Pulsometer
Name: Bogdan-Vasile Petrea
Group: 331CA
Introducere
Descriere generală
Arhitectura sistemului include:
- Control Unit: Arduino Uno – execută citirea semnalului de la fototranzistor, controlul LED-urilor și generarea semnalului audio (dacă se adaugă funcționalitatea de sunet).
- Input Module: Fototranzistor – detectează schimbările de lumină cauzate de pulsațiile inimii.
- Output Module: LCD – afișează BPM-ul calculat.
- Audio Module (opțional): Buzzer activ – poate emite un semnal sonor la detectarea fiecărei bătăi.
Hardware Design
| Component | Description |
| Arduino Uno | Microcontroller board responsible for processing and control |
| Red/Infrared LED | Emits light to illuminate the skin for pulse detection |
| Phototransistor | Detects reflected light changes caused by blood flow |
| LM358 Op-Amp | Amplifies the analog signal from the phototransistor |
| LCD 16×2 (I2C) | Displays BPM and system messages |
| Resistors (220Ω, 10kΩ) | Current limiting and signal stabilization for LED and phototransistor |
| Breadboard | Platform for prototyping and connections |
| Jumper wires | Connectors for circuit assembly |
| Active Buzzer (optional) | Emits sound feedback on heartbeat detection |
Schema conexiunilor:
- LED-ul IR conectat la 5V printr-un rezistor de 220Ω.
- Fototranzistor conectat la pin analogic (A0) Arduino, cu rezistor de 10kΩ pentru stabilizare.
- LCD conectat prin I2C (SDA, SCL) pentru afișaj BPM.
- Buzzer conectat la pin digital PWM (opțional).
| Pin | Component | Funcție |
| ——– | ————– | ———————————————— |
| D2 – D8 | LED-uri verzi | Controlul celor 7 LED-uri |
| A0 | Fotoreceptor | Citirea semnalului analogic de puls |
| A1 | Buzzer | Ieșire semnal sonor (PWM) |
| A4 (SDA) | LCD (I2C) | Linie date I2C |
| A5 (SCL) | LCD (I2C) | Linie ceas I2C |
Software Design
Firmware-ul a fost dezvoltat în Arduino IDE, folosind următoarele librării:
- Wire.h – pentru comunicarea I2C.
- LiquidCrystal_I2C.h – pentru controlul LCD-ului 16×2 prin I2C.
Algoritmul implementat:
- Se preia semnalul analogic de la fototranzistor (pin A0), reprezentând variațiile luminii reflectate de sânge.
- Semnalul este filtrat printr-un filtru medie mobilă pentru reducerea zgomotului.
- Se realizează o calibrare inițială de 5 secunde pentru stabilirea pragurilor dinamice (minim, maxim, prag).
- Ulterior, se detectează vârfurile semnalului care indică bătăile inimii.
- Intervalele dintre bătăi sunt folosite pentru calcularea BPM, cu netezire pentru stabilitatea afișajului.
- Valorile BPM sunt afișate în timp real pe LCD.
- Buzzer-ul emite un sunet scurt la fiecare bătaie detectată (opțional).
- Se implementează cicluri de măsurare de 5 secunde, urmate de o pauză de 3 secunde.
Funcțiile principale sunt:
- calculateBPM() – calculează și netezește BPM-ul.
- updateBuzzer() – controlează sunetul buzzer-ului.
- loop() – gestionează citirea, filtrarea, detectarea pulsului și afișajul.
Rezultate Obținute
Proiectul a fost testat cu succes, obținând următoarele rezultate:
Detectarea stabilă a pulsului cu valori BPM între 45 și 180 în funcție de activitate.
Feedback vizual și sonor sincronizat cu bătăile inimii.
Afișaj clar și ușor de citit pe LCD, cu mesaje de calibrare și date actualizate.
Calibrare automată adaptivă la condițiile de măsurare.
Posibilitatea extinderii cu afișarea progresivă a LED-urilor și logare de date.
Concluzii
Pulsometer oferă o soluție simplă și eficientă pentru monitorizarea ritmului cardiac folosind componente accesibile. Algoritmul de detectare și filtrare asigură o măsurare precisă și stabilă, iar feedback-ul sonor și vizual facilitează utilizarea intuitivă a dispozitivului.
Bibliografie/Resurse
Documentație Arduino Uno
Librăria LiquidCrystal_I2C
Tutoriale și articole despre detectarea pulsului prin fototranzistor
Cod Sursă
