Le_rapport_du_projet_Heart_Beat_Sensor.pdf

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Ecole Nationale des Sciences Appliquées Khouribga Université Hassan 1er

Université Hassan 1er

Ecole Nationale des Sciences appliquées Khouribga

Département Génie Electrique

Le rapport du projet

Heart Beat Sensor

Réalisé par :

Abdelhafid SOUISSI

Houssam Eddine ATIF

Encadré par :

Mr. Mohammed LAMHAMDI

Année Universitaire : 2015/2016

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Table des matières

Introduction .............................................................................................................................. 4

Description du projet ............................................................................................................... 5

Capteur .................................................................................................................................. 6

Circuit de conditionnement de signal ................................................................................. 6

Microcontrôleur et circuit d'affichage ............................................................................... 7

Code de microcontrôleur ..................................................................................................... 8

Conclusion ............................................................................................................................... 11

Bibliographie ........................................................................................................................... 14

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Listes des figures

Figure 1 : Le principe de capteur infra-rouge de détection des battements de cœur

Figure 2 : Circuit de conditionnement de signal

Figure 3 : Microcontrôleur et circuit d'affichage

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Introduction

La fréquence cardiaque est un paramètre très important de la santé qui est directement liée à la

solidité du système cardio-vasculaire humain. Ce projet décrit une technique de mesure de la

fréquence cardiaque grâce à un doigt en utilisant un microcontrôleur PIC. Bien que le cœur

batte, il est en fait pomper le sang dans tout le corps, et qui réalise un volume de sang à l'intérieur

de l'artère du doigt pour changer aussi. Cette fluctuation de sang peut être détectée au moyen

d'un mécanisme de détection optique placé autour du bout du doigt. Le signal peut être encore

amplifié pour le microcontrôleur de compter le taux de fluctuation, qui est en fait la fréquence

cardiaque

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Description du projet

Un moniteur de fréquence cardiaque (HRM) est un dispositif de surveillance personnelle qui

permet de mesurer la fréquence cardiaque en temps réel ou d’enregistrer le rythme cardiaque

pour étude ultérieure. Il est largement utilisé par des artistes de différents types de projets

d’exercice. Ce projet démontre une technique pour mesurer la fréquence cardiaque par la

détection de la variation de volume de sang dans une artère du doigt tandis que le cœur pompe

le sang. Il se compose d’une diode électroluminescente infrarouge qui transmet un signal IR à

travers le bout du doigt, dont une partie est réfléchie par les cellules sanguines. Le signal réfléchi

est détecté par un capteur à photodiode. Le volume de sang changeant avec des résultats de

battement de cœur dans un train d’impulsions à la sortie de la photodiode, dont l’amplitude est

trop faible pour être détectée directement par un microcontrôleur. Par conséquent, un gain élevé

en deux étapes, filtre actif passe-bas est conçu en utilisant deux amplificateurs opérationnels

(OpAmps) pour filtrer et amplifier le signal au niveau de la tension appropriée de sorte que les

impulsions peuvent être comptées par un microcontrôleur PIC. La fréquence cardiaque est

affichée sur un écran à sept segments à 3 chiffres. Le microcontrôleur utilisé dans ce projet est

PIC16F628A de Microchip.

Un avantage clé d’un cardiofréquencemètre est qu’il vous aide à maintenir la zone cible de la

fréquence cardiaque optimale pour votre objectif spécifique. En effet, la GRH est votre

stimulateur, vous indiquant quand accélérer ou ralentir. Modèles haut de gamme vous informent

de cela via un affichage numérique et / ou un signal sonore.

Exercer dans la zone de fréquence cardiaque juste permet d'optimiser vos performances. Un but

de combustion de graisse peut nécessiter 40 à 80 minutes dans une zone, par exemple, tandis

qu'une séance d'entraînement de conditionnement aérobique pourrait signifier 10 à 40 minutes

dans l'autre.

La zone cible est une gamme de pourcentage en fonction de votre fréquence cardiaque

maximale (FCmax). Différents algorithmes ont été développés pour calculer une estimation de

la FCmax, mais la plus simple est :

FCmax = 220 - votre âge

Beaucoup de méthodes non invasives existent pour détecter électroniquement les battements du

cœur humain. Le travail peut être fait acoustiquement (stethoscope or Doppler), mécaniquement

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(sphygmomanomètre), électriquement (EKG), et optiquement. Une technique optique pratique

présentée ici exploite le fait que de petits sous-cutanées vaisseaux sanguins (capillaires) dans

toute parcelle de peau (doigt, lobe de l'oreille, etc.) fournis avec un bon approvisionnement en

sang, dilatent et se contractent dans le temps avec le rythme cardiaque en alternance. Une paire

infrarouge LED / phototransistor ordinaire peut détecter ce changement rythmique que de

petites mais détectables variations de contraste de la peau.

Capteur

L'unité de capteur est constitué d'un émetteur de lumière infrarouge-diode (LED IR) et une

photodiode, placés côte à côte, et le bout du doigt est placé sur l'ensemble du capteur, comme

illustré ci-dessous. La LED transmet une lumière infrarouge dans le bout des doigts, dont une

partie est réfléchie par le sang dans les artères des doigts. La photodiode détecte la partie de la

lumière qui est réfléchie. L'intensité de la lumière réfléchie dépend du volume de sang à

l'intérieur du bout du doigt. Ainsi, chaque fois que le cœur bat la quantité de lumière change

infrarouge réfléchi, qui peuvent être détectés par la photodiode. Avec un amplificateur à gain

élevé, ce petit changement dans l'amplitude de la lumière réfléchie peut être converti en une

impulsion.

Figure 1 : Le principe de capteur infra-rouge de détection des battements de cœur

Circuit de conditionnement de signal

Le signal réfléchi détecté par la photodiode est transmis à un circuit de conditionnement de

signal qui filtre les signaux indésirables et augmente le signal d'impulsion souhaitée. Le schéma

ci-dessus montre que la LED IR (D1) et la photodiode (D2) ainsi que le circuit de

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conditionnement de signal constitué de deux amplificateurs opérationnels configurés comme

des filtres actifs passe-bas. Les fréquences des deux filtres coupure sont établies à environ 2,5

Hz, et donc il peut mesurer le taux d'impulsion jusqu'à 2,5 * 60 = 150 bpm. Le gain de chaque

filtre est d'environ 100, qui donnent l'amplification totale 2-étape de 10000. Ceci est assez bon

pour convertir le signal de faible pulsation en une impulsion TTL. Notez que, à l'entrée de

chaque étage de filtre OpAmp, il existe un condensateur de 1µF pour bloquer toute composante

continue dans le signal. A la sortie il est connecté à une LED qui clignote avec les battements

cardiaques. La cathode de LED est reliée à la terre à travers le collecteur du transistor BC547.

Afin de sauver la vie de la batterie, le transistor est allumé pendant 15 secondes par

microcontrôleur PIC16F628A tandis que la mesure est en cours. Le nombre d'impulsions

comptées dans cet intervalle est multiplié par 4 pour obtenir battements réels par minutes (bpm).

Figure 2 : Circuit de conditionnement de signal

Microcontrôleur et circuit d'affichage

Le PIC16F628A fonctionne à 4.0 MHz en utilisant un cristal externe. Les deux commutateurs

de tact sont utilisés pour des fonctions de démarrage et Clear. Vous devriez vous reposer votre

doigt sur l'ensemble de capteur avant d'appuyer sur le bouton Démarrer. Vous pouvez utiliser

le doigt de l'avant ou doigt du milieu pour cela. Une fois sur le bouton Démarrer est pressé, le

microcontrôleur active le transistor BC547 (dans le circuit de conditionnement du signal). Cela

transforme la LED IR, et la LED commence à clignoter avec la fluctuation du volume de sang

dans les artères des doigts. Après 15 secondes, la mesure est terminée et le résultat est affiché

sur un écran LED à sept segments et à 3 chiffres.

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Figure 3 : Microcontrôleur et circuit d'affichage

Code de microcontrôleur

Le code de PIC16F628A a été développé en C et compilé avec mikroC Pro pour compilateur

PIC de mikroElektronika. Vous trouverez le code source de microcontrôleur,

sbit IR_Tx at RA3_bit;

sbit DD0_Set at RA2_bit;



sbit start at RB7_bit;

unsigned short j, DD0, DD1, DD2, DD3;

unsigned short pulserate, pulsecount;

unsigned int i;

//-------------- Fonction pour renvoyer masque pour l'anode 7-seg. Commun display

unsigned short mask(unsigned short num) {

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switch (num) {

case 0 : return 0xC0;

case 1 : return 0xF9;

case 2 : return 0xA4;

case 3 : return 0xB0;

case 4 : return 0x99;



case 7 : return 0xF8;


case 9 : return 0x90; } }

void delay_debounce(){

Delay_ms(300); }

void delay_refresh(){

Delay_ms(5); }

void countpulse(){

IR_Tx = 1;

delay_debounce();

delay_debounce();

TMR0=0;

Delay_ms(15000); // Retarder 1 Sec

IR_Tx = 0;

pulsecount = TMR0;

pulserate = pulsecount*4; }

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void display(){

DD0 = pulserate%10;

DD0 = mask(DD0);

DD1 = (pulserate/10)%10;

DD1 = mask(DD1);

DD2 = pulserate/100;

DD2 = mask(DD2);

for (i = 0; i<=180*j; i++) {

DD0_Set = 0;

DD1_Set = 1;

DD2_Set = 1;

PORTB = DD0;

delay_refresh();

DD0_Set = 1;

DD1_Set = 0;

DD2_Set = 1;

PORTB = DD1;

delay_refresh();

DD0_Set = 1;

DD1_Set = 1;

DD2_Set = 0;

PORTB = DD2;

delay_refresh();}

DD2_Set = 1;}

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void main() {

CMCON = 0x07; // Désactiver les comparateurs

TRISA = 0b00110000; // RA4/T0CKI , RA5 est I/P seulement

TRISB = 0b10000000; // entrée RB7, sortie reste

OPTION_REG = 0b00101000; // Prescaler (1:1), TOCS =1 pour le mode de compteur

pulserate = 0;

j = 1;

display();

do {

if(!start){

delay_debounce();

countpulse();

j= 3;

display(); } } while(1); // Boucle infinie

}

on fait le routage avec aress on obtient les résultats suivants :

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Conclusion

L’évolution d’électronique numérique permet d’apparaitre pas mal d’applications, comme

notre cas, le système de calcul des battements de cœur, qu’on a le concevoir à l’aide de

Microcontrôleur en calculant les battements de sanguins au niveau des doigts on peut calculer

les battements des cœurs par minute.

Ce projet nous permet d’approfondir en niveau de programmation des Microcontrôleurs PIC.

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Bibliographie

• Instructables.

• Cours de Microcontrôleur : http://www.supelec-rennes.fr/r

• Microcontrôleur PIC C.Travernier,Editions Dunod.

• Microchip. PIC18F2525/2620/4525/4620 Data Sheet, 2008.

Documents

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