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Université islamique du Liban Faculté de génie Département biomédical BME 2006/2007
Projet de fin d’études Tensiomètre Electronique
Réalisé par : Ahmad Chaddad
Membres de jury :
1- Dr Mohamad Khalil
2- Dr Mahmoud Maasarani
3- Ing Imad Issa
4- Ing Lina El Khansa
Juillet 2006
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Tables des matières :
• Introduction …………………………………………………………………..… 5
• Chapitre I : Le cœur humain, pressions et anomalies ……………………….. 6-23
• I.1 – Structure ………………………………………………………..…7-9
• I.2 – La révolution cardiaque ……………………………………….... 9-11
• I.3 – Systole ………………………………………………………… 11-12
• I.4 – Diastole …………………………………………………………… 12
• I.5 - Régulation du cycle cardiaque ……………………………...… 12-13
• I.6 – Hypertension artérielle …………………………………...…… 13-20
• I.6.1 – Définition …………………………………………… 13-14
• I.6.2 - Chiffres limites des différents niveaux d'hypertension …. 15
• I.6.3 – Causes ………………………………………………...15-19
• I.6.4 – Les complications ………………………………….... 19-20
• I.7 – Hypotension artérielle ……………………………………….... 20-21
• I.7.1 – Symptômes …………………………………………...… 20
• I.7.2 – Etiologies …………………………………………….… 21
• I.8 – Pression artérielle …………………………………...………… 21-23
• I.8.1 – Facteurs physiologiques ……………………..……… 21-23
• Chapitre II : Sphygmomanomètre ou tensiomètre électronique ………...….. 24-29
• II.1 – Mesure des pressions systolique et diastolique ………………. 25-26
• II.2 – Protocole d’utilisation …………………………………...…… 26-27
• II.3 – Tensiomètre ………………………………………………..… 27 -28
• II.4 – Mesure la pression sanguine ………………………………..... 28-29
• Photo de notre projet ………………………………………………..… 29
• Chapitre III : Les composants ………………………………………………. 30-41
• III.1 – Bloc diagramme ………………………………………………… 31
• III.2 – Bouton ………………………………………………………...… 31
• III.3 – MCU ……………………………………………………………. 32
• III.4 – LCD …………………………………………………………….. 33
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• III.5 – Moteur + système pneumatique + valve ………………………... 33
• III.6 – MMC ……………………………………………………..…. 34-37
• III.6.1 – Caractéristiques ………………………………….... 34-35
• III.6.2 – Mode SPI ………………………………………..… 35-36
• III.6.3 – Mode SPI ; définition des épingles …………………… 36
• III.6.4 – Concept d’interface de SPI ……………………...… 36-37
• III.7 – Capteur de pression …………………………………..…...… 37-38
• III.7.1 – Caractéristiques d’opération ………………………….. 38
• III.8 – Amplificateur DC ………………………………………….... 39-40
• III.8.1 – Caractéristiques ……………………………………..… 40
• III.8.2 – Applications …………………………………………... 40
• III.9 – Les filtres ……………………………………………………….. 41
• Chapitre IV : Circuits électroniques et programmation ……………………. 42-60
• IV.1 – Circuit analogue …………………………………………..… 43-44
• IV.2 – Filtres passe bande ………………………………………..… 45-46
• IV.3 – Stade de couplage ………………………………………………. 46
• IV.4 – Connections du moteur et de la valve avec le MCU ………….... 47
• IV.5 – Connections de la carte MMC avec le MCU …………………… 48
• IV.6 – Alimentation ………………………………………...…….... 48-49
• IV.6.1 – Caractéristiques ………………………………………. 49
• IV.7 – L’organigramme …………………………………..………... 50-52
• IV.7.1 – Mesure de la pression systolique …………..…...… 51-52
• IV.7.2 – Mesure de la pression diastolique …………………….. 52
• IV.8 – Code CCS …………………………………………………… 52-63
• Conclusion……………………………………………………………….……... 64
• Références ……………………………………………………………….…...… 65
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Introduction
Dans le cadre d’améliorer et faciliter la méthode d’utilisation des équipements médicaux
dans les hôpitaux, l’UIL propose un projet de fin d’étude, intitulé : Tensiomètre
électronique.
L’objectif de ce projet est la fabrication d’un sphygmomanomètre électronique capable
d’effectuer des mesures de pression systolique et diastolique avec affichage sur un écran
LCD et enregistrement sur MMC.
La démarche que nous avons retenue repose sur une analyse qualitative et quantitative
d'un procédé de fabrication d’un sphygmomanomètre électronique. Dans un premier
chapitre, nous procédons à une étude sur les pressions du cœur humain et leurs
anomalies. Dans un deuxième chapitre, nous présentons, une étude bibliographique
traitant le sphygmomanomètre. Les composants électroniques de la machine qui ont été
fabriqué sont exposés dans le troisième chapitre.
Le quatrième chapitre traite l’acquisition des circuits électroniques et programmation. En
effet ce chapitre est centré sur la fabrication des circuits électronique et de leurs
programmations.
En conclusion, nous suggérons quelques voies de recherche possibles pour poursuivre ce
travail tant sur le plan méthodologique que sur le plan des applications.
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Le cœur humain, pressions et
anomalies
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Le cœur est un organe creux et musculaire qui assure la circulation du sang en pompant le
sang par des contractions rythmiques vers les vaisseaux sanguins et les cavités du corps.
Le cœur est le centre du système circulatoire.
I.1 - Structure :
Dans le corps humain, le cœur se situe dans le médiastin. C'est la partie médiane de la
cage thoracique délimitée par les deux poumons, le sternum et la colonne vertébrale. Il se
trouve un peu à gauche du centre du thorax, en arrière du sternum, sur le diaphragme.
C'est un organe creux mû par un muscle, le myocarde, et enrobé du péricarde
(pericardium) ; il est entouré par les poumons. (Figure 1)
Le cœur mesure de 14 à 16 cm et son diamètre de 12 à 14cm. Sa taille est d'environ 1.5
fois la taille du poing fermé de la personne. Son volume vaut environ 50 à 60cm³. Un peu
moins gros chez la femme que chez l'homme, il mesure en moyenne chez celui ci 105mm
de largeur, 98mm de hauteur, 205mm de circonférence. Le cœur d'un adulte pèse de 300
à 350 grammes. Ces dimensions sont souvent augmentées dans les affections cardiaques.
Il consiste en quatre chambres, appelées cavités cardiaques : les atria ou oreillettes en
haut, et les ventricules en bas.
Figure 1
8
Un mur musculaire épais, le septum, divise l'atrium et le ventricule gauche de l'atrium et
le ventricule droit, évitant le passage de sang entre les deux moitiés du cœur. Des valves
entre les oreillettes et les ventricules assurent le passage unidirectionnel coordonné du
sang depuis les atria vers les ventricules. L'organe central de la circulation sanguine est,
en réalité, composé de deux cœurs accolés l'un a l'autre, mais cependant totalement
distincts l'un de l'autre : un cœur droit dit veineux (ou segment capacitif), et un cœur
gauche dit artériel (ou segment résistif). Les ventricules ont pour fonction de pomper le
sang vers le corps ou vers les poumons. Leurs parois sont plus épaisses que celles des
atria, et la contraction des ventricules est plus importante pour la distribution du sang.
(Figure 2)
1. Oreillette droite
2. Oreillette gauche
3. Veine cave supérieure
4. Aorte
5. Artère pulmonaire
6. Veine pulmonaire
7. Valve mitrale (auriculo-
ventriculaire)
8. Valve aortique
9. Ventricule gauche
10. Ventricule droit
11. Veine cave inférieure
12. Valve tricuspide (auriculo-
ventriculaire)
13. Valve sigmoïde
(pulmonaire)
Du sang appauvri en oxygène par son passage dans le corps entre dans l'atrium droit par
trois veines, la veine cave supérieure (vena cava superior), la veine cave inférieure (vena
Figure 2
9
cava inferior) et le sinus coronaire. Le sang passe ensuite vers le ventricule droit. Celui-ci
le pompe vers les poumons par l'artère pulmonaire (arteria pulmonalis).
Après avoir perdu son dioxyde de carbone aux poumons et s'y être pourvu d'oxygène, le
sang passe par les veines pulmonaires (venae pulmonales) vers l'oreillette gauche. De là
le sang oxygéné entre dans le ventricule gauche. Celui-ci est la chambre pompant
principale, ayant pour but d'envoyer le sang par l'aorte (aorta) vers toutes les parties du
corps sauf les poumons.
Le ventricule gauche est bien plus massif que le droit parce qu'il doit exercer une force
considérable pour forcer le sang à traverser tout le corps contre la pression corporelle,
tandis que le ventricule droit ne dessert que les poumons. Bien que les ventricules se
trouvent en bas des atria, les deux vaisseaux par lesquels le sang quitte le cœur (l'artère
pulmonaire et l'aorte) se trouvent en haut du cœur.
La paroi du cœur est composée de muscle qui ne se fatigue pas. Elle consiste en trois
couches distinctes. La première est l'épicarpe (epicardium) qui se compose d'une couche
de cellules épithéliales et de tissu conjonctif. La deuxième est l'épais myocarde
(myocardium) ou muscle cardiaque. À l'intérieur se trouve l'endocarde (endocardium),
une couche additionnelle de cellules épithéliales et de tissu conjonctif. Le cœur a besoin
d'une quantité importante de sang, offerte par les artères coronaires (dont la circulation
est dite diastolique) gauche et droite (arteriae coronariae), des embranchements de
l'aorte.
I.2 - La révolution cardiaque
Le cœur possède une fréquence d'impulsion au repos de 60 à 80 battements pour un débit
de 4,5 à 5 litres de sang par minute. Chaque battement du cœur entraîne une séquence
d'événements collectivement appelés la révolution cardiaque. Celle-ci consiste en trois
étapes majeures : la systole auriculaire, la systole ventriculaire et la diastole. Au début du
cycle cardiaque le sang remplit les oreillettes droites et gauches grâce aux veines caves et
pulmonaires.
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• Au cours de la systole auriculaire, les oreillettes se contractent et éjectent
du sang vers les ventricules (remplissage actif). Une fois le sang expulsé des
oreillettes, les valves auriculo-ventriculaires entre les oreillettes et les ventricules
se ferment. Ceci évite un reflux du sang vers les oreillettes. La fermeture de ces
valves produit le son familier du battement du cœur. (Figure 3)
• La systole ventriculaire implique la contraction des ventricules, expulsant
le sang vers le système circulatoire. Une fois le sang expulsé, les deux valves
sigmoïdes - la valve pulmonaire à droite et la valve aortique à gauche - se
ferment. Ainsi le sang ne reflue pas vers les ventricules. La fermeture des valvules
sigmoïdes produit un deuxième bruit cardiaque plus aigu que le premier. Pendant
cette systole les oreillettes maintenant relâchées, se remplissent de sang. (Figure
4)
Figure 3
Figure 4
11
• Enfin, la diastole est la relaxation de toutes les parties du cœur, permettant
le remplissage (passif) des ventricules et l'arrivée de nouveau sang.
Le cœur passe 1/3 du temps en systole et 2/3 en diastole. L'expulsion rythmique du sang
provoque ainsi le pouls que l'on peut tâter.
I.3 - Systole
La systole est la contraction des chambres du cœur. L'adjectif correspondant est
systolique. Les quatre chambres du cœur connaissent une systole et une diastole pour que
le sang soit propulsé à travers le système cardio-vasculaire. Lors de la systole, les
ventricules, remplis lors de la diastole, se contractent mais sans changer de volume, c'est
la contraction iso-volumétrique. Celle-ci permet d'augmenter la pression (voir Valeurs
Normales) des cavités ventriculaires, et quand les valves s'ouvrent le sang est envoyé
dans les artères : c'est l'éjection systolique. On appelle Volume Télésystolique (VTS) le
volume sanguin restant dans le ventricule gauche au temps de contraction maximum,
après les phases d'éjection systolique et de relaxation iso-volumétrique. Ce volume
normal est de 55 ml.
Valeurs Normales :
• Pression moyenne dans l'atrium droit : 3 mm Hg
• Pression maximale dans le ventricule droit : 18 mm Hg
• Pression minimale dans le ventricule droit : 4 mm Hg
• Pression maximale dans l'artère pulmonaire : 18 mm Hg
• Pression minimale dans l'artère pulmonaire : 8 mm Hg
• Pression moyenne dans l'artère pulmonaire : 12 mm Hg
• Pression moyenne dans les capillaires pulmonaires : 8 mm Hg
• Pression moyenne dans l'atrium gauche : 8 mm Hg
• Pression maximale dans le ventricule gauche : 130 mm Hg
• Pression minimale dans le ventricule gauche : 80 mm Hg
12
• Pression maximale dans l'aorte (dite systolique): 130 mm Hg. Définit le
premier nombre de la tension artérielle. Communément exprimée en cm Hg, on
obtient donc 13.
• Pression minimale dans l'aorte (dite diastolique): 80 mm Hg. Définit le
second nombre de la tension artérielle. On parlera ici d'une tension à 13/8.
• Pression moyenne dans l'aorte : 95 mm Hg
• La pression systolique aortique normale est comprise entre 120 et 140 mm
Hg. Cette dernière devient pathologique si elle dépasse 140 mm Hg. On parle
alors d'Hypertension Artérielle (HTA)
• Volume Télé systolique : 55 ml
I.4 - Diastole
La diastole est la période au cours de laquelle le cœur se relâche après s'être contracté. On
parle de diastole ventriculaire quand les ventricules se relâchent, et de diastole auriculaire
lorsque les oreillettes se relâchent. Au cours de la diastole ventriculaire, la pression dans
les ventricules (gauche et droit) s'abaisse par rapport au pic qu'elle avait atteint au cours
de la systole. Lorsque la tension du ventricule gauche s'abaisse en dessous de celle de
l'oreillette gauche, la valvule mitrale s'ouvre, et le ventricule gauche se remplit du sang
qui s'était accumulé dans l'oreillette gauche.
I.5 - Régulation du cycle cardiaque
Le muscle cardiaque est 'myogénique'. Ceci veut dire qu'à la différence du muscle
squelettique, qui a besoin d'un stimulus conscient ou réflexe, le muscle cardiaque s'excite
lui-même. Les contractions rythmiques se produisent spontanément, bien que leur
fréquence puisse être affectée par des influences nerveuses ou hormonales telles
l'exercice ou la perception de danger.
La séquence rythmique des contractions est coordonnée par une dépolarisation (inversion
de la polarité électrique de la membrane par passage actif d'ions à travers celle-ci) du
nœud sinusal ou nœud de Keith et Flack (nodus sinuatrialis) situé dans la paroi
13
supérieure de l'atrium droit. Le courant électrique induit, de l'ordre du microvolt, est
transmis dans l'ensemble des oreillettes et passe dans les ventricules par l'intermédiaire
du nœud auriculo-ventriculaire. Il se propage dans le septum par le faisceau de His ,
constitué de fibres spécialisées appelées fibres de Purkinje et servant de filtre en cas
d'activité trop rapide des oreillettes. Les fibres de Purkinje sont des fibres musculaires
spécialisées permettant une bonne conduction électrique, ce qui assure la contraction
simultanée des parois ventriculaires. Ce système électrique explique la régularité du
rythme cardiaque et assure la coordination des contractions auriculo-ventriculaires. C'est
cette activité électrique qui est analysée par des électrodes posées à la surface de la peau
et qui constitue l'électrocardiogramme ou ECG.
Battement du cœur :
Etre humain 60-100 fois par minute
I.6 - Hypertension artérielle
L’hypertension artérielle, ou HTA, est définie par une pression artérielle trop élevée. Le
patient porteur d'une HTA est un hypertendu.
I.6.1 - Définition :
La pression artérielle doit être mesurée en position assise ou allongée, après 5 à 10
minutes de repos. Les valeurs doivent être retrouvés élevées à trois occasions différentes
pour qu'on puisse parler d'hypertension artérielle (ou HTA). Le médecin mesure deux
nombres :
• celui de la pression artérielle systolique ou PAS qui reflète la pression lors de la
contraction du ventricule gauche (systole),
• la pression artérielle diastolique ou PAD qui reflète la pression lors de la
relaxation du ventricule gauche (diastole)
• une pression artérielle moyenne se calcule à partir des deux premiers.
14
Les mesures s'expriment en centimètre ou en millimètre de mercure (Hg).
La tension artérielle est considérée comme précédant une hypertension artérielle pour des
valeurs de la pression artérielle systolique comprises entre 120 et 139 mm Hg et/ou de la
pression artérielle diastolique comprises entre 80 et 89 mm Hg.
La notion d'hypertension artérielle limite n'existe plus.
• Si des valeurs augmentées ne sont retrouvées qu'occasionnellement, on parle alors
d'HTA labile qui ne nécessite alors qu'une simple surveillance, éventuellement
accompagnée de mesures hygiéno-diététiques.
• On parle d'effet blouse blanche si la tension est élevée au cabinet du médecin et
normale dans la vie de tous les jours. Cette augmentation de la pression est
secondaire au stress de la consultation et n'est pas anormale.
Cette définition de l'hypertension artérielle repose en fait sur "l'acceptabilité" d'un risque
plutôt que sur la "normalité" d'une valeur. L'hypertension artérielle n'est donc pas une
maladie mais représente un facteur de risque qui, s'il est traité, permet d'éviter, dans une
certaine mesure, des complications. Le risque augmente avec l'élévation de la tension
artérielle et il est souhaitable d'avoir des chiffres tensonniels le plus bas possible.
Cependant, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a fixé des seuils, en tenant compte
à la fois des risques tensionnels et des inconvénients liés aux traitements.
Une tension est donc considérée comme normale :
• si la pression artérielle systolique est inférieure à 140 millimètre de mercure (Hg),
• et si la pression artérielle diastolique est inférieure à 90 mm Hg.
15
I.6.2 - Chiffres limites des différents niveaux d'hypertension :
PRESSION SYSTOLIQUE PRESSION DIASTOLIQUE
HTA sévère > 180 mm Hg > 110 mm Hg
HTA stade 2 > 160 mm Hg > 100 mm Hg
HTA stade 1 > 140 et < 159 mm Hg > 90 et < 99 mm Hg
pré HTA 3 > 120 et < 139 mm Hg > 80 et <89 mm Hg
I.6.3 - Causes :
1. Dans 90% des cas, l'hypertension artérielle est dite essentielle : aucune cause
connue ne peut être retrouvée dans ce cas.
2. Dans 10% des cas, l'hypertension artérielle est secondaire : plusieurs causes
peuvent être à l'origine d'une hypertension, certaines étant curables de façon
définitive :
Causes rénales : 4%
1. Insuffisance rénale (secondaire à une polykystose rénale, une glomérulonéphrite,
une pyélonéphrite...).
2. Affection rénale unilatérale non vasculaire (pyélonéphrite unilatérale, tuberculose,
hyperplasie congénitale).
3. Sténose de l'artère rénale (par athérome ou fibrose). Il s'ensuit une hypo perfusion
du parenchyme rénal du côté atteint, avec, pour conséquence, une augmentation
d'activité du système rénine – angiotensine – aldostérone, provoquant une
rétention d'eau et de sel ainsi qu'une vasoconstriction des artères.
Causes surrénaliennes
1. Le phéochromocytome. Il s'agit d'une tumeur sécrétant en excès des
catécholamines. Ces substances augmentent la fréquence cardiaque, la force de
contraction du cœur et entraînent une vasoconstriction des artères, ses trois
16
éléments provoquant une hausse des chiffres tensionnels. La tumeur, le plus
souvent surrénalienne, peut cependant avoir d'autres localisations. Les symptômes
associent, aux poussées tensionnelles, des maux de tête, des sueurs et des
palpitations. Le diagnostic est possible par le dosage biologique des dérivés des
catécholamines, notamment l'acide vanylmandélique, dans le sang ou dans les
urines. Le scanner surrénalien ou la scintigraphie permettent de situer la tumeur
(diagnostic topographique).
2. Le syndrome de Cushing (par tumeur ou par hyperplasie bilatérale des
surrénales) entraîne une sécrétion importante de cortisol ou de ses dérivées. Les
signes sont en général évocateurs : érythrose (rougeur) du visage...
3. Le syndrome de Conn secrète de l'aldostérone en excès, provoquant une rétention
d'eau consécutive à une rétention de sodium, et une fuite de potassium. L'élément
orientant le diagnostic est la constatation d'une hypokaliémie (baisse du taux de
potassium dans le sang). Cet hyperaldostéronisme, dosable dans le sang et dans
les urines, est dit primaire car il n'est pas dû à l'augmentation de la rénine (taux
normal ou bas de cette dernière dans le sang). Il s'oppose aux
hyperaldostéronismes secondaires (aldostérone et rénine élevées) comme on le
voit en cas de sténose d'une artère rénale.
La coarctation aortique
Le rétrécissement congénital (de naissance) de la jonction entre aorte horizontale et aorte
descendante (isthme aortique) entraîne :
1. une augmentation de la pression artérielle en amont du rétrécissement, en
particulier au niveau des deux bras,
2. une diminution de la pression artérielle en aval, se manifestant par des pouls
fémoraux difficilement ou non perceptibles.
Ce diagnostic est à évoquer systématiquement devant toute hypertension de l'enfant.
17
Grossesse
L'hypertension artérielle, apparaissant chez une femme enceinte est appelée hypertension
artérielle gravidique. Le mécanisme précis n'est pas élucidé mais fait appel à des
phénomènes hormonaux et probablement immuno-allergique.
Autres causes
1. endocriniennes : hyperthyroïdie, hypothyroïdie, acromégalie, hyperparathyroïdie
et les causes surrénaliennes déjà citées ci-dessus.
2. médicamenteuses : corticothérapie et hormones
3. Une tumeur cérébrale ou un accident vasculaire cérébral.
Causes favorisantes :
Dans la grande majorité des cas, le mécanisme précis de l'HTA reste inconnu. On peut
cependant déterminer un certain nombre de circonstances associées statistiquement à
l'HTA. C'est ce qu'on appelle un facteur de risque. Ce terme implique que le lien de
causalité n'est pas établi (risque seulement statistique). La coexistence fréquente de
plusieurs de ces facteurs chez le même patient, en fait une maladie multifactorielle.
L'âge
La pression artérielle augmente avec l'âge. Cette augmentation est continue pour la
systolique, alors que la diastolique s'abaisse après la soixantaine, probablement par un
mécanisme de rigidification des artères. Ainsi, moins de 2% des sujets de moins de 20
ans sont hypertendus, alors qu'ils sont plus de 40% après 60 ans.
Le sexe
Le niveau tensionnel des hommes est supérieur à celui des femmes jusqu'à 50 ans, puis il
y a inversion au-delà.
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L'hérédité
Il existe un déterminisme génétique de l'HTA essentielle, dont la nature composite a été
mise en évidence.
L'alimentation (dont l'excès de sel)
• Le facteur le plus étudié a été la consommation de sel alimentaire (Na Cl) dont
l'importance pourrait, sinon déclencher, du moins entretenir une HTA. L'excès de
sel serait responsable de 25 000 décès par an en France (75 000 accidents
cardiovasculaires). L'ion sodium (Na+) jouerait un rôle essentiel dans la sensibilité
au sel des hypertendus. Le rapport sodium/potassium pourrait constituer un
facteur déterminant. En tout cas la réduction de la consommation de chlorure de
sodium (de 30 à 35% sur 30 ans) en Finlande semble bien un facteur majeur de la
baisse de plus de 1 point de la pression artérielle moyenne de la population, et par
là de la chute de plus de 75% de la mortalité cardio-vasculaire chez les personnes
de moins de 65 ans, et de l'augmentation de l’espérance de vie de 6 à 7 ans.
D'autres auteurs attribuent un rôle tout aussi important à l'ion chlore (Cl-) ou
même, dans certaines formes d'hypertension, à l'ion calcium (Ca++).
• La consommation d'alcool en chronique entraîne un accroissement du niveau
tensionnel. Les grands buveurs ont une élévation de la pression systolique de plus
de 1 cm Hg, en moyenne, par rapport aux non-buveurs.
• La consommation d'acides gras polyinsaturés a une relation inverse avec le niveau
tensionnel.
• La consommation de café s'accompagne d'une augmentation de la tension mais
l'effet est minime du fait du développement d'une tolérance à la caféine.
• La consommation de réglisse; voir intoxication par la glycyrrhizine plus haut.
Le poids
Il existe une forte corrélation entre l'indice de masse corporelle (indice de surcharge
pondérale, rapportant le poids à la taille) et le niveau tensionnel.
19
A l'opposé, un régime hypocalorique chez un obèse hypertendu s'accompagne d'une
baisse de la tension.
Le diabète
Les sujets diabétiques ont, en moyenne, une tension artérielle plus élevée que dans le
reste de la population.
Le stress
Un stress aigu s'accompagne d'une augmentation transitoire de la tension. Un stress
chronique, ou plutôt, certaines façons dont l'individu réagit face à un stress chronique,
semble favoriser une élévation durable de la pression artérielle.
L'effort physique
L'augmentation des chiffres tensionnels à l'effort est tout à fait normale. La pression
artérielle semble par contre plus basse chez le sujet sportif par rapport au sujet sédentaire.
Autres facteurs
• Le bruit entraîne une élévation de la tension artérielle.
• L'altitude : les populations vivant en altitude ont un niveau tensionnel plus bas
que celles vivant au niveau de la mer.
• La saison : la pression artérielle est plus élevée en hiver.
• Les troubles du sommeil : les sujets ronfleurs sont deux fois plus souvent
hypertendues que les non-ronfleurs.
• La pilule estro-progestative augmente les chiffres tensionnels.
I.6.4 - Les complications
Si l'HTA n'est pas maîtrisée par un traitement, des complications peuvent survenir. Il est
important de préciser que l'hypertension elle-même n'est pas une maladie : elle n'est qu'un
facteur favorisant. En d'autres termes, son existence n'est ni nécessaire ni suffisante pour
20
voir les maladies se développer chez l'individu. A l'échelle d'une population,
l'hypertension est un enjeu de santé publique majeur. A l'échelle d'un individu, elle n'a
qu'une valeur prédictive assez faible sur le développement de problèmes vasculaires.
Elles peuvent être :
• la conséquence "mécanique" de la pression artérielle augmentée sur les vaisseaux
(rupture de ces derniers avec hémorragies)
• la conséquence "mécanique" sur la pompe cardiaque travaillant à hautes pressions
pendant longtemps ;
• la conséquence de la participation à la formation ou à la croissance de l'athérome,
obstruant plus ou moins progressivement les artères.
Elles sont surtout cardiaques, neurologiques et rénales.
I.7 - Hypotension artérielle
L'hypotension correspond à la baisse de la tension sanguine à moins de 90 mmHg pour la
maxima. Il existe deux sortes d'hypotension: l'hypotension orthostatique (chute de tension
après un levé rapide) et l'hypotension postprandiale (baisse de la pression qui survient
naturellement après chaque repas. Le sang afflue en effet au système digestif pour
permettre de bien assimiler les nutriments)
L’hypotension n’est considérée comme un problème que lorsqu’elle s’accompagne de
malaises : faiblesse, étourdissement ou même évanouissement.
I.7.1 - Symptômes
L'hypotension peut se révéler par une fatigue, des vertiges en position debout, un voile
noir. À l'extrême, elle peut désamorcer la pompe cardiaque lors du collapsus.
Une pression artérielle à moins de 50 mm Hg est particulièrement sévère.
21
I.7.2 - Étiologies
L'hypotension peut révéler une hypovolémie absolue (baisse du volume sanguin),
consécutive, par exemple à une hémorragie ou à l'utilisation d'un diurétique, ou relative,
par baisse des résistances périphériques (collapsus anaphylactique, traitement
antihypertenseur par bétabloquant ou inhibiteur calcique, malaise vagal, maladies
diverses). L'hypotension peut être due a une diminution du taux de potassium dans le
sang.
I.8 - Pression artérielle
La pression artérielle correspond à la pression du sang dans les artères. On parle aussi de
tension artérielle, car cette pression est aussi la force exercée par le sang sur la paroi des
artères, elle tend la paroi de l'artère (voir l'article Tension mécanique) ; stricto sensu, la «
tension » résulte de la « pression » et de l'élasticité de la paroi.
L'unité internationale de mesure de pression est le pascal (Pa). Toutefois, l'usage fait que
la pression artérielle est souvent mesurée en centimètres de mercure (cm Hg), parfois en
millimètres de mercure (mm Hg).
Elle est exprimée par 2 mesures :
• La pression maximale au moment de la contraction du cœur (systole),
• La pression minimale au moment du « relâchement » du cœur (diastole).
Si on énonce la tension sous la forme d'un seul chiffre, sans unité, il s'agit alors de la
pression artérielle moyenne (PAM) exprimée en cm Hg. Celle-ci se calcule de la manière
suivante :
PAM = (pression systolique + 2×pression diastolique)/3
I.8.1 - Variations physiologiques
La pression artérielle est le résultat d'interactions complexes entre différents systèmes.
Pour simplifier, on peut comparer la mécanique des fluides avec le circuit électrique et la
loi d'Ohm : U = R×I :
22
• U correspond à la différence de pression entre deux endroits ;
• I, intensité électrique, peut être comparé au débit sanguin ; il dépend de
la fonction pompe du cœur et de la quantité totale de sang dans l'organisme
(appelé volémie) :
la fonction pompe cardiaque dépend directement de la fréquence de contraction,
mais aussi de la force de cette dernière ;
la volémie est le résultat d'un équilibre entre l'apport en eau et les pertes
physiologiques (urines, selles, sueurs, respiration) ;
• R, résistance, correspond effectivement à la résistance des petits vaisseaux à
l'écoulement du sang :
si ces derniers rétrécissent (vasoconstriction), les résistances s'élèvent ;
au contraire, s'ils s'élargissent (vasodilatation), les résistances baissent.
D'autres éléments physiologiques : Pression pulsée ou pression différentielle, loi de
Poiseuille.
Les mécanismes de régulation sont de type :
• nerveux : vasodilatation par le nerf vague avec ralentissement de la fréquence
cardiaque
• humoral (c'est-à-dire par production de substances chimiques qui vont se
diffuser dans tout l'organisme et agir ainsi à distance) :
- adrénaline et noradrénaline (produites par les glandes médullosurrénales)
entraînant entre autre une accélération du cœur,
- Le système rénine-angiotensine-aldostérone, entraînant une vasoconstriction des
artères rénales ; la rénine produite au niveau des cellules juxtaglomérulaires,
permet la conversion de l'angiotensinogène (produite par le foie) en angiotensine ;
- hormones antidiurétiques (ADH ou vasopressine peptide produite au niveau de
la neurohypophyse) ;
Facteurs vaso dilatateurs tissulaires…
23
Cela explique la grande variabilité des chiffres tensionnels d'une minute à l'autre chez le
même individu : en gros, l'effort et le stress font augmenter la pression artérielle, le repos
la fait diminuer. La prise de tension est donc sujette à de nombreux artefacts, elle doit
donc être idéalement prise en position allongée, le patient étant au repos ; il ne faut pas
négliger « l'effet blouse blanche » (la tension du patient augmente du fait de la nervosité
induite par la mesure). Il faut également vérifier l'adéquation entre la taille du brassard et
celle du bras : si le premier est trop petit, on peut avoir une fausse élévation des chiffres
tensionnels (effet « gros bras »).
24
Sphygmomanomètre ou tensiomètre
électronique
25
II.1 – Mesure des pressions systolique et diastolique
Elle est faite classiquement par un brassard gonflable circulaire relié à un manomètre,
appelé tensiomètre ou sphygmomanomètre. Le premier appareil de ce type a été décrit
par le Dr. Scipione Riva-Rocci le 10 décembre 1896 dans la gazette médicale de Turin.
L'instrument actuel est mis au niveau du bras. Un stéthoscope est disposé au niveau du pli
du coude à l'écoute de l'artère humérale. En gonflant le brassard à une pression supérieure
à la pression maximale, l'artère du bras est alors occluse. On dégonfle alors celui-ci très
progressivement et lorsque la pression de gonflage équivaut à la pression systolique (ou
maximale), l'artère s'ouvre par intermittence ce qui se manifeste par l'apparition d'un bruit
de battement dans le stéthoscope ; ces bruits, appelés « bruits de Korotkoff », sont dus
aux turbulences de l'écoulement du sang, gêné par la pression du brassard. Des pulsations
importantes sont également perceptibles par le patient et par l'examinateur. Lorsque la
pression du brassard devient inférieure à la pression minimale (diastolique), l'artère est
alors ouverte en permanence : le flux turbulent devient laminaire et les bruits
auscultatoires disparaissent.
C'est la méthode par « contre pulsion ».
On peut également estimer la pression sans stéthoscope, mais de manière moins précise :
• les pulsations de l'artère se répercutent dans le brassard, la pression du brassard
oscille donc entre la pression systolique et la pression diastolique ; lorsque l'on
dégonfle le brassard, on relève donc la pression à laquelle l'aiguille du manomètre
commence à osciller (pression systolique) et celle à laquelle l'aiguille s'arrête
d'osciller (pression diastolique) ;
• en prenant le pouls radial du bras comprimé : lorsque le brassard est comprimé,
on ne perçoit pas le pouls ; lorsque l'on dégonfle le brassard, la pression à partir
de laquelle le pouls apparaît est la pression systolique (cette méthode ne permet
pas d'avoir la pression diastolique).
26
L'association tensiomètre manuel et stéthoscope est de plus en plus souvent remplacé par
des appareils automatiques (tensiomètres électroniques) avec un brassard gonflé par un
moteur et détection soit des bruits par un micro (méthode auscultatoire), soit des
variations d'amplitude de l'onde de pouls (méthode oscillométrique). Ces appareils
permettent des mesures répétées et la surveillance presque en temps réel de la pression
sanguine.
On peut également mesurer la pression artérielle par les mêmes techniques mais cette fois
ci au poignet et même au doigt. Cela ne constitue pas cependant la méthode de référence.
Lorsqu'on couple un tensiomètre électronique à une batterie et à une mémoire, on peut
prendre alors la pression artérielle de manière répétée durant 24 h : c'est le MAPA (=
monitoring ambulatoire de la pression artérielle faussement appelé aussi Holter
tensionnel).
Dans certains cas, la pression artérielle est mesurée en introduisant dans l'artère un
cathéter empli de liquide et relié à un capteur de pression. Cette méthode plus invasive
(donc plus risquée) donne des mesures plus précises et donne la pression artérielle en
dynamique. Ainsi, la pression à chaque moment de chacun des cycles cardiaque du
patient est mesurée, pas seulement la pression systolique et diastolique sur une certaine
période.
II.2 - Protocole d'utilisation
La méthode de référence est la mesure au brassard avec stéthoscope (contre pulsion). Elle
se fait sur un patient en position demi assise, les bras le long du corps, après cinq à dix
minutes de repos. Le bras doit être maintenu a hauteur du cœur: si le bras est trop bas, la
pression sera surestimée. La taille de la manchette doit être adaptée à la taille du bras: si
la manchette est trop petite, la pression sera surestimée. Dans un premier temps, on
mesure la pression au deux bras. Il peut arriver que la pression soit un peu plus élevée
dans un bras que dans un autre: on considérera la pression la plus élevée comme étant la
valeur de référence.
27
On recommande actuellement, lors d'une consultation, de mesurer la pression artérielle au
début et à la fin de la consultation : le « syndrome de la blouse blanche » (anxiété chez le
patient générée par la présence du personnel médical) entraîne très fréquemment des
valeurs faussement élevées en début d'examen.
II.3 - Tensiomètre
Un tensiomètre, ou sphygmomanomètre est utilisé pour mesurer la pression artérielle. Le
terme dérive du grec sphygmus (pouls) associé à manomètre. Cet appareil a été inventé
par le médecin italien Scipione Riva Rocci, en 1896. En 1905, Korotkoff est le premier à
permettre une mesure assez précise pour qu’on puisse diagnostiquer l’hypertension. Il
reprend le sphygmomanomètre de Riva Rocci auquel il ajoute l’utilisation d’un
stéthoscope sur l’artère brachiale qui permet d’entendre des bruits beaucoup plus précis.
Le premier bruit entendu correspond à la mesure de la pression systolique, le plus gros
des deux chiffres de la mesure de la pression artérielle. Plusieurs bruits sont entendus
jusqu’à la disparition. Le dernier bruit entendu correspond à la pression diastolique qui
est le bruit de la pression au moment où le cœur est au repos, le plus petit chiffre. Donc
avec Korotkoff on réussi vraiment à avoir une mesure précise et on lui a donné le nom
donc les bruit qu’on entend lorsqu’on mesure la pression artérielle portent dorénavant le
nom des bruits de Korotkoff.
Le sphygmomanomètre manuel est composé d'un brassard gonflable, d'un système de
mesure (manomètre), d'un tube qui les relie, et d’une poire servante à augmenter la
pression dans le manchon, également reliée à ce dernier par un tube. La poire est équipée
d'une soupape permettant de contrôler la pression et de la faire diminuer progressivement
pour effectuer la mesure. Le tensiomètre manuel est utilisé conjointement avec un
stéthoscope, qui permet à l'examinateur de déceler la reprise des battements cardiaques
dans l'artère du bras (pression systolique). En lisant à cet instant la valeur indiquée par le
manomètre, on obtient la mesure de la pression artérielle maximale. Lorsque la pression
du brassard devient inférieure à la pression diastolique, les battements deviennent
inaudibles dans le stéthoscope, et la valeur fournie par la manomètre correspond à la
pression artérielle minimale. On utilise maintenant souvent des appareils automatiques,
28
dont le brassard se gonfle automatiquement, et qui ne nécessitent plus de stéthoscope,
grâce à l'utilisation de capteurs intégrés. (Figure 1)
II.4 - Mesurer la pression sanguine
Nous avons déjà cité la méthode pour mesurer la pression sanguine et les différents types
des méthodes utilisées.
La méthode utilisée ici est celle de l’oscillométrie. L’air est pompé dans le brassard 60
mm Hg en plus de la valeur normale de la pression systolique (120 mm Hg), ensuite l’air
est lentement chassé du brassard, causant la chute de pression dans ce dernier. Durant le
dégonflement du brassard, il est possible de mesurer les petites oscillations qui prennent
lieu.
C’est durant la pression systolique que ces oscillations commencent à apparaître. Le
MCU est utilisé pour détecter le moment auquel ces oscillations commencent et pour
enregistrer la pression dans le brassard. Par la suite, on note la décroissance progressive
de la pression dans le brassard jusqu’à la disparition de ces oscillations ; c’est la phase
diastolique et la valeur de la pression dans le brassard peut être reprise.
Figure 1
29
Le diagramme ci-dessus explique le fonctionnement de cet appareil. L’utilisateur n’a
besoin que d’appuyer sur le bouton et la machine commence à fonctionner. Le MCU est
component principal ; il contrôle le moteur, la valve, prend les mesures, les affiche sur
l’écran (LCD) et les envoie au carte MMC.
La photo de notre projet
30
Les Composants
31
III.1 – Bloc diagramme
Le bloc diagramme ci-dessous présente une idée générale à propos du fonctionnement de
la machine. (Figure 1)
III.2 – Bouton
Dans notre projet il existe seulement des boutons ON/OFF, car nous voulons rendre la
machine simple à utiliser.
Figure 1
32
III.3 – MCU
Nous avons utilisé le microcontrôleur PIC16f877A fabriqué par Micro chip. (Figure 2)
CE MCU possède :
- un CPU RISC à haute performance.
- Seulement 35 mots d’instruction à apprendre.
- Des instructions d’un seul cycle, sauf les branches du programme qui sont
de deux cycles.
- Une vitesse d’opération de DC – 20MHz vitesse d’horloge ; DC – 200 ns
cycle d’instruction.
- 8k x 14 words de mémoire programme du type Flash
368 x 8 bytes de RAM
256 x 8 bytes d’EEPROM
- 14 sources d’Interrupt
- 10 convertisseurs analogues/digitaux
- Trois compteurs
- Deux capture, compare et module PWM.
- USART récepteur et transmetteur.
Figure 2
33
III.4 – LCD
Affichage LCD avec 2 lignes x 16 caractères
(Figure 3) :
III.5 – Moteur + système pneumatique + valve Nous avons utilisé un petit moteur comme celui utilisé dans les jouets d’enfants. Ce
dernier est attaché à un système pneumatique qui fournit l’air au système pour gonfler le
brassard. Le dégonflement se fait grâce à une petite valve électronique de 5V. (Figure 4)
Pin No Nom Fonction Description
1 Vss Power GND
2 Vdd Power + 5 V
3 Vee Contrast Adj. (-2) 0 - 5 V
4 RS Command Register Select
5 R/W Command Read / Write
6 E Command Enable (Strobe)
7 D0 I/O Data LSB
8 D1 I/O Data
9 D2 I/O Data
10 D3 I/O Data
11 D4 I/O Data
12 D5 I/O Data
13 D6 I/O Data
14 D7 I/O Data MSB
Figure 3
Figure 4
34
III.6 – MMC
III.6.1 – caractéristiques
- Capacité : 32MB/64MB/128M/256M/512MB/1GByte
- spécifications conformes Ver 3.2
- Correction d'erreurs de carte
- Deux protocoles de transmission alternatifs: Mode de multimédia et mode
de SPI
- Fréquence de base variable : 0~20MHz
- Gamme de tension pour la communication : 2.0~3.6V
- Pour l'opération : 2.7~3.6V
- Basse puissance d'énergie
Ces MultiMediaCards sont des mémoires instantanées hautement intégrées avec des
possibilités d'accès périodiques et sélectives. Elles sont accessibles par l'intermédiaire
d'une interface série consacrée optimisée pour la transmission de données rapides et
fiables. Cette interface permet à plusieurs cartes d'être empilées en reliant leurs contacts
périphériques. Ces MultiMediaCards sont entièrement conformes à une nouvelle norme
du consommateur, appelée la norme de système de MultiMediaCard définie dans les
spécifications de système de MultiMediaCard. Le système de MultiMediaCard est un
nouveau système de mémoire de masse basé sur les innovations en technologie de semi-
conducteur. Il a été développé pour fournir un support de stockage peu coûteux et robuste
sous la forme de carte pour des applications du consommateur de multimédia.
MultiMediaCard permet la conception des joueurs et des conducteurs peu coûteuse sans
pièces mobiles. Une consommation de basse puissance et une large gamme de tension
d'alimentation favorisent une application mobile, à piles telle que les joueurs audio,
organisateurs, livres, encyclopédie et dictionnaires électroniques.
En utilisant des arrangements très efficaces de la compression de données tels que le
MPEG, le MultiMediaCard fournira assez de capacité pour toutes sortes de données de
multimédia. (Figure 5)
35
III.6.2 - Mode SPI
Notre projet concerne le mode SPI.
Le mode SPI est composé d'un protocole de transmission secondaire et facultatif offert
par les cartes basses instantanées de multimédia. Ce mode est un sous-ensemble du
protocole de carte de multimédia, conçu pour communiquer avec un canal de SPI,
généralement trouvé dans des microcontrôleurs de Motorola (et récemment quelques
autres fournisseurs). L'interface est choisie pendant la première commande ‘remettre à
zéro’ (reset) après l’application de ‘puissance sur’ (CMD0) et ne peut plus être changée
une fois la pièce allumée. La norme de SPI définit le lien physique seulement, et pas le
protocole complet de transfert de données. L'exécution de la carte SPI de multimédia
emploie un sous-ensemble du jeu de protocole et de commandes de carte de multimédia.
Il est prévu pour être employé par les systèmes qui exigent un nombre restreint de cartes
et ont des débits inférieurs. Du point de vue de l’application, l'avantage du mode de SPI
Figure 5
36
est la possibilité d'utiliser un centre serveur disponible immédiatement, et par conséquent
la réduction de l'effort ‘design-in’ au minimum.
L'inconvénient est la perte de performance du mode de SPI face au mode de carte de
multimédia (bas débit, peu de cartes, CS de matériel par carte etc.).
III.6.3 - Mode SPI ; définition des épingles
III.6.4 - Concept d'interface de SPI
L'interface périphérique périodique (SPI) est une interface série synchrone trouvée sur
certains microcontrôleurs de Motorola. L'interface de la carte SPI de multimédia est
compatible avec des centres serveurs de SPI disponibles sur le marché.
Comme n'importe quel autre dispositif de SPI le canal de carte de multimédia comprend
les quatre signaux suivants :
. CS: Host to card chip select signal.
. CLK: Host to card clock signal.
. DataIn: Host to card data signal.
. DataOut: Card to host data signal.
37
Une autre caractéristique de terrain communal de SPI est celle des transferts de bytes, qui
est également mise en application dans la carte. Tous les jetons de données sont des
multiples des bytes (8bit) et le byte est toujours aligné sur le signal de CS.
III.7 – Capteur de pression
Nous avons utilisé le capteur de pression MPX2050 fabriqué par Motorola. Ce capteur
produit un voltage de sortie proportionnel à la différence de pression appliquée à l’entrée.
Le tube du brassard est branché à une des entrées du capteur et l’autre est laissée ouverte.
(Figure 6)
Figure 6
38
Le voltage de sortie du capteur différentiel augmente avec l’augmentation de la pression
sur l’entrée (P1) relative à l’entrée du vide (P2)
III.7.1 – Caractéristiques d’opération
La Figure 7 montre les caractéristiques de la sortie : minimale, maximale et typique. La
sortie est directement proportionnelle à la différence de pression et essentiellement une
ligne droite.
Figure 7
39
III.8 – Amplificateur DC Comme le voltage produit par le capteur de pression est très petit, on a besoin d’amplifier
ce signal pour des échantillonnages supplémentaires. On utilise l’amplificateur
d’instrumentation AD620. (Figure 8)
La résistance RG est utilisée pour déterminer le gain selon l’équation RG = 49.4 kΩ/G-1.
Comme on a besoin d’un gain environ 200 fois, on choisit une résistance de 240 ohms.
(Figure 9)
Cela nous donnera un gain de 206 fois selon l’équation précédente. Finalement, le gain
du circuit final mesuré est de 213 fois.
Figure 8
Figure 9
40
III.8.1 - Caractéristiques :
- Facile à utiliser ; déterminer le gain par une seule résistance. (Gamme de
gain 1 à 1000)
- Gamme de puissance large (+ - 2.3 à + - 18V)
- Performance plus haute que trois ampli-op (IA design). (Figure 10)
- Haute performance
- Performance DC excellent
- Bruit léger
- Spécifications AC excellentes
III.8.2 - Applications :
- Echelle de pesage
- ECG et instrumentations médicales
- Systèmes d’acquisition des informations
- Equipements portables qui fonctionnent sur des batteries
Figure 10
41
III.9 – Les filtres
Le stade du filtre passe bande est construit comme une cascade de deux filtres passe
bande actifs. Deux filtres sont utilisés parce que l’ensemble du filtre passe bande fournit
un large gain et la réponse fréquentielle du filtre aura une coupe bande plus aigue qu’un
filtre à un seul stade. Cette méthode améliore le rapport signal sur bruit de la sortie. Nous
utilisons le circuit intégré OPA2277. (Figure 11)
Figure 11
42
Circuits électroniques et programmation
43
IV.1 – Le circuit analogue
Le circuit analogue amplifie les components DC et AC du signal issu du capteur de
pression pour que ce signal soit utilisable par le MCU et qu’on puisse l’échantillonner. Le
capteur de pression produit un voltage proportionnel à la pression différentielle de
l’entrée. Le voltage de sortie du capteur de pression est de 0V à 40mV. Dans notre
application, on veut gonfler le brassard jusqu’à 180 mm Hg (approximativement 23kPa),
ce qui correspond à un voltage de sortie de 18 mV. Pour cela, on choisit d’amplifier le
voltage DC de 0 à 4V. On a alors besoin d’un gain approximativement égal à 200 fois. Le
signal issue de l’amplificateur DC va par la suite passer dans un filtre passe bande.
L’amplificateur DC amplifie les deux components DC et AC et le filtre est construit pour
avoir un large gain autour 1-4Hz et atténuer tout signal de fréquence différente. Le
component AC du signal issu de filtre passe bande est le facteur le plus important
permettant de déterminer le moment propice pour capter les pressions systolique et
diastolique.
Le stade final est le couplage AC. On utilise deux résistances identiques pour produire un
penchant (biais) approximativement égal à 2.5V. Le condensateur 47uF est utilisé pour le
couplage AC du signal pour fournir un penchant DC indépendant. (Figure 1)
44
Cette figure montre le circuit
analogue composé de l’AD620 et
l’OPA2277. Sa fonction consiste en
capter le signal, l’amplifier et
limiter la bande fréquentielle selon
nos besoins pour la rendre prête
pour les entrées des ADC.
Figure 1
45
IV.2 – Filtres passe bande
Le stade du filtre passe bande est construit comme une cascade de deux filtres passe
bande actifs. Deux filtres sont utilisés parce que l’ensemble du filtre passe bande fournit
un large gain et la réponse fréquentielle du filtre aura une coupe bande plus aigue qu’un
filtre à un seul stade. Cette méthode améliore le rapport signal sur bruit de la sortie.
Premier filtre passe bande (Figure 2)
La basse fréquence de coupure est fbasse = 1/2π.(47uF).(10k) = 0.338Hz
La haute fréquence de coupure est fhaute = 1/2π.(200nF).(120k) = 6.631Hz
La mi-bande gain du premier filtre est A = - 120k/10k = - 12
Second filtre passe bande (Figure 3)
La basse fréquence de coupure est fbasse = 1/2π.(47uF).(10k) = 0.338Hz
La haute fréquence de coupure est fhaute = 1/2π.(24nF).(333k) = 19.91Hz
La mi-bande gain du deuxième filtre est A = - 333k/10k = - 33.3
Figure 2
46
Donc, pour le stade du filtre passe bande, le gain total est de 399.6. En ajoutant ce gain à
celui de l’amplificateur DC, le gain AC total pour le circuit est de 8.51 x 104.
Le choix de haute et de basse fréquence de coupure est adéquat pour donner une onde AC
très nette.
IV.3 – Stade de couplage AC (Figure 4)
Le stade du couplage AC permet de procurer le niveau du penchant DC. Nous voulons
que le niveau DC de l’onde soit équivalent approximativement mi-VDD ce qui est égal à
2.5V. En se basant sur ce niveau de penchant il est plus facile d’échantillonner le signal
AC en utilisant l’ADC intégré dans le MCU.
Figure 3
Figure 4
47
IV.4 – Connections du moteur et de la valve avec le MCU (Figure 5)
Ce schéma montre le branchement du moteur et de la valve avec le MCU. Nous ne pouvons pas les brancher directement au MCU d’où la nécessité des transistors TIP31. Le phototransistor est utilisé pour la protection du MCU.
Figure 5
48
IV.5 – Connections de la carte MMC avec le MCU (Figure 6)
IV.6 – Alimentation
Puisque notre circuit a besoin d’une grande alimentation, les circuits intégrés ont besoin
de +- 5V, le capteur de pression 10V, le MCU 5V, l’écran LCD 5V, le moteur et la valve
5V, d’où la nécessité d’une source d’alimentation assez puissante. Nous avons donc
Figure 6
49
utilisé la source d’alimentation S-25-24 de Mean Well qui fournit 24V et jusqu’à 1.1 A,
ce qui plus que suffisant pour notre circuit. (Figure 7)
Figure 7
IV.6.1 – Caractéristiques :
- Entrée AC universelle/gamme complète
- Protections : court circuit/sur charge/sur voltage
- Refroidissement par convection d’air
50
IV.7 – L’organigramme
Voici l’organigramme du notre programme.
51
Le programme vérifie que le brassard est complètement dégonflé. Si ce n’est pas le cas,
la valve fonctionne et le moteur reste éteint. Si le brassard est effectivement dégonflé, le
système éteint la valve et allume le moteur. Le programme observe si la pression désirée
est atteinte. Si elle ne l’est pas, le moteur continue à fonctionner ; si oui, le moteur
s’éteint et la valve commence à fonctionner de manière intermittente. Durant le
dégonflement du brassard, une fois la valeur de la pression systolique atteinte, on note
des oscillations à l’épingle d’ADC0. Le programme compte 4 oscillations (on compte 4
pour plus de précision) et calcule la pression systolique. Une fois ce calcul effectué, le
résultat est affiché sur l’écran LCD et enregistré sur la carte MMC. La valve continue à
fonctionner, et le programme vérifie que la valeur de l\oscillation demeure supérieure à
2.5 V. Si c’est le cas, le programme entre dans un délai de 500 ms. Sinon, la pression
diastolique est calculée et le résultat est affiché sur l’écran LCD et enregistré sur la carte
MMC. Une fois ceci accompli, la valve continue à fonctionner jusqu’à ce que le brassard
soir complètement dégonflé.
IV.7.1 – Mesure de la pression systolique
Après que le moteur élève la pression à 180 mm Hg, ce qui est approximativement
supérieure à la pression systolique d’une personne saine, le brassard commence à
dégonfler et le programme entre dans l’étape de la mesure systolique. Durant cette étape
le programme observe l’onde AC issue de l’ADC1 lorsque la pression dans le brassard
décroît jusqu’à une certaine valeur, le sang commence à couler dans le bras. A ce
moment, si on observe l’oscilloscope on peut voir le début des oscillations. La pression
systolique peut alors être obtenue. La méthode de notre programme est la mise d’un seuil
de voltage de 4V pour l’onde AC. Au début, il n’y a pas de pulsations et le voltage à
l’épingle de l’ADC1 est constant à approximativement 2.5V. Ensuite, lorsque la pression
dans le brassard décroît jusqu’à ce que la valeur de la pression systolique soit atteinte,
l’oscillation commence et augmente. Nous pouvons alors compter le nombre de
pulsations qui ont des valeurs maximales en dessus du voltage seuil. Si le programme
jusqu’à quatre oscillations, il entre dans l’étape du calcul de la pression systolique. Dans
52
cette étape, le programme enregistre le voltage DC de l’épingle ADC0. Ensuite, il
convertit cette valeur de voltage DC en la pression dans le brassard pour déterminer la
pression systolique d’utilisateur.
A partir des caractéristiques de transfert du capteur de pression et du gain mesuré de
l’amplificateur DC, nous pouvons déterminer la pression systolique on observant le
voltage DC de l’épingle ADC0.
Voici l’explication de la procédure de conversion.
Soit ‘DC voltage’ le voltage DC lu de l’épingle ADC0, et ‘DC gain ‘ le gain de
l’amplificateur DC. Par conséquent le voltage différentiel issu de l’amplificateur DC est
calculé ainsi :
Voltage capteur = DC voltage /DC gain
A partir des caractéristiques de transfert du capteur de pression, nous pouvons calculer la
pression basée sur le voltage capteur. La pente de la courbe typique est calculée ainsi :
Pente = 40mV/50kPa = 8 x 10-4V/k Pa.
Donc, la pression dans le brassard en unité k Pa peut être calculée par l’équation :
Pression_kPa = voltage capteur/pente nous pouvons alors convertir la pression à l’unité
mm Hg en multipliant par : 760mmHg/101.325kPa. Donc la pression en unité mm Hg est
exprimée ainsi : pression_mmHg = pression_kPa x 760mmHg/101.325kPa.
On combinant toutes ces conversions, nous obtenons la formule pour convertir le voltage
DC en la pression dans le brassard de la manière suivante :
pression_mmHg = (DC voltage/Voltage gain) x 9375
Une fois que le programme termine ce calcul, il entre dans l’étape de mesure de la
pression diastolique de l’utilisateur.
IV.7.2 – Mesure de la pression diastolique
Pour la mesure de la pression diastolique, on observe la valeur des oscillations à l’entrée
de l’épingle d’ADC1. Si la valeur est supérieure à 2.5V on entre dans un délai de temps
équivalent à 500ms, quand la valeur est égale à 2.5V alors on calcul la pression
diastolique de la manière suivante :
pression_mmHg = (DC voltage/Voltage gain) x 9375
53
IV.8 – Code CCS
#include<16f877a.h>
#fuses hs,nowdt, noprotect, nolvp
#use delay(clock=10000000)
#include<math.h>
#include<string.h>
#use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7)
#define lcd_e1 pin_d7
#define lcd_rs1 pin_d6
#define lcd_port output_b//b=sortie
#define lcd_direction set_tris_b
#define lcd_command set_tris_c
int mmc_init();
int mmc_response(unsigned char response);
int mmc_write_block(unsigned long block_number);
void init_lcd();//preparation de pic pour lcd
void putdata_lcd(int valued);
void erase_lcd();
void putcmd_lcd(int valuec);
void goto_lcd(int x, int y);
void put_string_lcd(char v[16]);
/************************** MMC Init
**************************************/
/* Initialises the MMC into SPI mode and sets block size, returns 0 on success */
int mmc_init()
54
int i;
SETUP_SPI(SPI_MASTER | SPI_H_TO_L | SPI_CLK_DIV_4 | SPI_SS_DISABLED);
*0x94 |= 0x40; // set CKE = 1 - clock idle low
*0x14 &= 0xEF; // set CKP = 0 - data valid on rising edge
OUTPUT_HIGH(PIN_C2); // set SS = 1 (off)
for(i=0;i<10;i++) // initialise the MMC card into SPI mode by sending clks
on
SPI_WRITE(0xFF);
OUTPUT_LOW(PIN_C2); // set SS = 0 (on) tells card to go to spi mode
when it receives reset
SPI_WRITE(0x40); // send reset command
SPI_WRITE(0x00); // all the arguments are 0x00 for the reset command
SPI_WRITE(0x00);
SPI_WRITE(0x00);
SPI_WRITE(0x00);
SPI_WRITE(0x95); // precalculated checksum as we are still in MMC
mode
puts("Sent go to SPI\n\r");
if(mmc_response(0x01)==1) return 1; // if = 1 then there was a timeout waiting for
0x01 from the mmc
55
puts("Got response from MMC\n\r");
i = 0;
while((i < 255) && (mmc_response(0x00)==1)) // must keep sending command if
response
SPI_WRITE(0x41); // send mmc command one to bring out of idle state
SPI_WRITE(0x00); // all the arguments are 0x00 for command one
SPI_WRITE(0x00);
SPI_WRITE(0x00);
SPI_WRITE(0x00);
SPI_WRITE(0xFF); // checksum is no longer required but we always send
0xFF
i++;
if(i >= 254) return 1; // if >= 254 then there was a timeout waiting for 0x00
from the mmc
puts("Got out of idle response from MMC\n\r");
OUTPUT_HIGH(PIN_C2); // set SS = 1 (off)
SPI_WRITE(0xFF); // extra clocks to allow mmc to finish off what it is
doing
OUTPUT_LOW(PIN_C2); // set SS = 0 (on)
SPI_WRITE(0x50); // send mmc command one to bring out of idle state
SPI_WRITE(0x00);
56
SPI_WRITE(0x00);
SPI_WRITE(0x02); // high block length bits - 512 bytes
SPI_WRITE(0x00); // low block length bits
SPI_WRITE(0xFF); // checksum is no longer required but we always send
0xFF
if((mmc_response(0x00))==1) return 1;
OUTPUT_HIGH(PIN_C2); // set SS = 1 (off)
puts("Got set block length response from MMC\n\r");
return 0;
/************************** MMC Write Block
**************************************/
int mmc_write_block(unsigned long block_number)
unsigned long i;
unsigned long varh,varl;
char p,f,n;
set_adc_channel(0);
delay_us(10);
f=read_adc();
n=(f*5)/256;
p=(n*9375)/206;
varl=((block_number&0x003F)<<9);
varh=((block_number&0xFFC0)>>7);
puts("Write block\n\r"); // block size has been set in mmc_init()
OUTPUT_LOW(PIN_C2); // set SS = 0 (on)
57
SPI_WRITE(0x58); // send mmc write block
SPI_WRITE(varh);
SPI_WRITE(varl);
SPI_WRITE(0x00); // always zero as mulitples of 512
SPI_WRITE(0xFF); // checksum is no longer required but we always send
0xFF
if((mmc_response(0x00))==1) return 1;
puts("Got response to write block\n\r");
SPI_WRITE(0xFE); // send data token
for(i=0;i<512;i++)
SPI_WRITE(p); // send data
SPI_WRITE(0xFF); // dummy CRC
SPI_WRITE(0xFF);
if((SPI_READ(0xFF)&0x0F)!=0x05) return 1;
puts("Got data response to write block\n\r");
OUTPUT_HIGH(PIN_C2); // set SS = 1 (off)
return 0;
58
/************************** MMC get response
**************************************/
/**** Repeatedly reads the MMC until we get the response we want or timeout ****/
int mmc_response(unsigned char response)
unsigned long count = 0xFFFF; // 16bit repeat, it may be possible to shrink
this to 8 bit but there is not much point
while(SPI_READ(0xFF) != response && --count > 0);
if(count==0) return 1; // loop was exited due to timeout
else return 0; // loop was exited before timeout
/***********************************************************************
********************/
void init_lcd()
putcmd_lcd(0x38);
delay_ms(6);
putcmd_lcd(0x38);
delay_ms(6);
putcmd_lcd(0x38);
delay_ms(6);
putcmd_lcd(0x01);//reset
delay_ms(6);
putcmd_lcd(0x06);//increment
delay_ms(6);
putcmd_lcd(0x0c);
59
delay_ms(6);
void putdata_lcd(int valued)
lcd_port(valued);
output_high(lcd_rs1);//data
output_high(lcd_e1);
delay_ms(1);
output_low(lcd_e1);
delay_ms(6);
output_low(lcd_rs1);//command
void erase_lcd()
putcmd_lcd(0x01);
void putcmd_lcd(int valuec)
lcd_port(valuec);
output_low(lcd_rs1);
output_high(lcd_e1);
delay_ms(1);
output_low(lcd_e1);
delay_ms(6);
void goto_lcd(int x, int y)
if (y==1)
putcmd_lcd(0x80 + x);
if (y==2)
putcmd_lcd(0xc0 + x);
void put_string_lcd(char v[16])
long i;
for(i=0;i<=strlen(v);i++)
60
putdata_lcd(v[i]);
void print()
char v[16];
init_lcd();
goto_lcd(4,1);
sprintf(v,"Working!");
put_string_lcd(v);
goto_lcd(2,2);
sprintf(v,"Please wait!");
put_string_lcd(v);
void delay()
delay_ms(500);
void main()
long sy;
float s,f,p,n,m;
char v[16];
sy=0;
mmc_init();
lcd_direction(0x00);
lcd_command(0x00);
set_tris_d(0x00);
setup_adc_ports( all_analog );
setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2);
//start deflate
start:
set_adc_channel(0);
delay_us(10);
61
s=read_adc();
if (s>25)
output_high(pin_d3);
output_low(pin_d2);
goto start;
output_low(pin_d3);
delay_ms(100);
print();
delay_ms(3000);
//inflate state
init_lcd();
goto_lcd(0,1);
sprintf(v,"pressure=");
put_string_lcd(v);
inflate:
set_adc_channel(0);
delay_us(10);
f=read_adc();
n=(f*5)/256;
p=(n*9375)/206;
goto_lcd(9,1);
sprintf(v,"%fummHg",p);
put_string_lcd(v);
if (f<178)
output_high(pin_d2);
goto inflate;
output_low(pin_d2);
//deflate state
deflate:
set_adc_channel(1);
delay_us(10);
62
s=read_adc();
output_high(pin_d3);
delay_ms(100);
output_low(pin_d3);
delay_ms(100);
if (s>205)
sy++;
if (sy<4)
goto deflate;
set_adc_channel(0);
delay_us(10);
f=read_adc();
n=(f*5)/256;
p=(n*9375)/206;
mmc_write_block(1);
init_lcd();
goto_lcd(0,1);
sprintf(v,"Sys pres =");
put_string_lcd(v);
goto_lcd(0,2);
sprintf(v,"%fummHg",p);
put_string_lcd(v);
delay_ms(100);
//diastole
diastole:
output_high(pin_d3);
delay_ms(100);
output_low(pin_d3);
delay_ms(100);
set_adc_channel(1);
delay_us(10);
63
s=read_adc();
if (s>128)
delay();
goto diastole;
set_adc_channel(0);
delay_us(10);
f=read_adc();
n=(f*5)/256;
m=(n*9375)/206;
mmc_write_block(10);
init_lcd();
goto_lcd(0,1);
sprintf(v,"Diast pres =");
put_string_lcd(v);
set_adc_channel(0);
goto_lcd(0,2);
sprintf(v,"%fummHg",m);
put_string_lcd(v);
end:
set_adc_channel(0);
delay_us(10);
s=read_adc();
if (s>25)
output_high(pin_d3);
goto end;
output_low(pin_d3);
64
Conclusion
L’objectif de notre étude est le développement d’un nouveau tensiomètre électronique.
En guise d’introduction, nous avons exposé l’anatomie du cœur et ses pressions pour
avoir une idée générale sur les pressions sanguines dans le but d’expliquer le
fonctionnement de la machine, il a été nécessaire de faire une étude bibliographique de
son apparition avant de passer au dernier chapitre qui concerne les circuits électroniques
et la programmation. Nous avons consacré le troisième pour les composants de la
machine et leur description.
Cette machine nous a permis d’élargir notre connaissance dans ce domaine d’application
et de l’intérêt porté par les utilisateurs. En effet, la facilité d’acquisition des données et de
leurs traitements ainsi que sa taille ont été un avantage requis d’utilisation.
Nous estimons avoir fourni dans ce rapport les éléments nécessaires à la clarification de
l’utilité et de l’élaboration de notre projet.
65
Références
- www.microchip.com
- www.datasheetarchive.com
- www.wikipedia.com
- www.meanwell.com
