Normalement, une SpO2 ≥ 95 % est saine. En dessous de 90 % avec fièvre et toux, c'est inquiétant. Si chaque maker pouvait construire un oxymètre, le dépistage précoce serait facilité.

Comprendre le Capteur de Pouls (KY-039)

Le capteur KY-039 contient une LED IR et une photodiode avec deux résistances. Le doigt placé entre eux module la lumière selon le flux sanguin. La broche S (signal) délivre une tension variable.

Sans KY-039, on peut construire son propre capteur avec quelques composants.

Mesure du Rythme Cardiaque par Détection de Pics

Le signal est bruité et faible. La méthode consiste à calculer une moyenne glissante sur samp_siz échantillons et détecter une montée sur rise_threshold valeurs consécutives. Le BPM est déduit de l'intervalle entre pics.

Construction de l'Oxymètre (Modification du KY-039)

Le sang absorbe différemment la lumière rouge (~600 nm) et infrarouge (~950 nm) selon l'oxygénation. En comparant les deux signaux, on obtient le SpO2%.

J'ai ajouté une LED rouge au KY-039, déconnecté la LED IR du Vcc et piloté les deux via des résistances 330 Ω sur deux broches Arduino. Le schéma est simple : deux LED, une photodiode, trois résistances.

On allume alternativement la LED IR (lecture sur 20 ms) puis la LED rouge (20 ms). Les signaux IR sont plus faibles que les rouges.

Important : Bien positionner le doigt (ongle face aux LED), lumière ambiante stable, ne pas bouger.

Calcul du SpO2%

Le paramètre R est calculé à partir des min/max des deux signaux sur une période cardiaque :

R = ((REDmax - REDmin) / REDmin) / ((IRmax - IRmin) / IRmin)

La période cardiaque (ms) divisée par l'échantillonnage (40 ms) donne le nombre d'échantillons par période L. On analyse les L derniers échantillons pour trouver les extremums.

Calibration : De R au SpO2%

La relation est approximée par une droite : SpO2 = K × R + M. Deux points (SpO2, R) sont nécessaires, obtenus avec un oxymètre de référence :

1. Respiration normale → noter SpO2 et R.
2. Apnée 10-20 s → SpO2 baisse, R augmente → noter les nouvelles valeurs.
3. Résoudre le système pour K et M.

L'affichage LCD montre BPM et SpO2 seulement après ≥5 périodes stables (±10 %). La valeur c indique le nombre de mesures stables.

Amélioration : Supprimer la Variabilité de la Lumière Ambiante

Ajout d'une troisième LED blanche toujours allumée, sous un tissu opaque. Cela stabilise l'éclairage du doigt. Recalibrage nécessaire. Résultats bien meilleurs, indépendants de la lumière ambiante.

Code Arduino

Fichier : oximeter-diy-ver-0.92.ino

/* Oxymètre DIY v0.92 - Hack KY-039 ou LED IR + Rouge + Photodiode
 * https://hackaday.io/project/170752-oximeter-do-it-yourself */
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#define maxperiod_siz 80
#define measures 10
#define samp_siz 4
#define rise_threshold 3

LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 16, 2);
int T = 20; // ms par lecture
int sensorPin = A1;
int REDLed = 3;
int IRLed = 4;

// ... (code complet dans la source originale)

Schéma

Le capteur KY-039 modifié ou construit from scratch. Voir fichier Fritzing oximeter-diy_oW9ZI5zQtJ.fzz.