80
i UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO SISTEMA PARA AQUISIÇÃO E TRANSMISSÃO DA PULSAÇÃO ARTERIAL VIA GSM Ivano da Silva Lobo Filho Orientador: Alejandro Rafael Garcia Ramirez São José, 11/2014

Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

  • Upload
    trandat

  • View
    217

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

i

UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ

CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO

SISTEMA PARA AQUISIÇÃO E TRANSMISSÃO DA PULSAÇÃO

ARTERIAL VIA GSM

Ivano da Silva Lobo Filho

Orientador: Alejandro Rafael Garcia Ramirez

São José, 11/2014

Page 2: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

ii

UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ

CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO

SISTEMA PARA AQUISIÇÃO E TRANSMISSÃO DA PULSAÇÃO

ARTERIAL VIA GSM

Ivano da Silva Lobo Filho

São José, 11/2014

Orientador: Alejandro Rafael Garcia Ramirez, Dr.

Área de Concentração: Sistemas embarcados

Linha de Pesquisa: Sistemas embarcados

Palavras-chave: GPRS, Ehealth, Aquisição de dados.

Número de páginas: 79

Page 3: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

iii

RESUMO

O celular hoje é indispensável no cotidiano das pessoas. Isto se deve a sua mobilidade e a

abrangência de suas aplicações. Seu funcionamento consiste em transmitir, via rádio, sinais de voz e

dados para aparelhos móveis e voz para aparelhos fixos. Com o advento de sistemas microprocessados,

junto ao celular, o número de aplicações disponibilizadas pela rede telefônica cresce a cada dia que

passa, assim como os serviços da Internet. Outro grande patamar alcançado pela telefonia móvel foi a

integração da mesma com a internet, abrindo um grande leque de aplicações. Nesse contexto, a área da

saúde também tem aproveitado tais recursos, desde laudos emitidos via WEB, acessados pelos

pacientes, robôs controlados à distância realizando operações cirúrgicas, celulares provendo interação

entre os médicos e seus pacientes, até mesmo, sistemas que por meio da rede de celulares permitem

monitorar sinais vitais de um individuo à distância. O objetivo deste trabalho foi explorar essas

tecnologias, visando o desenvolvimento de um sistema capacitado para obter de forma remota a

frequência do pulso cardíaco de uma pessoa, a qual poderá ser monitorada através de um dispositivo

com acesso a Internet. Salienta-se que a proposta aproveita a infraestrutura já existente na rede de

telefonia celular, visando diminuir o custo de implantação. O sistema é baseado em um processador

embarcado, que lê a informação proveniente do sensor de pulsos cardíacos, gera um pacote de dados e

o envia a um modem GSM/GPRS que, por sua vez, através da rede de telefonia celular, o envia a um

servidor WEB, onde os dados são disponibilizados na Internet. Com isso obtém-se maior abrangência

de cobertura e mobilidade para realizar o monitoramento à distância de um sinal vital, destacando-se

em relação a outras soluções existentes no mercado. O sistema foi capaz de mensurar a pulsação

cardíaca e enviar mensagem ao servidor e ao mesmo tempo enviar um SMS contendo o valor

mensurado, após o envio foi possível observar o valor mensurado no portal do usuário.

Palavras-chave: Saúde móvel. GSM. Ehealth.

Page 4: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

iv

ABSTRACT

Today mobile phones are indispensable in daily life. This is due to their mobility and the

diversity of its applications. Its operation consists of transmit by radio signals, voice and data to mobile

devices and voice for fixed appliances. With the advent of microprocessor-based systems, the number

of applications available over the telephone network grows with each day, so the Internet services too.

Another great level reached by mobile phone was the integration with the internet, opening up a wide

range of applications. In this context, the area of health has also taken advantage of such resources,

since reports issued by WEB, accessed by patients, and remote controlled robots performing surgical

operations, for example. Also cellular phones provide interaction between doctors and their patients,

allowing to records vital signs of people at a distance. The main objective of this work was to explore

these technologies in order to develop a system able to obtain remotely the cardiac pulse frequency of

a person, which can be monitored through a device with Internet access. It is noted that the proposal

leverages existing infrastructure in mobile phone network in order to reduce the development cost. The

system is based on an embedded processor that reads information from the cardiac pulse sensor and

generates a data packet and sends a GSM / GPRS. In turn, through the mobile phone network, the data

are available on the internet. So get greater breadth of coverage and mobility to perform remote

monitoring of vital signs, like other existing solutions in the market. The results are limited by some

signal problems detected through the use of the GPRS protocol. In certain regions was unable to do it.

On the other hand, the hardware's cost was similar to other existing solutions.

Page 5: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

v

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio de SMS ................................... 24

Tabela 2: Comprimir cadeia septeto em fluxo octeto . ........................................................................... 26

Tabela 3: Características técnicas do Arduino UNO. ............................................................................. 30 Tabela 4: Comparativo dos sistemas por mobilidade de recursos. ......................................................... 45 Tabela 5: Comparativo dos sistemas por custo (valores em reais). ........................................................ 45

Tabela 6: Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio de SMS . ................................. 49

Tabela 7: Preços dos componentes utilizados na primeira versão do protótipo . ................................... 67

Tabela 8: Preços dos componentes utilizados na primeira versão do protótipo . ................................... 67

Page 6: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

vi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ADC Analog/Digital Converter

ALU Arithmetic Logic Unit

ANS Agencia Nacional de Saúde

AUC Authentication Centre

BCH Broadcast Channel

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

BTS Base Transceiver Station

CDMA Code Division Multiple Access

CPU Central Processing Unit

DAQ Data Acquisition

DCD Data Carrier Detect

DCE Data Communication Equipment

DSP Digital Signal Process

DSR Data Set Ready

DTE Data Terminal Equipment

DTR Data Terminal Ready

CTS Clear to Send

EIR Equipment Identity Register

ETSI European Telecommunication Standard Institute

GGSN Gateway Support Node

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global Mobile for System

HLR Home Location Register

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IP Internet Protocol

LCD Liquid Crystal Display

MS Mobile Station

MSC Mobile Switching Center

PDP Packet Data Protocol

PDU Packet Data Unit

RF Radio Frequency

RTS Request to Send

SIM Subscriber Identity Mobile

SMS Short Messages Service

SRAM Static Random Access Memory

TCC Trabalho de Conclusão de Curso

TDMA Time DivisionMultiple Access

TI Tecnologia da Informação

TISS Troca de Informação em Saúde Suplementar

TUSS Terminologia Unificada em Saúde Suplementar

TWI Two Wire Serial Interface

UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí

VLR Visitor Location Register.

Page 7: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

7

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO .......................................................................................... 9

1.1 PROBLEMA DE PESQUISA........................................................................... 11

1.1.1 Solução Proposta ............................................................................................. 11

1.1.2 Delimitação de Escopo .................................................................................... 11

1.1.3 Justificativa ...................................................................................................... 12

1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 13

1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................. 13

1.2.2 Objetivos Específicos ...................................................................................... 13

1.3 METODOLOGIA .............................................................................................. 13

1.3.1 Metodologia da Pesquisa ................................................................................ 13

1.3.2 Procedimentos Metodológicos ........................................................................ 14

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................... 15

2.1 FOTOPLETISMOGRAFIA ............................................................................. 15

2.2 TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO NA ÁREA DA SAÚDE ..................... 15

2.3 TELEFONIA MÓVEL ...................................................................................... 19

2.4 COMANDOS AT ............................................................................................... 23

2.5 SISTEMAS EMBARCADOS ........................................................................... 26

2.5.1 TIPOS DE SISTEMAS EMBARCADOS ..................................................... 27

2.5.2 MODOS DE FUNCIONAMENTO ............................................................... 27

2.6 ARDUINO UNO ................................................................................................ 28

2.7 SENSOR DE PULSO CARDÍACO ................................................................. 32

2.7.1 Sensores mecânicos ......................................................................................... 32

2.7.2 Sensores magnéticos ........................................................................................ 33

2.7.3 Sensores fotoelétricos ...................................................................................... 33

3 TRABALHOS RELACIONADOS .................................................... 37

3.1 GAZELLE .......................................................................................................... 37

3.2 JABRA SPORT PULSE WIRELESS .............................................................. 38

3.3 MONITORIZAÇÃO REMOTA DE PACIENTES EM AMBULATÓRIO 39

3.4 SOLUÇÃO COMERCIAL MC70 ................................................................... 39

3.5 SAMSUNG - HELPING SUPPORT A HEALTHY LIFESTYLE ............... 41

3.6 ANÁLISE COMPARATIVA............................................................................ 43

3.7 CONSIDERAÇÕES .......................................................................................... 45

4 DESENVOLVIMENTO ...................................................................... 46

4.1 VISÃO GERAL DO SISTEMA ....................................................................... 46

4.1.1 Módulo GSM/GPRS SIM900D ...................................................................... 47

4.1.2 Sistema embarcado da aplicação ................................................................... 47

4.1.3 Firmware .......................................................................................................... 48

Page 8: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

8

4.1.4 Mensagem SMS ............................................................................................... 53

4.1.5 Servidor WEB.................................................................................................. 54

4.1.6 Extração dos dados do SMS ........................................................................... 54

4.1.7 Ferramentas ..................................................................................................... 55

4.1.8 Banco de Dados ............................................................................................... 55

4.2 ANÁLISE DE REQUISITOS ........................................................................... 56

4.2.1 REQUISITOS FUNCIONAIS ....................................................................... 56

4.2.2 REQUISITOS NÃO FUNCIONAIS ............................................................. 56

4.3 MODELAGEM DO SISTEMA ........................................................................ 56

4.4 DETALHAMENTO DO DESENVOLVIMENTO......................................... 60

4.5 RESULTADOS .................................................................................................. 61

4.5.1 Custo ................................................................................................................. 66

5 CONCLUSÕES .................................................................................... 67

5.1 TRABALHOS FUTUROS ................................................................................ 67

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 69

APÊNDICE A – CÓDIGO FONTE DO PHP ....................................... 72

Page 9: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

9

INTRODUÇÃO

O uso da TI (Tecnologia da Informação) na área médica têm se tornado cada vez mais

frequente. O uso dessas tecnologias na medicina traz entre outros benefícios agilidade, segurança,

qualidade e sinergia entre os processos que relacionam o prestador de serviço de saúde e seus pacientes

ou clientes, estabelecendo uma rede interativa e integrativa de informação (BAGGIO, 2009). Sistemas

de aquisição de dados também são empregados na área médica, onde sinais vitais precisam ser

mensurados. Com a crescente concorrência nesse setor vem o aperfeiçoamento dos sistemas, buscando

atender as normas de segurança, diminuindo custos e oferecer diferencial no mercado.

Os sistemas de aquisição e dados ou Data Acquisition (DAQ) tem como finalidade mensurar

fenômenos físicos e elétricos, tais como: tensão, corrente, temperatura, pressão ou som. Um sistema

básico de aquisição de dados possui sensores, condicionamento de sinal, conversor analógico-digital e

processamento. Estes sistemas são usados para monitorar equipamentos industriais, plantações, marés

oceânicas e também é usado para monitorar temperaturas corporais e demais fenômenos físicos que

um individuo possua (BRAGA, 2008d).

Cada sistema DAQ é definido pelos requisitos da aplicação. Todos eles têm três objetivos em

comum: adquirir, analisar e apresentar a informação. Os dados obtidos pelo sistema DAQ podem ser

digitalizados, facilitando assim o manuseio da informação por meios eletrônicos (NATIONAL, 2011).

Ao projetar um sistema DAQ voltado á saúde, deve-se selecionar sensores mais precisos e

confiáveis, pois é um elemento crítico no sistema. Uma das capacidades almejadas ao projetar um

sistema como esse, é a capacidade de mensurar mais de um parâmetro. Isso diminui os custos

operacionais ou ainda diminui o espaço dos equipamentos (BRAGA, 2008a).

A fotopletismografia possibilita mensurar frequência cardíaca. Trata-se de um método não

invasivo que capta a variação da luz refletida na epiderme. A fotopletismografia utiliza o

fotopletismógrafo, um aparelho com sensor do tipo fotoelétrico capaz de captar as variações da luz

refletidas na epiderme (EVANGELISTA, 2003).

Tendo em vista a importância da informação na área da saúde, governos e empresas buscam

desenvolver sistemas de TI para atender às necessidades da área médica. Nos EUA existe uma

proposta do governo, na qual, através do iPhone os pacientes podem ter acesso a todas as informações

Page 10: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

10

relacionadas à sua saúde, tais como resultados de laboratório e laudos, tornando mais rápido e prático

informar aos pacientes sua condição de saúde (LANDRO, 2011).

Segundo a Agência Nacional de Saúde, ANS (2007), no Brasil o governo busca através do

padrão TISS (Troca de Informação em Saúde Suplementar) a interoperabilidade entre as operadoras de

planos privados de saúde, prestadores de serviço, beneficiários de planos de saúde e a ANS.

Algumas empresas de tecnologia estão desenvolvendo sistemas voltados à saúde, como a Ford

e a Microsoft, que com a parceria das empresas Healthrageous e BlueMetal Architects, se uniram para

pesquisar tecnologias que ajudem as pessoas a cuidar da saúde e do bem-estar enquanto estão no carro

(FORD, 2012).

Os prestadores de serviço de saúde utilizam recursos tecnológicos para o que se chama de

internação domiciliar. Com ela o custo para manter os pacientes de doenças crônicas se torna mais

baixo e a qualidade para recuperação é maior. A internação domiciliar ou Home Care, é uma sequência

de serviços residuais a serem oferecidos, depois que o indivíduo já recebeu atendimento primário e

prévio, ou seja, aquele que já recebeu atendimento primário com consequente diagnóstico e

tratamento; bem como para as pessoas cujas condições desobriga-as de manter-se sob um período

maior de intervenção por apresentarem um quadro crônico debilitante. Nada mais justo que um

indivíduo com uma afecção crônica, que não mais precise ficar no hospital, beneficie-se dos cuidados

possíveis em seu domicílio (AMARAL, 2001).

Graças aos avanços obtidos na área de telecomunicações, como na telefonia móvel, é possível

prestar serviços à distância, bem como a divulgação de informações com maior rapidez (BATES,

2004). Com a evolução nas telecomunicações surgiram novas ferramentas para auxiliar o prestador de

serviços da saúde (BAGGIO, 2009). Devido a sua mobilidade e tamanho, o sistema de telefonia celular

pode oferecer um canal de comunicação adequado para coletar o pulso cardíaco de uma pessoa sem

atrapalhar sua rotina.

Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema embarcado capaz de

mensurar o pulso cardíaco de um usuário e enviá-lo, via modem GPRS (General Packet Radio

Service), a um servidor, onde as informações coletadas ficarão disponibilizadas em site da WEB, de

modo que possam ser acessadas em qualquer dispositivo com acesso a internet.

Page 11: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

11

1.1 PROBLEMA DE PESQUISA

Mensurar o pulso cardíaco periodicamente é uma medida preventiva para cuidar do miocárdio,

sendo este um procedimento amplamente divulgado por profissionais da área da saúde como o meio

mais simples de identificar problemas relacionados a este músculo (ANTONIO, 2012). A

complexidade deste problema consiste em mensurar corretamente o pulso cardíaco, transmitir e dispor

esta informação em meio eletrônico. Existem produtos no mercado contemplando os requisitos

descritos anteriormente, mas devido ao preço elevado tornam-se menos acessíveis.

Desta forma tem-se a necessidade de criar um dispositivo de baixo custo capaz de

disponibilizar, em meios móveis, a leitura do pulso cardíaco do indivíduo, em intervalos de tempo

adequados. Desta forma será possível acompanhar remotamente as condições físicas do mesmo,

podendo ser usado por profissionais da saúde para diagnosticar doenças cardíacas ou dificuldades

físicas.

1.1.1 Solução Proposta

Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um sistema embarcado capaz de mensurar o

pulso cardíaco de um usuário e enviá-lo, via modem GPRS, a um servidor, onde as informações

coletadas ficarão disponibilizadas em site da WEB, de modo que possam ser acessadas em qualquer

dispositivo com acesso a internet. Para tal finalidade é usada a plataforma Arduino, válido para

prototipagem, possui baixo custo, flexibilidade permitindo ampliar os recursos no sistema.

1.1.2 Delimitação de Escopo

O sistema projetado mensura periodicamente o pulso cardíaco do indivíduo usando o método

de fotopletismografia, que consiste em emitir luz sobre um tecido sanguíneo, sendo que a variação da

luz refletida sobre o tecido é usada para calcular a frequência do pulso cardíaco (BHATTACHARYA,

2001).

Entre outros métodos de leitura do batimento cardíaco, foi escolhido a fotopletismografia por

sua facilidade na execução e no treinamento (EVANGELISTA, 2003). Além disso, o Arduino possui

modulo de fotopletismografia facilitando acoplagem no projeto.

Obtido o pulso cardíaco, este dado é embutido em uma mensagem enviada através do protocolo

GPRS (General Packet Radio Service), o qual é enviado via rede GSM (Global Mobile for System)

Page 12: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

12

para o servidor do sistema, que publica as leituras em uma página da Internet. Os dados recebidos pelo

servidor, também são armazenados em um banco de dados.

A página WEB onde essas informações ficam disponibilizadas, é composta por uma tela de

login e uma tela contendo relatório das medidas obtidas e sua data e hora. Apenas com intuito

informativo para os usuários, não se trata de um sistema médico ou terapêutico.

Salienta-se que o sistema projetado não realiza a análise do valor do pulso cardíaco mensurado,

ou seja, os valores coletados pelo sensor não sofrem qualquer tipo de interpretação, apenas

disponibiliza um meio de coletar, armazenar e disponibilizar. Cabe ao profissional da saúde a

interpretação dos dados, consultando os dados na página http://saudedocoracao.esy.es/.

1.1.3 Justificativa

O sistema proposto integra tecnologias de sistemas embarcados, redes, aquisição de dados e

sensoriamento.

A necessidade de mensurar a pulsação cardíaca de indivíduos de maneira periódica, com

portabilidade e baixo custo, disponibilizando aos prestadores de serviço da saúde, um meio de manter

o monitoramento remoto do pulso de um indivíduo.

A princípio poderia se pensar em utilizar o sistema embarcado conectado a um ponto de

internet, porém nem todos os locais possuem este tipo de serviço. Os pontos para aceso à rede também

dificultam a mobilidade, pois por mais que se use uma rede sem fio, não se compara à mobilidade que

a rede de celulares propicia.

O projeto utiliza módulos do Arduino, encontrados no mercado especializado. Foi encontrado

muitos exemplos como demonstração na internet ou mesmo em artigos da área. Os módulos

envolvidos no projeto são o pulsesensor, responsável por captar as variações do sangue na epiderme e

o modem SIM900D, encarregado de transmitir via rede GSM os dados repassados pelo Arduino UNO.

Outros sistemas foram desenvolvidos usando os mesmos fundamentos de aquisição e

comunicação de dados, tal como MC70 da Motorola, que permite a equipe de enfermagem monitorar

os pulsos cardíacos do paciente e ajustar o equipamento médico remotamente, em qualquer lugar da

instalação médica. Também o Gazelle, um aplicativo para o iPhone, que permite aos pacientes o

Page 13: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

13

gerenciamento de seus dados médicos, bem como o histórico e a lista de prescrições de drogas, tudo

via on-line. O custo de componentes para este trabalhado está listado nas Tabelas 7 e 8.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Desenvolver um sistema de aquisição e transmissão da pulsação arterial, sem fios, utilizando a

rede GSM, de modo que o profissional da saúde tenha acesso remoto à pulsação de um individuo.

1.2.2 Objetivos Específicos

1. Analisar os trabalhos correlatos;

2. Mensurar pulsação cardíaca do indivíduo de forma automática;

3. Projetar o sistema embarcado da aplicação;

4. Transmitir as informações coletadas via GPRS; e

5. Armazenar e visualizar a leitura do dispositivo através de uma página da Internet e através

de serviço SMS.

6. Testar o sistema desenvolvido.

1.3 METODOLOGIA

1.3.1 Metodologia da Pesquisa

A metodologia adotada na formulação do trabalho foi baseada em pesquisas bibliográficas de

livros, revistas e artigos publicados na internet, sobre sistemas embarcados, comunicação GSM/GPRS,

saúde e de sistemas similares à atual proposta.

A pesquisa é uma atividade voltada para a solução de problemas, através do emprego de

processos científicos. Neste contexto esta pesquisa pode ser classificada como pesquisa aplicada, pois

o conhecimento adquirido é utilizado para aplicação prática voltado para solução de problemas

concretos da vida moderna, no caso, aquisição e transmissão via GSM da pulsação arterial. Quanto ao

objetivo esta pesquisa pode ser considerada exploratória e descritiva. Exploratória, pois foi feito

Page 14: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

14

levantamento bibliográfico sobre o tema em questão. E pode ser considerada descritiva, pois foi feito

um levantamento de dados da aplicação e do sistema a fim de avaliar o desempenho.

1.3.2 Procedimentos Metodológicos

Para o desenvolvimento do trabalho, os procedimentos foram divididos em cinco etapas, sendo

elas: pesquisa, modelagem, implantação, teste e documentação:

Realização do estudo técnico da comunicação GSM/GPRS e dos diversos componentes que

integram o sistema embarcado.

Definição dos requisitos e criação do modelo conceitual contendo os componentes

eletrônicos, software e demais elementos empregados.

Implantação do sistema baseado no modelo conceitual alcançado na etapa anterior.

Testes e verificação do sistema implantado na etapa anterior observando se alcançou os

objetivos desejados e se atende ao escopo proposto para este projeto.

Page 15: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

15

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Neste capítulo são apresentados conceitos importantes no desenvolvimento deste projeto, tais

como: Fotopletismografia, Tecnologia da Informação na área da saúde, Telefônica móvel, Comandos

AT, Sistemas embarcados, Arduino UNO, Sensor de pulso cardíaco e sistemas embarcados.

2.1 FOTOPLETISMOGRAFIA

A fotopletismografia (PPG) é um método não invasivo1. Com ele o profissional de saúde é

capaz de avaliar a função venosa2, sendo de fácil execução e seu treinamento não é demorado

(EVANGELISTA, 2003). É possível mensurar o batimento cardíaco através da intensidade de luz

devido a variação de volume sangüíneo nas veias superficiais, a absorção ou reflexão da luz, segue o

Ciclo cardíaco. É empregado neste método o fotopletismógrafo, um aparelho que contem uma Fonte

de luz e um detector sensitivo de luz. Introduzida nos estudos hemodinâmicos venosos por Robert W.

Barnes em 1973, ela avalia o tempo de reenchimento venoso (TRV), mensurando o fluxo sanguineo,

usada em diagnóstico de doenças venosas e acompanhamento de pacientes candidatos a cirurgia de

varizes no pré e pós-operatório (BHATTACHARYA, 2001).

2.2 TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO NA ÁREA DA SAÚDE

Esta seção aborda a importância da TI para a área médica, bem como as aplicações já

existentes.

Os serviços de saúde se tornam mais informatizados. Graças à iniciativa de empresas,

profissionais e estudantes, o cuidado da saúde está cada vez mais portátil, econômico, seguro e ágil.

Porém alguns fatores dificultam o progresso da informatização dos dados de saúde. Um deles é a falta

de padronização no tratamento dos dados (LIMA, 2010). Um exemplo de padronização das

informações de saúde é o TISS (Troca de Informação em Saúde Suplementar). Neste padrão as

informações dos pacientes são passadas entre as operadoras de saúde e órgãos do governo. A ANS

criou o TISS, com o objetivo de padronizar as ações administrativas, subsidiar as ações de avaliação e

1 Não há introdução de aparatos médicos no paciente.

2 Sistema composto por veias superficiais, veias profundas e veias comunicantes. Estas últimas ligam as veias superficiais

às veias profundas.

Page 16: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

16

acompanhamento econômico, financeiro e assistencial das operadoras de planos privados de

assistência à saúde e compor o Registro Eletrônico de Saúde (ANS, 2007).

Entende-se por saúde como sendo um estado de completo desenvolvimento físico, mental e

bem-estar social e não apenas a ausência de uma doença ou enfermidade, segundo a Organização

Mundial da Saúde (OMS, 1946).

Diante do aumento nos custos com prestação dos serviços de saúde, envelhecimento da

população e aumento de pessoas com doenças crônicas, as empresas prestadoras de serviços de saúde e

os governos se viram obrigados a buscarem formas mais eficazes e econômicas para os serviços de

saúde. Isso propiciou o crescimento da TI na área médica, dando apoio aos prestadores de serviços da

saúde. Também, com o uso da telefonia móvel, computação em nuvem, mídia social e dados abertos,

tem-se observado uma difusão dos serviços de saúde, de modo que os usuários passaram a buscar

informações sobre saúde em redes sociais online e em dispositivos móveis (RANCK, 2008).

A TI propicia certas facilidades no campo da informação, tanto quanto na obtenção,

transmissão, armazenamento e recuperação de dados. Nas mais diferenciadas áreas encontram-se a

colaboração da TI. Na área médica a TI é usada na telemedicina, suporte à tomada de decisão, difusão

das informações médicas e o monitoramento de pacientes (RANCK, 2008).

Um caso de sucesso no uso da TI na gestão hospitalar é o Quest Diagnostics, onde um grande

laboratório de análises clinica, atende por ano cerca de um milhão de pedidos via fax, mas um número

crescente de pacientes tem acessado seus resultados através do aplicativo livre chamado Gazelle.

Segundo a diretoria do Quest Diagnostics, a utilização do Gazelle diminuiu o uso de fax, diminuindo

assim o custo e tempo para que os médicos conversarem com seus pacientes a respeito do resultado

(MYGAZELLE, 2011). A Figura 1 apresenta a interface do aplicativo Gazelle e o aparelho iPhone.

Page 17: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

17

Figura 1: Ilustração do iPhone e a tela da aplicação Gazelle.

Fonte: Adaptado de Itunes (2011).

O Gazelle permite que os pacientes gerenciem seus dados de saúde, como o histórico médico e

a lista de prescrições de drogas, tudo on-line. Para os usuários que querem obter seus resultados de

laboratório devem preencher um formulário com o seu nome, informações de contato e data de

nascimento. Ao realizar uma busca o usuário é autenticado e o diagnóstico do paciente é entregue

(ITUNES, 2011).

Clínicas, laboratórios e hospitais utilizam a tecnologia da informação para realizar as mais

diversas tarefas, desde a gestão de recursos até ajuda na tomada de decisões. Um exemplo de aplicação

usada na área de saúde é o MyQuest, uma App desenvolvida pelo laboratório norte americano Quest

Diagnostics, onde os clientes acessam seus resultados de exames, realizam agendamentos e conversam

com médicos através do MyQuest (MYQUEST, 2011). Na Figura 2 apresenta a interface do aplicativo

MyQuest no iPhone.

Page 18: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

18

Figura 2: Ilustração do iPhone e a tela da aplicação MyQuest.

Fonte: Adaptado de MyQuest (2011).

Este App permite que os pacientes gerenciem on-line seus dados de saúde, como o histórico

médico e a lista de prescrições de drogas. Os usuários que querem obter seus resultados de laboratório

devem preencher um formulário com o seu nome, informações de contato e data de nascimento. Ao

realizar uma busca o usuário é autenticado e o diagnóstico do paciente é entregue (MYQUEST, 2011).

Outro caso de sucesso no uso da TI na gestão hospitalar/clinico é o de Sunnybrook Health

Sciences Centre, um centro clínico localizado em Toronto Canadá. Devido à expansão de sua

infraestrutura, a diretoria do centro verificou a necessidade de criar um sistema de monitoramento

remoto para suas equipes de enfermagens monitorarem os equipamentos médicos dos pacientes, esse

sistema deveria ser confiável, seguro e gerenciável. Segundo o diretor Oliver Tsai “Agora a

comunicação sem fio deixou de ser um recurso a mais e passou a ser um serviço com missão crítica,

ficar sem comunicação sem fio é o mesmo que ficar sem energia”. A solução encontrada foi a

aquisição do aparelho MC70 e as redes sem fio da Motorola para as equipes médicas (MYQUEST,

2011).

Segundo o diretor, a qualidade dos serviços prestados, economia de custo e a satisfação dos

clientes foram os principais resultados obtidos com estes aparelhos (MOTOROLA, 2011).

Page 19: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

19

2.3 TELEFONIA MÓVEL

Esta seção aborda o funcionamento e a utilização da rede GSM na transmissão de dados através

do protocolo GPRS.

O telefone celular nasceu da ideia de ter um sistema telefônico que não dependesse da linha

física, ou seja, na telefonia móvel as interligações são realizadas via rádio freqüência. Assim os

assinantes podem realizar suas chamadas em qualquer lugar. Os primeiros sistemas de telefonia móvel

(que datam de 1964) constituíam-se de uma transmissora central, que cobrisse grandes áreas, e

unidades receptoras (telefones móveis) potentes o suficiente para transmitir o sinal até a central, mas

esse conceito causava muitas interferências (SANTOS, 2010). Então o sistema de telefonia móvel

evoluiu até ser concebida a filosofia de Sistema de Telefonia Móvel Celular. Este sistema é composto

por várias células distribuídas ao longo de uma determinada área como ilustrado na Figura 3.

Figura 3: Ilustração da rede de telefonia celular.

Fonte: Adaptado de Rhee (2009).

O GSM (Global System for Mobile Communications3) tem especificações abertas e favorecem

a mobilidade do usuário (roaming4). A Figura 4 ilustra o funcionamento de uma interligação entre

usuários da rede de telefonia móvel.

3 Padrão digital para telefonia móvel.

4 Ou itinerância é um termo empregado em telefonia móvel, mas também aplicável a outras tecnologias de rede sem fio.

Page 20: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

20

Figura 4: Blocos do Sistema GSM.

Fonte: Adaptado de Mouly (2007).

As MS (Mobile Station5) se comunicam com os subsistemas BSS (Base Station Subsystem) por

meio de RF (rádio frequência). As BSS são formadas por uma ou várias BTS (Base Transceiver

Station) e um BSC (Base Station Controller) que controla as BTS.

Diversas BTS podem estar localizadas em um mesmo local, criando células setorizadas ao

redor de uma torre de antena comum. As BSC frequentemente se comunicam com as BTS por micro-

ondas, a BTS emite o BCH (Broadcast Channel6) durante todo tempo de operação. O sinal BCH

também carrega informações codificadas, como a identidade da rede, mensagens de paginação e outras

informações. O BCH é recebido por todas as unidades móveis encontradas na célula, independente de

estarem no meio de uma chamada ou não (MOULY, 2007).

A BSS é controlada por um MSC (Mobile Switching Center), que controla o tráfego de

diversas células. Cada MSC possui um VLR (Visitor Location Register), que serve para localizar a

estação móvel. As informações fornecidas pelo VLR são necessárias para controlar a chamada e

5 Unidade móvel (aparelho celular) capacitado a conectar na rede GSM.

6 Sinal transmitido pelo BTS que a unidade móvel utiliza para encontrar a rede GSM mais próxima.

Page 21: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

21

providenciar os serviços de cada assinante, situada dentro de uma determinada área de controle. A

MSC também fica registrada na HLR (Home Location Register). A AUC (Authentication Centre) é

uma base de dados protegida que guarda uma cópia do código de cada SIM (Subscriber Identity

Mobile), que é usado para autenticar e criptografar através do canal de rádio. A EIR (Equipment

Identity Register) tem como finalidade verificar se os usuários são assinantes em situação legal. O raio

de alcance das células pode atingir 35 km no GSM900 e 2 km no DCS1800. Com suas antenas

direcionadas formando setores ao redor de uma única torre. Para o MS ser identificado na rede ele

deve conter o cartão SIM (Subscriber Identity Module). O cartão SIM possui um microprocessador

que armazena com segurança diversas informações importantes (MOULY, 2007). Informações como a

identificação do assinante, os algoritmos de autenticação e criptografia são responsáveis pelo acesso

legítimo à rede GSM. O cartão SIM é fornecido em dois tamanhos: padrão (tamanho de cartão de

crédito) e micro (tamanho selo postal). Os cartões SIM são encaixados no aparelho celular.

O SIM contém todas as informações relacionadas a um assinante, tais como:

Seu número exclusivo de assinante ou IMSI (International Mobile Subscriber Identity);

As redes e países em que o assinante pode receber o serviço (MCC e MNC); e

Qualquer outra informação especifica sobre o usuário, como número de discagem rápida e

memória.

Cada cartão SIM tem um número único de identificação IMSI (International Mobile Subscriber

Identity). É o cartão SIM que dá a unidade móvel a sua identidade na rede. Se um usuário levar o seu

cartão SIM para uma viagem e encaixá-la em outro aparelho celular, o telefone usará a identidade

presente no SIM. Os direitos de acesso à rede, suas memórias de discagem rápida e quaisquer outras

características armazenadas, são transferidas ao telefone. O cartão SIM também transporta o número

de telefone do usuário. Assim, se ligarem para o número do usuário, independente de onde ele esteja, a

ligação será roteada até chegar ao aparelho que contém o número do usuário. Além do cartão SIM,

todos os MS (Mobile Station) possuem uma identificação de hardware exclusiva chamada de IMEI

(International Mobile Equipment Identity). O IMEI é um número de identificação para o aparelho.

Possui 15 algarismos, que são programados na fábrica. O IMEI, ao contrário do ESN (Eletronic Serial

Page 22: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

22

Number7) dos demais sistemas celulares digitais, não tem participação ativa no cadastro do usuário.

Um SIM chip pode utilizar diversos aparelhos ou IMEI diferentes (RHEE, 2009).

Em meados de 1990, com a popularização da internet e de seus serviços, os usuários de

telefones móveis não estavam satisfeitos apenas com a telefonia celular, os usuários queriam também

acessar a internet através do celular. O problema é que a rede de telefonia móvel preparou-se para

oferecer telefonia digital, mas não para acessar a internet. A internet transporta dados por pacotes,

através do protocolo IP (Internet Protocol) e para que a rede móvel seja adaptada à internet, é preciso

que os dados sejam organizados também em pacotes. Foi criada então a tecnologia GPRS (General

Packet Radio Services), ou Serviço de Rádio por Pacote para emprego geral. É um serviço de

comunicação sem fio baseado em pacotes para tecnologia de telefonia móvel de padrão GSM.

Oferecendo uma taxa de transmissão de até 114 Kbps e conexão com a internet. Com a integração da

internet na arquitetura GSM foram introduzidos dois equipamentos, o SGSN (Serving GPRS Support

Node), responsável pelo encaminhamento de pacotes entre MS e GGSN, gerenciamento da mobilidade

do terminal e da ligação lógica, responsável por autenticar e taxar os pacotes. O segundo equipamento

é o GGSN (Gateway Support Node), interface entre a rede GPRS e a rede de pacotes externa. Como o

IP, os pacotes recebidos do SGSN são convertidos em formato PDP (Packet Data Protocol8), da rede

externa (como Datagramas), os pacotes recebidos da rede externa tem os endereços PDP (com IP)

alterados para endereços GSM (SVERZUT, 2005).

7 ESN: Eletronic Serial Number, ou seja, Número Serial Eletrônico que identifica o próprio aparelho. É um número

atribuído a cada estação móvel no momento de sua fabricação. 8 Formato de texto utilizado no cabeçalho e conteúdo de um pacote de dados do protocolo GPRS.

Page 23: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

23

2.4 COMANDOS AT

Na Tabela 1 ilustram-se os demais comandos AT a serem utilizados para controlar e configurar

o modem GSM. Esses comandos são gerados pelo código fonte gravados no microcontrolador.

Tabela 1: Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio de SMS.

Comando Descrição

AT Verifica se a interface serial e o modem GSM estão prontos para receber os

comandos.

ATE0 Reduz o tráfego na linha serial.

AT+CNMI Exibir nova mensagem SMS.

AT+CPMS Selecionar memória SMS

AT+CMGF Formato da string SMS, tipo de compactação.

AT+CMGR Ler nova mensagem a partir de uma posição de memória.

AT+CMGS Enviar mensagem para um determinado destinatário.

AT+CMGD Apagar mensagem.

Fonte: Adaptado de ATMEL (2006).

O comando AT é uma solicitação de status, usada para testar se o modem é compatível, se está

ligado e se a interface serial está funcionando corretamente. Ao enviar o comando AT, haverão duas

possibilidades de retorno “OK” e “ERROR”. Se o retorno for “OK” significa que o modem está

conectado e pronto, se o retorno for “ERROR” significa que a interface serial está funcionando, mas o

modem está com algum erro.

O comando “ATE0” é utilizado para configuração da comunicação. Por padrão os modems

GSM ecoam qualquer comando recebido de volta como uma confirmação.

Após o envio “AT”, o modem responde com “AT\r\rOK\r\n”. Com echo off, “ATE0”, o

modem teria respondido “\r\nOK\r\n” ao executar “AT”. O comando echo off vai reduzir o tráfego na

linha serial. O comando “ATE1” permitirá echo novamente.

Page 24: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

24

O comando AT+CMGF é usado para definir o formato de entrada e saída de mensagens SMS.

Dois modos estão disponíveis:

Modo de PDU (Packet Data Unit): leitura e envio de SMS é feito em formato codificado.

Modo de texto: leitura e envio de SMS é feito em texto puro.

Modo PDU é comprimido, economiza espaço da mensagem e é padrão na maioria dos modems.

No modo PDU a implementação fica no código-fonte. É possível usar o modo texto para reduzir o

tamanho de código se o modem conectado suportar isso.

No modo texto o cabeçalho é preenchido com os campos endereço do remetente, tamanho da

mensagem, período de validação pode ser lido em texto simples, juntamente com a mensagem enviada.

Comando:AT+CMGF=[mode]

Significado: [mode] tipo inteiro: 0 é modo PDU, 1 é modo texto.

Alguns modems suportam em modo texto, qualquer informação e a mensagem em si pode ser

lida como texto simples. No entanto nem todos os telefones e modems suportam o modo texto.

O modo PDU usa três tipos de dados especiais:

Octet: Grupo de 8 bits em hexa-decimal de codificação (0x00! 0xFF). Exemplo: E8

Semi-octeto: Grupo de 8 bits na codificação decimal (0 153!). Exemplo: 11

Septeto: Grupo de 7 bits de codificação inteiro (0 -> 127). Exemplo: 126.

Page 25: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

25

O padrão GSM alfabeto utiliza 7 bits para representar caracteres. Por exemplo, a mensagem

"Hello" é composta por cinco caracteres chamados de septets, quando representada com sete bits cada.

A cadeia de caracteres septeto tem de ser codificada em um fluxo de octeto para o SMS de

transferência (ver Tabela 2).

Tabela 2: Comprimir cadeia septeto em fluxo octeto.

Valor h e l l o

Decimal 104 101 108 108 111

Hex 0x68 0x 65 0x 6C 0x 6C 0x 6F

Septet 1101000 1100101 1101100 1101100 1101111

8-bit 11101000 00110010 10011011 11111101 00000110

Octet E8 32 9B FD 06

Fonte: Adaptado de ATMEL (2006).

O septeto primeiro (h) é transformado em um octeto, adicionando o bit mais à direita do septeto

segundo (em negrito). Inserida na esquerda o que dá: 1 + 1101000 = 11101000 (E8).

O segundo caracater (septeto), em seguida recebe dois bits (em negrito) do septeto terceiro, então o

segundo personagem (e) tornar-se um octeto: 00 + 110.010 = 00.110.010 (32).

Os cinco primeiros bits do último caracter (o) é preenchido com zeros (em negrito).

As mensagens codificadas desta forma podem ser adicionada como carga para o comando AT +

CMGS. Ao receber uma mensagem nova, AT+CMGR pode ser usado para ler a partir do local de

memória onde ele reside.

Page 26: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

26

2.5 SISTEMAS EMBARCADOS

Sistema embarcado é qualquer sistema ou dispositivo eletrônico com capacidade de

processamento e armazenamento de dados, destinado a executar uma tarefa, de maneira continua e sem

travamentos ou panes. Um sistema embarcado deve ser completo e independente para realizar

adequadamente uma tarefa (CUNHA, 2007).

Alguns sistemas embarcados podem disponibilizar interfaces, como teclados e displays para

interagir com o usuário final. O forno micro-ondas moderno é um exemplo de equipamento portador

de sistema embarcado. O mesmo deve ajustar a potencia correta, verificar se a porta está realmente

fechada, selecionar e medir o tempo em que o forno deve ficar acionado e emitir um sinal quando a

tarefa estiver concluída (CUNHA, 2007).

Os sistemas embarcados são construídos para executar uma tarefa. Às vezes não tem

flexibilidade para permitir que realizem outras tarefas quaisquer que não sejam aquelas para as quais

foram desenhados e desenvolvidos. Flexibilidade ao atualizar a versão do software. Isso para correções

ou novas funções que o tornem melhor para realizar sua tarefa (CUNHA, 2007).

Os sistemas embarcados são empregados nas mais variadas funções, tais como carros,

eletrodomésticos, aparelhos telefônicos, caixas eletrônicos de bancos, etc. Estes sistemas são

desenvolvidos unicamente para atender aos requisitos necessários para realizar suas tarefas, sendo que

esses requisitos podem ser de velocidade, tamanho, memória e resposta em tempo real. Por serem

sistemas especializados em uma determinada tarefa esses sistemas possuem projetos simplificados,

graças a componentes especialmente desenvolvidos para eles. Devido a grande demanda por sistemas

embarcados, alguns fornecedores de componentes, como a Intel, investem no segmento de sistemas

embarcados, através do desenvolvimento de ferramentas de desenvolvimento e programas de suporte

permitindo, ao projetista, uma redução de tempo entre o protótipo e o produto final. Na área médica os

sistemas embarcados estão nas mais variados equipamentos médicos, desde raios-X, tomografia e

ressonância magnética, desfibriladores automatizados e termômetros digitais (COSTA, 2006).

Page 27: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

27

2.5.1 TIPOS DE SISTEMAS EMBARCADOS

Sistemas embarcados se diferenciam por sua capacidade computacional, independência

operacional, modo de funcionamento e tipos de aplicações de sistemas. O conteúdo a seguir teve como

referência Cunha (2007).

Propósito geral: entram aqui aqueles sistemas embarcados com maior interação com o

usuário através de terminais de vídeo, monitores ou alto falantes. Exemplo os

videogames, caixas de bancos.

Sistemas de controle: geralmente são aplicações mais robustas, com placas dedicadas e

múltiplos sensores de entrada e saída, podendo controlar atuadores, tendo pouca

interação com o usuário, realizam suas tarefas em malha fechada. Encontrado nas

maquinas de indústrias, motores de automóveis, controle de vôo, usinas entre outros.

Processamento de sinais: envolvidos em processamento de grandes volumes de

informação. De natureza analógica os sinais são digitalizados através de conversores

AD (Analógico Digital), então é processado, caso necessário são novamente

convertidos para sinal analógico através de conversores DA (Digital Analógico).

Comunicação e redes: empregado no chaveamento de sistemas telefônicos,

telecomunicações e internet.

2.5.2 MODOS DE FUNCIONAMENTO

Dependendo da aplicação o sistema pode ser reativo ou controle em tempo real.

Reativo: neste modo eventos externos desencadeiam uma resposta do dispositivo, estes

eventos podem ser periódicos (tarefas realizadas a cada período de tempo loop ou um

processo que a cada tempo dispara a tarefa que o dispositivo deva executar) ou

assíncronos (pressionando botões ou acionando sensores).

Controle em tempo real: não depende da entrada de sinais para executar as tarefas, são

capazes de tomar decisões na ausência sinais, e suas tarefas possuem limite de tempo.

Podem ser Soft Real Time, não tem conseqüência grave se uma determinada tarefa não

Page 28: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

28

executada no devido tempo ou Hard Real Time, o atraso ou falha de qualquer tarefa tem

conseqüência grave.

Como características desejáveis mais freqüentes em um sistema embarcado, têm o tamanho e

peso, consumo de energia e robustez do equipamento.

A seguir será descrita a plataforma que serviu de base para a construção do sistema embarcado

da deste rabalho.

2.6 ARDUINO UNO

Criado em 2005 no Instituto de Interatividade e Design em Ivren, Itália, pelos professores de

computação David Cuartielles e Massimo Banzi. Tendo como objetivo criar uma ferramenta de baixa

complexidade e custo, usada para o desenvolvimento de estruturas interativas, envolvendo assim

sensores elétricos, atuadores eletromecânicos e processamento digital. O Arduino segue o principio de

open source, ou seja, todos os seus programas e hardware são de domínio publico e podem ser

copiados, modificados e melhorados (SILVEIRA, 2011).

A plataforma Arduino é muito empregada na prototipagem eletrônica. Segue o conceito de

hardware e software livre. Na Figura 5 tem-se a imagem da placa do Arduino UNO. Inicialmente foi

destinado a artistas, designers, hobistas, e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes

interativos (WEMECK, 2009).

O Arduino UNO consiste basicamente de uma placa com circuitos de entrada/saída para um

microcontrolador AVR, um ambiente de desenvolvimento e o bootloader9 que já vem gravado ou pode

ser gravado no microcontrolador.

9 Gerenciador de boot, programa com a função de acessar e carregar o sistema principal para assumir o controle do

equipamento.

Page 29: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

29

Figura 5: Ilustração do Arduino UNO.

Fonte: Adaptado de Silveira (2011).

A Tabela 3 descreve algumas das suas características técnicas relevantes. Destaca-se o uso do

microcontrolador ATMEGA (atmel, 2006).

Tabela 3: Características técnicas do Arduino UNO.

Dado técnico Valor

Microcontrolador ATmega328

Tensão de operação 5V

Pinos digitais de entrada/saída 14 (6 com saída PWM)

Pinos analógicos de entrada/saída 6

Memória flash 32KB sendo que 0.5KB são usados como bootloader

Fonte: Adaptado de Silveira (2011).

Os recursos mais importantes desse kit, para o projeto aqui apresentado, são as portas

analógicas e digitais e a interface serial UART, descritos nas seções seguintes.

O software que permite o desenvolvimento dos programas na plataforma Arduino é uma IDE

(Integrated Development Enviroment), baseado na linguagem Processing e possui código aberto

(MCROBERTS, 2011).

Cabe salientar que para programar o ATmega é preciso definir nesse ambiente o modelo do kit

usado e a porta serial onde o kit está ligado ao PC, devemos ir em Tools >> Board e escolher o Kit

Page 30: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

30

Arduino adequado, no caso deste trabalho é selecionado a opção Arduino Uno. A Figura 6 ilustra os

passos a serem seguidos.

Figura 6: Interface da plataforma Arduino.

Fonte: Adaptado de McRoberts ( 2011).

Após selecionado o Kit Arduino, deve ser selecionada a porta serial na qual o kit está

conectado, então o desenvolvedor deve ir em Tools >> Serial Port e selecionar uma das portas listadas.

A Figura 7 ilustra os passos a serem tomados.

Figura 7: Selecionar porta serial.

Page 31: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

31

Fonte: Adaptado de Adaptado de Silveira (2011).

O compilador do IDE realiza as análises léxicas, sintáticas e semânticas do código e sinaliza os

possíveis erros, embora resulte em uma versão mais simples do que o AVRStudio (ATMEL, 2006),

que também permite, por exemplo, emular os programas desenvolvidos. As funções e bibliotecas estão

escritas em C e C++. Ilustra-se na Figura 8 a interface de programação da plataforma Arduino,

desenvolvida em Java.

Figura 8: Interface da plataforma Arduino.

Fonte: Adaptado de McRoberts ( 2011).

Como visto na Figura 8, tem-se na barra principal os seguintes botões:

Verify: realiza a verificação e compilação do código fonte;

Stop: interrompe o processo em andamento;

New: abre nova IDE, para digitação de novo código fonte;

Open: abre uma nova janela para localizar e carregar um sketch;

Save: salva sketch ativo da IDE;

Upload: realiza a carga e gravação do sketch para o Arduino; e

Serial monitor: abre aplicativo para monitorar comunicação serial.

Page 32: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

32

2.7 SENSOR DE PULSO CARDÍACO

A eletrônica possibilita captação, amplificação e digitalização de fenômenos físicos. Uma vez

captados por algum tipo de sensor, esses sinais podem ser amplificados e digitalizados (CUNHA,

2006b).

É através dos sensores que os circuitos eletrônicos ficam informados sobre eventos externos, no

qual deva atuar ou comandar determinada ação. A seguir os principais tipos de sensores.

2.7.1 Sensores mecânicos

Denominados assim aqueles que sensoriam movimentos, posições ou presença usando recursos

mecânicos.

Nesta categoria entram as chaves, estas são como interruptores que atuam no modo liga/desliga

quando uma ação acontece no seu elemento atuador. Utilizado para detectar a abertura e fechamento

de portas, presença de objetos em determinado local ou a posição de uma parte de uma maquina.

Sensor de fim de curso, também faz parte da categoria de sensores mecânicos, e é uma variação

das chaves, utilizado para detectar quando uma parte mecânica chega a seu máximo, com isso pode ser

evitado que o motor do sistema continue atuando depois que a peça movimentada chegue ao seu

máximo, por exemplo. A Figura 9 ilustra exemplos de sensores mecânico, um para movimento e outro

para fim de curso.

Figura 9: A esquerda sensor do tipo chave, indicando presença de objeto, a direita chave de fim de

curso, indicando quando o portão chega ao máximo e que está fechado.

Fonte: Adaptado de Cunha (2006b).

Page 33: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

33

2.7.2 Sensores magnéticos

Atuam com a ação de campo magnético, empregados para detectar o posicionamento de peça

ou parte de um mecanismo, através de ímã preso a ela. Estes sensores são usados para identificar fim

de curso, para detectar o deslocamento máximo de uma peça, pela ação de um ímã preso a peça. Outro

emprego destes sensores é produzir pulsos tacométricos que permitem controlar a velocidade de um

motor ou registrá-la em um display. Nas aplicações mais modernas e que exigem maior velocidade de

resposta, podem ser usados sensores de estado sólido como os sensores de efeito Hall, ou ainda

sensores indutivos. A Figura 10 ilustra sensor do tipo magnético, ao aproximar o sensor de um campo

magnético este fecha como se fosse um interruptor.

Figura 10: Funcionamento do sensor magnético.

Fonte: Adaptado de Cunha (2006b).

2.7.3 Sensores fotoelétricos

Trabalham com a luz sendo muito mais rápidos que os sensores mecânicos e magnéticos, não

apresentam inércia e sem peças móveis que quebram ou desgastam. São empregados numa infinidade

de aplicações na indústria e em outros campos.

Page 34: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

34

Este sensor é o componente responsável pela captação do pulso cardíaco neste sistema. É um

sensor do tipo fotopletismógrafo10

, que repassa o pulso cardíaco em forma de sinal elétrico. Este

modelo foi selecionado devido ao seu baixo grau de complexidade, tamanho e custo. A Figura 11

mostra o sensor do tipo fotopletismógrafo empregado neste trabalho.

Figura 11: Foto do sensor utilizado no projeto.

Fonte: Adaptado de Pulsesensor ( 2014).

O sinal que este trabalho buscou captar, amplificar e repassar é o pulso arterial, e o tipo de

sensor selecionado para realizar tal tarefa foi o fotopletismógrafo, que serve para medir variações no

volume de um órgão do corpo humano através das flutuações rítmicas da circulação do sangue

(SILVEIRA, 2011).

10

Procedimento que permite avaliar a vascularização cutânea. Um raio luminoso é refletido pelos tecidos superficiais e

recolhido por uma célula fotoelétrica. Esse método é preconizado nos diversos distúrbios tróficos, para avaliar o

prognóstico.

Page 35: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

35

A Figura 12 apresenta esquema elétrico do sensor fotopletismógrafo. Este sensor mede as

variações no fluxo de sangue na ponta do dedo de uma das mãos. O sensor LDR (Light Dependent

Resistor) e o led11

vermelho ficam no mesmo plano. Para realizar a leitura do batimento cardíaco, o

usuário deve posicionar o lado oposto da unha do dedo indicador em cima do LDR e a junção entre a

ponta e o meio do dedo sobre o LED. Assim a luz do LED atravessa a pele da junção e é refletida pelo

osso sobre uma pequena concentração de artérias bem em cima do LDR. O volume de sangue nessas

artérias pulsa em sintonia com as contrações do músculo cardíaco. Essa variação no volume do sangue

vai modular a resistência do LDR. É utilizado o par de amplificadores operacionais dentro do LM358N

para amplificar o sinal do LDR. No circuito da Figura 12, o resistor R1 limita a corrente direta através

do LED1 em cerca de 20 mA. O LDR e o resistor R2 formam um circuito divisor de tensão cuja saída

pulsante será função da resistência do LDR, que por sua vez é função da luz refletida pelo dedo do

usuário. Esses pulsos passam por um filtro passa-altas formado por C1 e R3, e é amplificado pelo

primeiro amplificador operacional do LM358N na configuração não inversor com ganho de 120. C2 e

R5 formam um filtro passa-baixas, centrado em 1,5 Hz. A frequência dos pulsos lidos oscilam entre 1

e 2 Hz. Essas frequências correspondem a 60 e 120 pulsos por minuto, respectivamente.

O potenciômetro P1, que é a resistência de carga do primeiro amplificador, controla a entrada

do segundo amplificador não inversor com ganho de 560. Aqui o sinal modulado em frequência com

os batimentos do coração do usuário pode ser entregue ao Arduino através de uma entrada analógica.

O LED 2 permite visualizar os batimentos cardíacos.

11

Componente eletrônico usado na emissão de luz em locais, instrumentos e produtos de microeletrônica como sinalizador

de avisos, também pode ser encontrado em tamanho maior, como em alguns modelos de semáforos.

Page 36: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

36

Figura 12: Ilustração do circuito elétrico do sensor de pulso arterial.

Fonte: Adaptado de Silveira (2011).

Page 37: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

37

3 TRABALHOS RELACIONADOS

Este capítulo tem como objetivo apresentar o estudo realizado sobre trabalhos que possuem um

certo grau de similaridade com o tema do TCC. Foi levado como critério de seleção aplicações de uso

na área médica e tendo como plataforma os sistemas embarcados.

3.1 GAZELLE

Tal como apresentado na Seção 2.1, o Gazelle (MYGAZELLE, 2011) permite que os pacientes

gerenciem, on line, seus dados de saúde, por exemplo, como o histórico médico e a lista de prescrições

de drogas. Com esse sistema, os usuários podem obter seus resultados de laboratório e o diagnóstico

do estudo realizado (ITUNES, 2011). A Figura 13 ilustra aparência da tela da aplicação Gazelle;

Figura 13: Ilustração do iPhone e a tela da aplicação Gazelle.

Fonte: Adaptado de Itunes (2011).

Page 38: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

38

3.2 JABRA SPORT PULSE WIRELESS

Desenvolvido pela Jabra este produto, mostrado na Figura 14 é um fone de ouvido sem fio com

capacidade de mensurar a frequência cardiaca do usuário, mostrando as frequências cardiacas no

monitor de frequência cardiaca instalado no smartphone, assim o usuário pode gerenciar o andamento

da atividade fisica. Ele emite uma luz dentro do ouvido e o reflexo desta luz é captado por um sensor

optico ultra-miniaturizado.

Capaz de suportar 5 horas de música ou o mesmo tempo de conversação. Vem embutido um

microfone e um DSP (Digital Signal Process, processador de sinais digitais) responsavel por garantir a

qualidade do som. Também possui cancelamento de vento.

Acompanha aplicativo de Smartphone que inclui playlist com equalizador, podendo criar,

navegar e tocar musica. A proposta deste produto é Oferecer maior comodidade durante as atividades

fisicas.

Figura 14: Fone de ouvido com sensor de frequência cardíaca.

Fonte: Adaptado de Jabra (2014).

Page 39: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

39

3.3 MONITORIZAÇÃO REMOTA DE PACIENTES EM AMBULATÓRIO

Indicadores da Organização Mundial da Saúde apontam para o envelhecimento da humanidade,

isso acarreta em mais custos nos serviços de saúde, devido às doenças crônicas que surgem com a

idade avançada. Uma alternativa encontrada para baixar os custos está na utilização de sistemas de

telemetria.

Este trabalho propõe solução baseada em hardware e software, com a capacidade de mensurar a

temperatura, batimento cardíaco e outras informações. Para isso o projeto deste trabalho utiliza o

Arduino como plataforma de controle e módulos Xbee (GONÇALVES, 2008), capaz de comunicar-se

através do protocolo Zigbee, os sensores comunican-se através dos módulos Xbee. As informações

coletadas pelos sensores espalhados pelo ambiente mais os sensores corporais do paciente são

encaminhados para a internet.

Durante a elaboração do trabalho foram levados em consideração os aspectos de fiabilidade,

custo, segurança e usabilidade. No entanto somente o custo ficou abaixo dos demais sistemas tidos

para comparação. Nas modalidades fiabilidade, segurança e usabilidade o trabalho não está adequado

para uma produção industrial em larga escala (GONÇALVES, 2008).

3.4 SOLUÇÃO COMERCIAL MC70

O aparelho MC70 da Motorola oferece segurança na transmissão de dados, conectividade sem

fio e acesso á internet, além de permitir que a equipe de enfermagem veja os pulsos cardíacos do

paciente e ajuste o equipamento médico remotamente, em qualquer lugar da instalação médica. A

Figura 15 é mostrada a aparência do aparelho MC70.

Page 40: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

40

Figura 15: Aparelho da Motorola MC70.

Fonte: Adaptado de motorola (2011).

Como ilustrado na Figura 16, o enfermeiro com um aparelho MC70 faz a leitura da pulseira

contendo código de barra, que identifica o paciente e todas as informações médicas do indivíduo, estão

à disposição do enfermeiro. Informações sobre o tratamento, horários e dosagem de drogas, além de

seu peso, idade, histórico de saúde além de outras informações relevantes ao atendimento.

Figura 16: Enfermeiro scanneando a identificação do paciente.

Fonte: Motorola (2011).

Page 41: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

41

3.5 SAMSUNG - HELPING SUPPORT A HEALTHY LIFESTYLE

Linha de produtos desenvolvida pela Samsung com a finalidade de auxiliar no

condicionamento físico dos usuários, nesta sessão é comentada sobre os produtos S Health, Samsung

Gear e Samsung Body Scale. A Figura 17 ilustra o telefone e mais a linha de produtos S Health.

Figura 17: Ilustração do Samsung Galaxy S5 com o S Health e.

Fonte: Adaptado de Samsung (2014).

S Health, é um sistema de smartphone para o monitoramento do corpo humano, que incorpora

o Samsung Gear e o Samsung Body Scale, transformando o smartphone em um abrangente banco de

dados para auxiliar no cuidado a saúde.

Um gerenciador pessoal de condicionamento físico, acompanha as rotinas diárias e de

condicionamento físico. Com o pedômetro do Galaxy S5 e o S Health é possível mensurar calorias,

velocidade, duração e assim por diante, podendo verificar o peso corporal ou monitorar o batimento

cardíaco e distância percorrida durante o exercício físico. Também monitora atividade durante o sono.

Os demais dispositivos se conectam ao S Health via Bluetooth, transmitindo dados para visualizar e

gerenciar com facilidade. A Figura 18 ilustra a tela S Health no celular Samsung S5.

Page 42: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

42

Figura 18: Samsung S5 mostrando telas do S Health.

Fonte: Adaptado de Samsung (2014).

Figura 19: Samsung S5 mostrando telas do S Health, Samsung Gear e pedômetro.

Fonte: Adaptado de Samsung (2014).

S Health e Heart Rate Monitor não são dispositivos médicos ou terapêuticos e não são

destinadas para uso médico. As leituras do pulso cardíaco são destinadas apenas para fins

informativos.

Page 43: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

43

3.6 ANÁLISE COMPARATIVA

Nesta análise comparativa, o critério levado em consideração é a capacidade que cada proposta

oferece de mensurar vários fenômenos oferecendo o máximo de mobilidade. Segue um breve resumo

sobre cada trabalho (ver Tabelas 4 e 5) mostrando os comparativos entre as propostas.

O trabalho Monitoração Remota de Pacientes em Ambulatório, espalha os sensores pelo

ambiente que o paciente reside e possui um ponto na casa onde as informações colhidas pelos sensores

são reunidas e encaminhadas para a WEB. Fica evidente que o sistema só funciona se o paciente

monitorado estiver no ambiente cujos sensores foram instalados, apesar de mensurar diversos

fenômenos a mobilidade é limitada ao recinto onde se encontra o paciente. Comparando este sistema

com o proposto neste trabalho, pode-se dizer que o trabalho aqui proposto possui mais mobilidade,

pois o aparelho não precisa estar próximo de um ponto de rede sem fio. Já se tratando de número de

sensores, o presente trabalho estaria em desvantagem, pois só mensura o batimento cardíaco enquanto

que o outro sistema realiza várias medições do paciente e inclusive do ambiente.

Na aplicação comercial MC70 é enfatizado, a questão da segurança e conectividade do sistema.

A conectividade oferece a capacidade de interagir com os demais equipamentos médicos presentes no

leito. Este equipamento oferece muitos recursos em comparação ao presente trabalho, o MC70 está

muito à frente. Poderia dizer que o trabalho aqui proposto tem muito a evoluir para chegar perto das

qualidades deste aparelho. Tanto em mobilidade quanto em quantidade de sensores o MC70 é muito

superior.

Já no Gazelle (ITUNES, 2011), embora o objetivo seja um pouco diferente da proposta deste

trabalho, foca-se em temas afins, tal como a conectividade e a capacidade dos pacientes de acessar

seus laudos e exames via WEB. Esse sistema não possui interface para sensores, sendo que apenas

disponibiliza o laudo da análise realizada em laboratório.

S Health Samsung Gear oferece um hardware em forma de pulseira, dando maior ergonomia

durante as atividades diárias. Não precisa estar perto do smartphone para fazer leitura do pulso

cardíaco, no entanto os demais recursos deste produto só são possíveis com o smartphone próximo. Os

demais recursos agregados a esta produto é um diferencial alto para a proposta deste trabalho. O custo

dele é maior, mas os seus recursos extras oferecem uma solução com custo beneficio melhor que os

demais sistemas aqui analisados.

Page 44: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

44

Jabra, precisa ter o smartphone próximo para realizar qualquer tarefa, desde a leitura da

frequência cardíaca até a tocar uma musica, ele é totalmente dependente do smartphone. O custo varia

com o modelo e como é totalmente dependente de um smartphone temos que agregar ao seu custo um.

O seu custo é maior que a proposta deste trabalho, mas oferece outros recursos que o tornam atrativo.

Nas Tabelas 4 e 5, é mostrado os parâmetros encontrados sobre cada uma das solução

propostas.

Tabela 4. Comparativo dos sistemas por mobilidade de recursos.

Trabalho Número de

sensores

Mobilidade Paciente/Prof.

De Saúde

Referência

Monitoração Remota

de Pacientes em

Ambulatório

Três. Limitada ao ambiente

onde está instalado o

sistema principal.

Tela de

monitoramento.

Gonçalves,

2008

Gazelle Nenhum. Internet Gerenciador de

dados de saúde.

Itunes, 2011

Jabra Sport Pulse

Wireless

Um. Distancia do

Smartphone

Gerenciador

portátil.

Jabra, 2014

Samsung Galaxy Gear Um Sem limite Gerenciador

portátil

MC70 Nenhum. Internet Gerenciador de

dados

MOTOROL

A, 2011

Sistema para

Aquisição e

Transmissão da

Pulsação Arterial Via

GSM.

Um. Limitado a áreas com

GPRS.

Tela contendo os

valores

mensurados.

Este trabalho.

Tabela 5. Comparativo dos sistemas por custo (valores em reais).

Trabalho Menor preço Maior preço Referência

Monitoração Remota de

Pacientes em

Ambulatório

Não foi divulgado Não foi divulgado Gonçalvez, 2008

Gazelle sem custo para

usuario

sem custo para

usuário

Itunes, 2011

Jabra Sport Pulse

Wireless

143,27 499,97 Jabra, 2014

Samsung Galaxy Gear 597,65 664,05 Samsung, 2014

MC70 900,00 1797,5 Motorola, 2011

Sistema para Aquisição e

Transmissão da Pulsação

Arterial Via GSM.

309,90 Este trabalho.

Page 45: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

45

3.7 CONSIDERAÇÕES

Em comparação às propostas encontradas, este trabalho oferece mobilidade igual, mas não

alcançou o padrão de ergonomia e custo almejado desde o inicio. Este trabalho oferece mobilidade,

mas a qualidade da conectividade é igual ao trabalho Monitoração Remota de Pacientes em

Ambulatório. Este trabalho limita-se a mesurar somente o pulso cardíaco, sendo algumas das demais

propostas possibilitam mensurar mais de um sinal ou oferece outros recursos, embora futuramente

possam ser acrescentados outros tipos de sensores. O custo é o mais baixo, mas os demais possuem

recursos extras tornando-os economicamente mais atrativos. Não depende de celular ou smartphone

para usar a proposta deste trabalho.

Page 46: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

46

4 DESENVOLVIMENTO

Neste capítulo são apresentados os detalhes técnicos e as ferramentas utilizadas para

desenvolver o sistema proposto.

4.1 VISÃO GERAL DO SISTEMA

A Figura 20 ilustra os itens envolvidos no sistema, sendo eles: sensor de pulsos cardíacos,

Arduino, rede GSM, servidor de internet e aparelhos com conexão á internet. O sensor é um leitor do

pulso arterial, que capta o ritmo das batidas do coração. O sistema embarcado proposto neste trabalho

consiste em um circuito microcontrolado Arduino UNO, a interface para o sensor pletismógrafo e

modem GSM/GPRS. Posteriormente segue uma sessão mais detalhada sobre estes itens. A rede GSM é

fundamental para o sistema, pois é por meio dela que as informações fluem até chegar ao servidor. No

servidor as informações contidas nas mensagens SMS são armazenadas no banco de dados MySQL. O

servidor disponibiliza um site na WEB, contendo os valores de pulso arteriais, recebidas através das

mensagens SMS.

Figura 20: Ilustração do funcionamento do sistema.

Page 47: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

47

4.1.1 Módulo GSM/GPRS SIM900D

O módulo GSM/GPRS quadband12

com pilha TCP/IP embutida é usado em aplicações onde a

transmissão via tecnologia GSM/GPRS se faça necessária. O módulo SIM900D é fabricado pela

SIMCOM e distribuído no Brasil pela ME Componentes (ME, 2012), e é compatível com o

SIM340DZ, que está sendo descontinuado. A Figura 21 ilustra a aparência do modem para

comunicação via GSM.

Figura 21: Foto da placa do modem e sua antena GSM/GPRS SIM900D.

Fonte: ME (2012).

4.1.2 Sistema embarcado da aplicação

O sistema embarcado realiza a parte de aquisição de dados e a transmissão dos mesmos. É

composto por um Arduino UNO, cujo microcontrolador é um ATmega328, o sensor

fotopletismógrafo, que se comunica diretamente pelo pino analógico 14 do Arduino, e para realizar a

comunicação via GPRS o sistema conta com o modem SIM900D. A Figura 22 ilustra o hardware do

sistema embarcado.

12

Modem GSM que funciona nas 4 bandas utilizadas mundialmente: 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz e 1900 MHz.

Page 48: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

48

Figura 22: Ilustração das principais partes do sistema embarcado proposto.

4.1.3 Firmware

O código fonte tem como funcionalidades: processar a leitura do sensor, a configuração do

modem GSM/GPRS, o registro na rede GSM e a elaboração das mensagens a serem encaminhadas

pelo modem.

A seguir são descritos os comandos utilizados pelo modem GSM. O conteúdo foi baseado no

manual AVR323 - Interfacing GSM modems disponibilizado no site da ATMEL.

O protocolo de comunicação dos modems GSM se baseia no Hayes AT-Command set. A

interface de comandos AT para modems GSM é definida pela ETSI (European Telecommunication

Standard Institute) GSM 07.05. Os comandos de modem GSM específicos são adaptados para os

serviços oferecidos por um modem GSM, tais como: mensagens de texto, ligar para um determinado

número de telefone, a exclusão de locais de memória, etc. Os comandos podem ser enviados por

conexão de um modem GSM para uma das portas COM do PC, digitando o comando, acrescentando

CR + LF (Carriage Return + Line Feed = \ r \ n) antes de executar.

Tabela 6: Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio de SMS.

Comando Descrição

AT+CGATT Indica se modem está ou não anexado à rede GPRS: 0 = não anexado, 1 =

anexado.Obs: não significa que o modem está conectado à rede GPRS, apenas

que o cartão SIM está habilitado a utilizá-la.

Page 49: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

49

AT+CREG Se registrar em uma rede.

AT+CSQ Solicita nível do sinal recebido.

AT+CSTT Configura APN, realiza login na rede GPRS.

AT+CIICR Conecta na rede GPRS.

AT+CDNSCFG Configura DNS.

AT+CIFSR Exibe IP da conexão.

AT+CIPSTART Conecta ao servidor.

AT+CIPSEND Envia comando ao servidor.

Fonte: Adaptado de ATMEL (2006).

Fluxograma de operação

A Figura 23 ilustra o fluxograma principal do código fonte. Primeiramente são inicializados os

parâmetros e os dispositivos do sistema. Depois o programa fica em loop, aguardando o tempo entre

leituras, que é de 30s. Então, quando sinalizado pelo timer, e efetuada a leitura do sensor (nesse

intervalo de tempo o Arduino ficou contando os pulsos medidos) e o valor lido é multiplicado por dois.

Após monta a mensagem e a envia pelo modem GSM/GPRS. O tempo de gatilho para enviar as

mensagens são configuradas no firmaware e pode variar conforme a necessidade do usuário.

Page 50: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

50

Figura 23: Fluxograma do software do sistema embarcado.

Para transmitir dados pela rede GPRS, primeiro deve-se registrar-se na rede. A partir dai os

elementos da rede passam a trocar informações e permitir a ativação dos serviços pelo MS. Denomina-

se Attach o evento de registrar-se na rede. E o comando para realizar um Attach é +CGATT. A Figura

24 contém os comandos a serem dados para realizar o registro do MS na rede GSM.

Figura 24: Execução de comandos para registrar o MS na rede GSM.

Page 51: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

51

Em seguida o MS precisa ativar um contexto PDP, para iniciar a transferência de dados. Os

endereços PDP são endereços da camada de rede (Open Standards InterConnect [OSI] Camada modelo

três). Os sistemas GPRS suportam ambos os protocolos da camada de X.25 e IP de rede. Portanto, os

endereços PDP podem ser X.25, IP, ou ambos. Cada endereço PDP está ancorado em um gateway13

GPRS Suporte Node (GGSN), como mostrado na Figura 25.

Figura 25: Ilustração da obtenção de um contexto PDP a partir do GGSN.

Fonte: Adaptado de Bates(2004).

Todo o pacote de tráfego de dados enviados a partir de rede pública de dados por pacotes para o

endereço PDP passa pelo GGSN. O público de pacotes de rede de dados está apenas preocupado que o

endereço pertence a um GGSN específico. O GGSN esconde a mobilidade da estação do resto da rede

de dados de pacote e de computadores ligados à rede pública de dados em pacotes.

Uma vez que a estação móvel esteja ligada a um SGSN e ativada a um endereço PDP, está

pronta para comunicar-se com outros dispositivos. Por exemplo, um MS pode se comunicar com um

13

Componente de rede com o objetivo de permitir a comunicação entre duas redes com arquiteturas diferente, também

compartilhar conexão com a Internet entre várias estações. Permitindo traduzir os endereços e os formatos de mensagens

presentes em redes diferentes.

Page 52: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

52

sistema de computador ligado a uma rede X.25 ou IP. O computador nem sabe que o remetente é uma

MS, Só sabe o endereço da estação móvel do PDP.

Os pacotes, como exibido na Figura 26, precisam ser encaminhados como se segue: primeira

viagem em todo o público da rede de pacote de dados para chegar ao GGSN, que ancora o endereço do

PDP. A partir daqui, o GGSN transmite os pacotes para o SGSN na qual a estação móvel está

atualmente conectada. Obviamente, os pacotes que fluem no sentido inverso devem ser encaminhados

através do primeiro SGSN e GGSN antes de ser passado para a rede pública de dados em pacotes.

Figura 26: Ilustração da transferência de pacotes, entre uma unidade móvel e um computador.

Fonte: Adaptado de Bates (2004).

A comunicação entre os nós do GPRS (GSNs) é realizada através de uma técnica conhecida

como tunelamento. Este é o processo de embrulhar os pacotes da camada de rede em outro cabeçalho

de modo que eles podem ser encaminhados através da rede de base de GPRS PLMN IP. Dentro da

rede, os pacotes são encaminhados com base no cabeçalho novo e o pacote original é carregado dentro.

Quando chegam ao outro lado da rede GPRS, eles são dobrados e continuam ao longo de seu caminho

através da rede externa. É usado tunelamento dentro do GPRS para resolver problema de mobilidade

para as redes de pacotes e ajuda a eliminar a complexa tarefa do protocolo de interoperação. IP Móvel

também faz uso de túneis para rotear pacotes para nós móveis. Em IP móvel, os pacotes são apenas

Page 53: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

53

encapsulados a partir da rede fixa para a estação móvel. Pacotes que fluem a partir do celular para nós

fixos usam roteamento normal. GPRS, pelo contrário, utiliza tunelamento em ambas as direções

(BATES, 2004).

A Figura 27 ilustra o fluxograma do código fonte ao enviar uma mensagem.

Figura 27: Fluxograma do envio de mensagem.

4.1.4 Mensagem SMS

No corpo do SMS é inserida a identificação do paciente, o tipo de sensor e o valor medido, o

layout da mensagem SMS enviada deve ser:

HTTP://endereco_servidorWEB/grava.php?idPaciente=XXXX&valor=XXXX

Onde:

Page 54: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

54

endereço_servidorWEB é a URL do site, onde são encaminhados os dados,

grava.php é o arquivo de página WEB responsável por capturar os dados via HTTP,

idPaciente é o código que identifica o paciente,

valor é o valor obtido pelo sensor conectado ao sistema embarcado,

idSensor é o código que identifica o tipo de sensor que enviou o valor (previsto para ampliação

do sistema), e

dataHora informa o dia e a hora que foi realizada a coleta do valor do sensor.

4.1.5 Servidor WEB

O servidor WEB é responsável pela recepção das informações encaminhadas pelo sistema

embarcado via protocolo GPRS, armazená-las em banco de dados e disponibilizá-las para consulta. No

servidor WEB fica o banco de dados e as páginas em PHP (HyperText Preprocessor) para realizar as

tarefas de armazenamento e pesquisa das informações enviadas pelo sistema embarcado.

4.1.6 Extração dos dados do SMS

Os SMSs enviados a página grava.php, desenvolvida em linguagem PHP, usando método GET.

Por meio desse método, os dados são obtidos no servidor e armazenados temporariamente numa

variável de contexto denominada QUERY_STRING.

Exemplo de script PHP para extrair os dados dessa variável é:

$nome_variavel = GET[„idPaciente‟];

Quando um formulário HTML utiliza o método GET, o fluxo de dados é separado do endereço

URL que chama a CGI através de um ponto de interrogação (?). Esta forma de endereçamento e

separação pode ser observada no campo de endereços do navegador do usuário, logo após o formulário

ter sido enviado:

HTTP://endereco_servidorWEB/grava.php?idPaciente=01&valor=20&idSensor=02&dataHora=20120

520.

Page 55: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

55

4.1.7 Ferramentas

Nesta seção são listadas as ferramentas utilizadas durante o desenvolvimento deste trabalho.

Software Arduino Alpha – versão 22.

Toad for MySQL 6.0 - Ferramenta que auxilia na administração e desenvolvimento de bancos

de dados MySQL. Possibilita o trabalho por abas. Desta maneira, mantém uma janela de

trabalho organizada, com cada uma das suas ações devidamente separadas nestas abas.

Microsoft Visio 2010 – Software para criação de diagramas e gestão de processos. Os

diagramas realizados com o Microsoft Visio ajudam a organizar e gerenciar melhor os

processos de trabalho.

Xampp - Servidor independente de plataforma, constitui de uma base MySQL, servidor web

Apache e interpretadores para PHP e Perl.

4.1.8 Banco de Dados

O banco de dados proposto para este projeto é o MySQL, pois é gratuito e muito empregado

junto ao PHP nas páginas WEB. As tabelas que compõem o banco são:

USUARIO nesta tabela são mantidos dados sobre as pessoas que utilizam o sistema,

tanto paciente como prestadores de serviço de saúde. É composta pelos campos apelido

(nome do usuário para identificação no sistema), senha, nome (nome completo do

usuário).

HISTORICO contem dados referentes às amostragens coletadas. Nela é encontrada

além da identificação do usuário monitorado, a data e hora da amostra, tipo de sensor e

valor medido.

SENSOR traz informações referentes ao sensor cuja amostra foi coletada, tais

como nome, descrição (um texto breve com as características do sensor) e unidade de

medida (graus para temperatura, batimentos por segundo pulso cardíaco).

MONITOR_MONITORADO relação dos usuários monitorados e seus

respectivos prestadores de serviço de saúde.

Page 56: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

56

4.2 ANÁLISE DE REQUISITOS

A seguir são descritos os requisitos funcionais e não funcionais do sistema.

4.2.1 REQUISITOS FUNCIONAIS

RF 01: O sistema embarcado deve obter o sinal de batimento cardíaco;

RF 02: O sistema embarcado deve permitir mobilidade ao usuário;

RF 03: O sistema embarcado deve transmitir os dados coletados ao servidor WEB; e

RF 03: O sistema embarcado deve ser de simples operação para o usuário.

4.2.2 REQUISITOS NÃO FUNCIONAIS

RNF 01: Conexão rede GSM;

RNF 02: Conexão rede GSM com a internet; e

RNF 03: Interpretação dos dados obtidos.

4.3 MODELAGEM DO SISTEMA

Para viabilizar esse projeto segue nesta seção a modelagem UML do Software do sistema

embarcado, arte visual da página WEB, assim como a estrutura do banco de dados.

A Figura 28 ilustra caso de uso modelado para o software do sistema embarcado. Nele consta

como atores o sensor empregado e a rede GSM. O sensor utilizado para validar este sistema é de pulso

cardíaco. A rede GSM interage com o sistema embarcado, quase que frequentemente, tanto para

administrar a sua mobilidade. Periodicamente o sistema enviará os dados.

Page 57: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

57

Figura 28: Caso de uso do software de sistema embarcado.

A Figura 29 é inspirada em Bates (2004) e ilustra o diagrama de sequências quando o modem

GSM solicita o registro na rede GSM.

Figura 29: Diagrama em sequência do registro do MS na rede GSM.

Page 58: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

58

O MS solicita registro na rede pelo comando AT+CGATT, então a BSS da região encaminha a

solicitação ao SGSN, que por sua vez realiza a locação do MS na base HLR, depois de gravado a

identificação do MS na base HLR é retornado o Ack29, confirmando que o MS está registrado nesta

área.

Toda vez que o sistema embarcado mudar de área a sequência ilustrada na Figura 30 será

realizada, para manter o sistema ligado à rede de telefonia móvel. Este processo é feito pelo modem

basta realizar o registro Bates (2004).

Figura 30: Diagrama de sequencia da troca de área.

Page 59: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

59

Para poder encaminhar mensagens de texto, o modem deve possuir um contexto PDP. A Figura

31 é inspirada em Bates (2004) e ilustra diagrama de sequencia da ativação do contexto.

Figura 31: Diagrama de sequencia da ativação de contexto PDP.

A Figura 32 ilustra o caso de uso modelado para a iteração entre os atores usuário e rede GSM

na página WEB. O usuário realiza a ação de pesquisa e a rede GSM faz a comunicação entre os dados

coletados pelo sistema embarcado e o servidor da página WEB.

Figura 32: Caso de uso da página WEB.

Page 60: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

60

A Figura 33 ilustra a estrutura de banco de dados, onde ficam armazenados os dados dos

usuários, o histórico dos valores obtidos pelo sensor, dados sobre o sensor, os usuários que estão sendo

monitorados e os que monitoram outros usuários.

Figura 33: Estrutura da base da página WEB.

A Figura 34 faz um esboço para a tela de login do portal WEB.

Figura 34: Esboço da tela de login para o portal WEB.

4.4 DETALHAMENTO DO DESENVOLVIMENTO

Desde o inicio desejava-se o emprego do AVR neste projeto e o Arduino UNO, além do

modem GPRS. Nesse sentido, não houve mudança nas tecnologias empregadas. O que levou mais

tempo foi a definição de que tipo de sensor de pulsos cardíacos seria utilizado.

Inicialmente foi feita uma pesquisa em livros que tratassem do mesmo assunto deste projeto.

Foi de grande utilidade o livro Experimentos com Arduino (SILVEIRA, 2011). Com esta referência foi

possível desenvolver o circuito elétrico e software para o sensor fotopletismógrafo. A segunda

Page 61: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

61

dificuldade foi em relação ao modem, mas ao comprar o modulo SIM900D obteve-se junto um código

fonte explicativo sobre o funcionamento do mesmo, o qual facilitou a integração ao sistema.

Assim que testados separadamente o servidor, o modem SIM900D e sensor de batimentos

cardíacos, então iniciou-se a fase de integração, entre eles. Nesta fase surgiu um problema, pois o pino

de interrupção utilizado pelo sensor de batimentos cardíacos era o mesmo que fazia comunicação com

o modem SIM900D. A solução encontrada foi ao invés de utilizar a interrupção para somar os pulsos

do sensor foi utilizado um pino de entrada analógica (14) e foi alterado o código fonte.

4.5 RESULTADOS

Para validar o projeto foram realizados experimentos de comunicação entre sensor e o Arduino,

entre o Arduino e o modem SIM900D, entre o modem SIM900D e a rede GSM, e entre a rede GSM e

o servidor WEB.

O primeiro teste realizado foi utilizando o circuito ilustrado na Figura 35 (ver o código fonte na

Figura 38). Após funcionar a interface com o sensor de pulsos cardíacos, foi comparada sua leitura

com a de um medidor de batimentos cardíaco comercial, com resultados satisfatórios, pois obteve-se

uma diferencia máxima de dois batimentos por leitura. Porém, salienta-se que ainda não foi realizada

uma análise estatística.

Figura 35: Foto do circuito elétrico do sensor de pulso arterial por fotopletismografia.

Page 62: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

62

Figura 36: Componentes da primeira versão do sistema.

Figura 36 ilustra as componentes da primeira versão do sistema.

Nesta nova versão foi empregado o módulo PulseSensor. Na Figura 37 é mostrado o esquema

técnico do hardware deste novo sensor. Devido ao novo sensor o código fonte do sistema embarcado

passou por alguns ajustes. O fornecedor do módulo PulseSensor disponibiliza código de interrupção

que executa a cada 2ms e deve incorporar código fonte do sistema embarcado.

Page 63: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

63

Figura 37: Circuito elétrico do novo sensor de pulso arterial por fotopletismografia.

Figura 38: Código fonte do Arduino para testar o sensor.

Figura 38 mostra código fonte, utilizado para realizar leitura do sensor da nova versão do

sistema embarcado utilizando o módulo sensorPulse.

Page 64: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

64

A Figura 39 mostra as leituras obtidas pelo módulo sensorPulse, a tela pertence ao monitor

serial da IDE do Arduino UNO.

Figura 39: Hiperteminal mostrando as batimentos medidos.

Para validar o envio de SMS para a página foi criada uma página PHP que recebe pelo método

GET o índice (valor que identifica o usuário) e o valor (contém a quantidade de batimentos por minuto

do usuário). A Figura 42 ilustra o código desta seção do programa.

Figura 41: Componentes da segunda versão do sistema, com sensor novo.

Page 65: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

65

Figura 42: Código fonte do Arduino para testar o envio de dados pela rede GPRS.

O teste do modem permitiu enviar comandos AT-Command, cujo objetivo final era enviar uma

mensagem para a página WEB, a qual foi recebida com sucesso. Na primeira versão, vinte leituras são

enviadas a cada dez minutos. Na Figura 43 é possível ver os dados coletados e mostrados na tela do

portal.

Figura 43: Tela contendo os dados coletados pelo sistema.

Page 66: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

66

O projeto atingiu seu escopo, pois realiza a leitura dos batimentos cardíacos (mensura a

quantidade de batimentos por minutos) e disponibiliza em uma página WEB desenvolvida para tal fim,

mas ainda fica distante em comparação a outros trabalhos similares em relação ao número de sinais

físicos mensurados. Salienta-se, no entanto, que existe a possibilidade de agregar outros sensores e

funcionalidades ao sistema.

4.5.1 Custo

Alguns itens do projeto não tiveram custos, por exemplo foi utilizado um serviço de

hospedagem gratuita no servidor onde fica hospedada a página da aplicação. A Tabela 7 ilustra os

valores das outras componentes do sistema.

Tabela 7: Preços dos componentes utilizados na primeira versão do protótipo.

Componente Valor unitário Quantidade Valor total

Arduino UNO 69,00 1 69,00

SIM900D 199,00 1 199,00

Resistores 0,25 6 1,50

Capacitores 1,10 4 4,40

Led 1,50 2 3,00

LDR 6,00 1 6,00

Potenciômetro 14,00 1 14,00

CI LM328 13,00 1 13,00

Total 17 309,90

Tabela 8: Preços dos componentes utilizados na segunda versão do protótipo.

Componente Valor unitário Quantidade Valor total

Arduino UNO 69,00 1 69,00

SIM900D 199,00 1 199,00

PulseSensor 98,00 1 98,00

Total 17 309,90

Page 67: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

67

5 CONCLUSÕES

Buscou-se com este trabalho de conclusão de curso elaborar concepção teórica e prática de um

sistema capaz de mensurar o pulso cardíaco, enviando as leituras, via protocolo GPRS a um servidor

WEB, onde as frequências coletadas são armazenadas e disponibilizadas ao usuário do sistema. A

informação pode ser acessada em qualquer dispositivo com acesso a internet. Ao analisar os trabalhos

correlatos, foi encontrado muito material sobre este assunto inclusive material técnico, possibilitando

vislumbrar diferentes formas de solução e diferentes plataformas de desenvolvimento.

Em relação ao sensor de pulso cardíaco foram encontradas outras formas para medir a

frequência dos batimentos, mas os sensores comumente usados são basicamente dois: por piezoelétrico

ou fotopletismógrafo. Neste trabalho foi usado o fotopletismógrafo, mostrou-se confiável nas leituras e

seu tamanho facilita a mobilidade.

Para comunicação GPRS teve o emprego do modulo SIM900D. Este modulo já vem pronto

para conectar ao Arduino UNO. Teve como dificuldade encontrar região com boa conectividade para

encaminhar os comandos AT, é necessário um nível de sinal maior que 24 e um bom serviço por parte

da operadora.

O site foi desenvolvido em PHP, utilizando o Dreamweaver e o banco é MySql. Foi instalado o

Xampp para testar o site antes de ir para o servidor.

Também foi implementado o envio dos batimentos medidos através do serviço SMS.

Teve como resultado a leitura dos batimentos cardíacos com uma margem de erro de 2%,

encaminhou comando para o portal WEB e encaminhou SMS contendo um pacote de 10 leituras de

pulsos cardíacos, o tamanho do protótipo não foi satisfatório, mas removendo as peças desnecessárias

torna-se um hardware 50% menor que o atual.

5.1 TRABALHOS FUTUROS

Este trabalho possibilita o uso do protocolo GPRS no monitoramento e controle remoto para

diversas aplicações. Embora restrito à leitura de um único sensor, existe a possibilidade de acrescentar

novos sensores e também encaminhar mensagens para celulares. Também o gerenciamento da

quantidade de dados e do intervalo entre envios é algo a ser definido em trabalhos futuros.

Page 68: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

68

Page 69: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

69

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AMARAL, Nilcéia Noli; CUNHA, Márcia C. B; LABRONICI, Rita H. D. D; OLIVEIRA, Acary S.

B.; GABBAI Alberto Alain. Assistência Domiciliar à Saùde (Home Health Care). Revista

Neurociências, São Paulo, P. 111-117, Set. 2001.

ANS, Agência Naciona de Saúde Suplementar. Padrão para Troca de Informação de Saúde

Suplementar – TISS. 2007, Disponível em: http://www.ans.gov.br/espaco-dos-prestadores/tiss.

Acessado em 29 abril 2012.

ANTONIO, Henrique de Freitas, Educação Física na Mente,

Disponível em: http://educacaofisicanamente.blogspot.com.br/2012/04/frequencia-cardiaca.html

Acessado em 03 de novembro de 2014.

ATMEL, MANUAL - AVR323: Interfacing GSM modems, Disponível em: atmel.com/literature,

acessado em 15 junho de 2012, ano publicação 2006.

BAGGIO, Maria Aparecida; ERDMANN Alacoque L.; SASSO Grace T. M. Dal. Cuidado Humano e

Tecnologia na Enfermagem Contemporânea e Complexa. Texto & contexto enfermagem. 2009.

Disponível em: www.scielo.br/pdf/tce/v19n2/21.pdf. Acessado em 10 de maio de 2012.

BATES, Regis J. Bud, GPRS General Packet Radio Service, The McGraw-Hill Companies,

Publicado em: 2004.

BHATTACHARYA, J., Kanjilal, P.P., Muralidhar, V. Analysis and characterization of photo-

plethysmographic signal. Biomedical Engineering, IEEE Transactions. Volume: 48, 01/2001.

BRAGA, Newton Carvalho. Sensores para Projetos Médicos. Revista Saber Eletrônica. Edição

424, Editora: Saber, São Paulo, 2008a.

BRAGA, Newton Carvalho. Aquisição de Dados. Revista Saber Eletrônica, Edição 425, Editora:

Saber, São Paulo, 2008b.

BRAGA, Newton Carvalho. Sensores para Projetos Médicos. Revista Saber Eletrônica. Edição 424,

Editora: Saber, São Paulo, 2008c.

BRAGA, Newton Carvalho. Aquisição de Dados. Revista Saber Eletrônica, Edição 425, Editora:

Saber, São Paulo, 2008d.

COSTA, Marcelo. Intel Embedded Solutions. Revista Saber Eletrônica, Edição 401, Editora: Saber,

BRASIL, 06/2006.

CUNHA, Alessandro F., Sistemas Embarcados. Revista Saber Eletrônica, Edição 414, Editora:

Saber, São Paulo, 2007.

CUNHA, Roberto Luiz R., Aquisição de dados CompactDAQ. Revista Saber Eletrônica, Edição 404,

Ano 42, 2006a.

CUNHA, Roberto Luiz R., Aquisição de dados CompactDAQ. Revista Saber Eletrônica, Edição 405,

Ano 42, 2006b.

Page 70: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

70

EVANGELISTA, Solange S. M., Angiologia e cirurgia vascular: guia ilustrado Pitta GBB, Castro

AA, Burihan E, Maceió: UNCISAL/ECMAL & LAVA, 2003.

FORD, Sala de Imprensa. FORD e MICROSOFT firmam parceria para criar carros que cuidam

da saúde do motorista. 2012. Disponível em: ford.com.br/sala_imprensa_noticia.asp?id_noticia=713.

Acessado em 16 de junho de 2012.

GONÇALVES, Paulo Rui Pires, Monitoração Remota de Pacientes em Ambulatório. Universidade de

Fernando Pessoa, 30 de Dezembro de 2008.

ITUNES, Itunes Preview. Gazelle - Mobile Health Application. Disponível em:

itunes.apple.com/us/app/gazelle-mobile-health-application/id385975955?mt=8&ignmpt=uo%3D2.

Acessado em 02 de agosto de 2012.

JABRA, Jabra Sport Pulse Wireless. Jabra Sport Pulse Wireless. Disponível em:

jabra.com/Products/Bluetooth/JABRA_Sport_Pulse_Wireless/Jabra_Sport_Pulse_Wireless. Acessado

em 31 de outubro de 2014.

LANDRO, Laura. U.S. Plan Would Boost Acess to Last Result. 2011. Disponível em:

online.wsj.com/article/SB10001424053111903374004576580731136618202.html. Acessado em 23 de

05 de 2012.

LIMA, Michele Nogueira, Saúde Móvel, 2010, 1ª Edição.

MCROBERTS, Michael, Arduino Básico, Editora Novatec, 2011.

ME, Componentes e Equipamentos Eletrônicos Ltda, Módulo GSM/GPRS SIM900D Disponível em:

http://www.mecomp.com.br/sim900d.html. Acessado em 16 novembro 2012.

MOULY, M. Curso básico de GSM, Agilant Tecnologies, 16/10/2007 Disponível:

www.oficinadanet.com.br/apostilas/detalhe/457/gsm. Acesso em: 04/05/2012.

MOTOROLA, A Wireless Network That Improves Care Today And Lays The Foundation For

Tomorrow, Acessado em:

www.motorola.com/web/Business/Products/Mobile%20Computers/Handheld%20Computers/MC70/_

Documents/Static%20Files/CaseStudy_Sunnybrook_New.pdf, Ano publicação: 2011, Último acesso

em 23/05/2012.

MURPHY, Joel M., Gitman Yury, PULSESENSOR: Open Hardware Disponível em

pulsesensor.com, acessado em 20/08/2014.

MYQUEST, Quest Diagnostics, My Health: Secured by MyQuest. Disponibilizado em:

https://myquest.questdiagnostics.com/web/appts. Acessado em 14/08/2014.

MYGAZELLE. Quest Diagnostics and Withings announce availability of integrated WiFi weight

tracking for the Gazelle mobile health platform. 2011. Disponibilizado em:

http://mygazelleapp.com/news/quest-diagnostics-and-withings-announce-availability-of-integrated-

wifi-weight-tracking-for-the-gazelle-mobile-health-platform/. Acessado em 01/09/2012.

Page 71: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

71

NATIONAL, National Instruments, O que é a Tecnologia DAQ, Disponivel em:

http://www.ni.com/white-paper/8734/pt, Publicado em 20/12/2011, Acessado em: 14/05/2012.

OLIVEIRA, Victor Hugo Freitas. Desenvolvimento de um Sistema de Telemetria Remota. UFRN -

Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia da Computação e Automação, Natal, junho de

2009.

OMS, Organização Mundial da Saúde, Constituição da Organização Mundial da Saúde. Disponivel

em: apps.who.int/gb/bd/PDF/bd47/EN/constitution-en.pdf. Publicada em julho/1946

PEREIRA, Fábio. PIC programação em C. Edição 1ª. Editora Érica, Ano 2003.

PIROTTI, Rodolfo Pedó, Marcos Zuccolotto. Transmissão de dados através de telefonia celular,

Revista Liberato, Volume 10, número 14, páginas 187-199, Novo Hamburgo, dezembro de 2009.

RANCK, Jody, Connected Health: How Mobile Phones, Cloud and Big Data Will Reinvent

Healthcare. 2008.

RHEE, Man Young, Mobile Communication Systems and Security - Global System for Mobile

Communications, Publicado em 06/04/2009

SALES, Fernando Lopes Cavalcante. Projeto Repetidor Indoor: Conceitos e Recomendações,

TELECO – Inteligência em telecomunicações, Publicação em 06/11/2006. Disponível em:

www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialrepindoor/pagina_4.asp, Acessado em 26/08/2012.

SAMSUNG, Samsung galaxy S5, Dispositivos do Samsung galaxy S5 - S Health, Disponivel em:

samsung.com/au/galaxys5/features.html, Publicado em 15/01/2014, Acessado em: 07/09/2014.

SANTOS, Marcelo Diogo. Apostila Sistemas de Comunicação: Telecomunicações, ENSITEC,

Publicação em 28/09/2010. Disponível em: pt.scribd.com/doc/7001217/Apostila-Sistemas-de-

Comunicacao, Acessado em 25/04/2012.

SILVA, Siony, Reflexões Sobre Health 2.0, Revista Geintec, Instituto Federal de Educação, Ciência e

Tecnologia de São Paulo – IFSP –SP– Brasil, São Cristóvão/SE – 2011.

SILVEIRA, João Alexandre, Experimentos com o Arduino, São Paulo 2011, 1ª Edição, Editora

Ensino Profissional.

SOARES, Márcio José, Comunicação RS232. Revista Saber Eletrônica, Editora: Saber, São Paulo,

junho de 2008.

SOUZA, David José. Desbravando o PIC. Edição 4ª. Editora Érica, 2004.

SVERZUT, José Umberto, Redes GSM, GPRS, EDGE e UMTS – Uma evolução a caminho da

terceira geração (3G), Ed Érica, 2005.

TAVARES, Reginaldo, Débora Motta Rafael Mallmann e João Oliveira, ATmega8515, Universidade

Estadual do Rio Grande do Sul, Guaíba, 2005.

WEMECK, Pedro, Introdução ao Arduino. Revista Saber Eletrônica, Edição 437, junho de 2009.

Page 72: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

72

APÊNDICE A – CÓDIGO FONTE ARDUINO

Neste apêndice é mostrado código empregado no sistema embarcado.

Figura 44: Rotina de envio do SMS contendo a frequência cardíaca.

Na rotina enviaSMS Figura 44. A freqüência cardíaca é concatenada com a mensagem SMS e

enviada via comandos AT para o número do usuário.

Figura 45: Cabeçalho do código fonte do sistema embarcado.

A Figura 45 mostra as variáveis utilizadas durante a interrupção e no corpo principal do

software.

Page 73: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

73

Figura 46: Rotina de inicialização do sistema (setup) e rotina principal (loop).

As rotinas setup e loop ambas visualizadas na Figura 46 são responsáveis por configurar o

hardware e a segunda fica repetindo indefinidamente, chamando a rotina freqüência (ver Figura 48).

Figura 47: Rotina de inicialização do sistema (setup) e rotina principal (loop).

Na rotina enviaPagina Figura 47. A frequência cardíaca é concatenada ao método GET e

encaminhado por conexão TCP ao portal.

Page 74: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

74

Figura 48: Rotina de inicialização do sistema (setup) e rotina principal (loop).

Na rotina frequencia visualizada na Figura 48 é chamado as rotinas que enviam o SMS e o comando

GET para a página.

Page 75: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

75

Figura 49: Cabeçalho do código fonte do sistema embarcado.

Page 76: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

76

Vem acompanhado do módulo pulseSensor fonte de leitura, trata-se de uma interrupção.

mostrado na Figura 49, trata-se de um código de interrupção (ISR).

Page 77: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

77

APÊNDICE B – CÓDIGO FONTE DO PHP

Este apêndice mostra os arquivos e os respectivos scripts contidos em cada um. Segue uma

breve explicação sobre cada arquivo PHP.

Figura 50: Script contido no arquivo executa.php.

Contém rotina mysqlexeuta responsável por executar SQL na base do MySQL.

Figura 51: Script contido no arquivo grava.php.

Extrai os dados enviados pelo método GET e monta script SQL de inclusão.

Page 78: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

78

Figura 52: Script contido no arquivo index.php.

Redireciona o navegador para a tela de login do sistema.

Figura 53: Script contido no arquivo telaLogin.php.

Page 79: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

79

Tela com os campos Usuário e Senha que devem ser preenchidos pelo usuário, para assim ter

acesso aos dados

Figura 54: Script contido no arquivo telaMostraDados.php.

Tela contendo as informações do usuário logado.

Figura 55: Script contido no arquivo uBanco.php.

Arquivo responsável por estabelecer conexão com o banco.

Page 80: Modelo de TCC para o Curso de Ciência da …siaibib01.univali.br/pdf/Ivano da Silva Lobo Filho.pdfv LISTA DE TABELAS Tabela 1. Lista de comandos AT-Command Set, utilizados para envio

80

Figura 56: Script contido no arquivo uLogin.php.

Arquivo responsável por validar login do usuário.