UM SISTEMA DE MONITORAMENTO SEM FIO PARA CAPTURA DE SINAIS VITAIS DE GRUPOS

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UM SISTEMA DE MONITORAMENTO SEM FIO PARA 
CAPTURA DE SINAIS VITAIS DE GRUPOS 
 
Alessandro Brawerman e Maurício Perretto 
Departamento de Engenharia da Computação 
Universidade Positivo 
Av. Pedro Viriato Parigot de Souza, 5300 CEP 81280-330 
{brawerman, mperretto}@up.edu.br, 
 
 
 
Abstract: Body Area Network (BAN) é uma 
tecnologia de rede de sensores para monitorar e 
registrar sinais vitais de uma pessoa. Um sistema de 
monitoramento em grupo é apresentado neste artigo. 
Este trabalho se diferencia de outros porque a idéia é 
monitorar um grupo de pacientes em um hospital ou 
clínica ao mesmo tempo, tendo apenas um receptor 
para até 32 pessoas. Não há necessidade de ter um 
par de transmissor/receptor para cada paciente, 
tornando o sistema economicamente acessível. A 
solução apresentada também involve transmissão 
sem fio, ou seja, os sinais capturados são transferidos 
do dispositivo do paciente para um outro dispositivo 
conectado a um servirdo através de rádio freqüência. 
Experimentos práticos são apresentados para 
demonstrar a viabilidade do sistema. 
 
Keywords: Monitoramento de sinais vitais, BAN, 
Redes de Sensores, RF. 
 
1. Introdução 
 
Com o avanço da tecnologia, se tornou possível a 
aproximação de duas áreas distintas, medicina e 
engenharia, em benefício do ser humano. Entre os 
projetos e pesquisas realizados até hoje, há a 
possibilidade de monitorar os sinais vitais de um ser 
através de redes de sensores conhecidas como Body 
Area Network BAN. 
Normalmente, um conjunto de unidades móveis e 
compactas que capacitam a transferência de parâmetros 
vitais entre a localização do paciente e a clínica ou 
médico responsável é usado. O fluxo de dados de sinais 
vitais passa por uma corrente de módulos conectados 
formando uma rede BAN. A informação transmitida por 
cada sensor chega a um dispositivo corporal principal, 
que consolida as informações recebidas de todos os 
módulos de sensores conectados. Ele, então, transmite 
os dados para um servidor que analisa os dados e, se 
necessário, alarma os médicos. 
Este trabalho apresenta uma abordagem de 
monitoramento nova, capaz de monitorar 
simultaneamente um grupo de até 32 pessoas, usando 
apenas um receptor ao invés de um par de 
transmissor/receptor para cada paciente, reduzindo 
drasticamente os custos. O sistema é implementado em 
dois módulos distintos, mas conectados. O primeiro 
módulo é responsável por monitorar informações 
cardíacas e transmití-las de forma sem fio, através de 
rádio freqüência, para o segundo módulo. Este, recebe a 
informação, descobre qual dos 32 aparelhos possíveis é 
a origem e a analisa. Como parte da análise, o sistema 
pode checar, por exemplo, se a freqüência cardíaca e a 
pressão sangüínea estão dentro de uma variação 
compatível para aquele paciente específico. O sistema 
também mantém um registro completo para cada um 
dos 32 pacientes do grupo, disponibilizando, desta 
forma, relatórios de acompanhamento de pacientes em 
fisioterapia ou iniciantes em uma academia. 
 
2. Trabalhos Relacionados 
 
Esta seção apresenta alguns trabalhos relacionados, 
que lidam com modos diferentes de aproximar a 
engenharia biomédica e as redes de computadores. O 
objetivo em comum é executar monitoramento pessoal 
em um ambiente remoto. 
Em [1], os autores apresentam uma platforma para 
aplicações de monitoramento de sinais vitais. São 
utilizadas características gerais de aplicações de 
monitoramento médico e monitoramento de movimento 
físico como a aplicação piloto. São apresentados 
resultados preliminares sobre a aplicação de 
monitoramento de movimentos e demonstrada a 
viabilidade das técnicas propostas. Este sistema, no 
entanto, é para uso individual, o que faz com que o 
custo final seja elevado. 
O autor de [2] propõe a implementação de uma rede 
de sensores pessoais para o monitoramento de sinais 
vitais. Ela é composta por vários sensores inteligentes e 
um controlador central organizados em uma rede 
piconet Bluetooth. Usuários remotos podem acessar a 
rede e consultar e controlar os sensores pela rede GPRS. 
Este trabalho se diferencia pelo fato de poder realizar 
monitoramento em tempo real, fato a ser acrescentado 
em nosso trabalho futuramente. 
Em [3], uma rede de sensores sem fio é construída e 
usada para monitorar pacientes. Os dados capturados 
são transmitidos para um computador e analisados por 
profissionais. O objetivo é capturar e transmitir 
informções sobre um único paciente. 
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Finalmente, em [4], os autores apresentam um 
sistema sem fio para monitoramento abreviado como 
WHAM-BioS. Os autores propõem uma arquitetura em 
rede de sensors para aplicações de telemedicina. A 
maioria das funções de rede são concentradas em um 
aparelho de propósito especial, chamado gateway do 
corpo humano (HBG). Os sensores focam em detectar e 
relatar os resultados para seus HBG. O consumo de 
energia é uma preocupação. O ambiente livre de 
contenção reduz o consumo de energia na retransmissão 
de dados e um mecanismo para economizar energia é 
proposto para reduzir o consumo em estado parado.
Nosso trabalho se difere destes pelo fato do sistema 
ser capaz de capturar informações sobre até 32 
indivíduos simultaneamente, barateando drasticamento 
o custo. Além disso, o dispositivo remoto usado pelo 
paciente é projetado para consumir muito pouca energia, 
uma bateria interna pequena de 1,5V é suficiente para 
fazê-lo funcionar. Quanto aos sinais vitais, 
diferentemente dos trabalhos citados acima, o protótipo 
aqui desenvolvido captura não só freqüência cardíaca, 
mas também pressão arterial. Por fim, o software no 
servidor é capaz de gerar relatórios de acompanhamento 
diários e possibilita ao médico ou professor da academia 
acompanhar a evolução do paciente. Para a preparação 
do artigo devem ser rigorosamente respeitados os 
padrões estabelecidos nos próximos parágrafos.
3. Métodos
O sistema apresentado é composto por dois blocos 
distintos e interconectados. Uma cinta é responsável por 
monitorar os sinais vitais e por mandar as informações 
para o bloco remoto, o primeiro bloco. Este empacota os 
dados e os manda para o bloco base, o segundo bloco. O 
bloco base recebe os dados, descobre a que paciente eles 
pertencem e, finalmente, os armazena e os mostra em 
um monitor de computador.
A comunicação entre os dois blocos é desempenhada 
através de um circuito RF, que opera em 858MHz. A 
comunicação entre o bloco base e o computador é feita 
através de uma conexão USB. A figura 1 apresenta uma 
visão geral do processo.
Figura 1 Interconexão dos módulos.
3.1. A Cinta
Uma cinta totalmente nova foi desenvolvida durante 
esse projeto. Ela pode ser colocada em qualquer parte 
do corpo, preferencialmente nos membros, permetindo o 
monitoramento da pressão arterial. O propósito da nova 
cinta é se comportar como um aparelho de baixo 
consumo, tendo uma bateria interna de 1,5V e consumo 
de no máximo 500uA.
A cinta obtém os sinais do batimento cardíaco 
através de dois eletrodos posicionados no seu interior. 
Sendo obtida a pressão arterial pela amplitude dos picos 
do sinal e a freqüência cardíaca pelo tempo entre os dois 
picos [5].
A partir do sinal produzido pelo batimento cardíaco 
é gerado um trem de pulso com freqüência de 5KHz, 
acionado a cada batimento do usuário, o tempo de 
duração deste pulso é definido pela amplitude do sinal,
sendo equivalente a pressão arterial do indivíduo 
monitorado.
3.2. O Módulo Remoto
A central de captação remota é um dispositivo preso 
ao corpo do paciente e tem o intuito de monitorar os 
sinais transmitidos pela cinta, fazer a conversão da 
informação, armazená-la e retransmití-la a estação base 
quando esta requisitá-la.
O sinal da cinta é capturado por um circuito RLC 
(Resistor, Coil and Capacitor) e vai para um estágio de 
ganho e filtragem. No terceiro passo, um comparador de 
nível é utilizado para obter-se a pressão sangüínea. A 
informação vai, então, para um controlador que a 
armazenae espera um sinal do módulo base para 
transmitir. A figura 2 ilustra o diagrama em blocos do 
módulo remoto.
Figura 2 - Diagrama em blocos do módulo remoto.
Os quatro primeiros módulos são circuitos 
analógicos simples para captação e tratamento do sinal. 
O controlador do receptor local tem o intuito de prover 
um pré-processamento da informação antes desta ser 
enviada a base. Além disso, ele monitora o consumo de 
energia e o transceiver de RF permitindo um aumento 
da autonomia do equipamento.
Um transmissor RF comercial [6] é usado neste 
projeto. Os dados transmitidos têm um endereço 
específico para cada paciente, permitindo o máximo de 
32 pacientes. O controlador também liga e desliga o RF 
transceiver. Esta solução aumenta a autonomia, 
diminuindo o consumo de energia. Finalmente, a 
distância de transmissão entre os módulos remotos e 
base pode alcançar até 100 metros em lugares abertos.
3.3. O Módulo Base 
O módulo base é responsável por receber os dados 
de cada módulo remoto, interpretá-los, relacionando os 
dados com o seu paciente respectivo e ilustrando a 
Block 2
(base)RF Communication
 
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informação no programa de computador. Um alarme é 
programado se qualquer dado alcançar um limite 
perigoso. 
A comunicação com os módulos remotos é 
controlada utilizando uma estratégia de token. Cada 
módulo remoto possui um slot de tempo para transmitir 
a informação para a base. O módulo base agrupa as 
informações pedidas pelos módulos remotos e as envia 
para o software do computador, que analisa os dados, 
exibe-os para um usuário e aciona um alarme, se for o 
caso. 
A cada três transmissões, o módulo base também 
verifica quais dos módulos remotos estão ativos ou 
desativados e envia esta informação para o programa de 
computador que alerta o usuário sobre módulos remotos 
ativos que não estão monitorando. A figura 3 descreve o 
algoritmo para o módulo base. 
 
Figura 3 Fluxograma do módulo base. 
 
A comunicação entre os módulos remotos e o 
módulo base utiliza uma modulação FSK (Frequency 
Shift Keying) e os dados transmitidos usam um 
protocolo para prevenir erros. Na tabela 1, é apresentado 
o protocolo desenvolvido para controlar a comunicação. 
 
Dado Transmissor Receptor Descrição 
0xAA Base Remoto Sincroniza os módulos 
transmissor e receptor. 
 Base Remoto Primeiro caracter. 
Reconhecimento de 
início de comunicação. 
 Base Remoto Segundo caracter. Indica 
que o primeiro caracter 
não é trem de pulso. 
Address Base Remoto Endereço de modulo 
remote que terá 
permissão para enviar 
dados. 
0xAA Remoto Base Sincroniza os módulos 
transmissor e receptor. 
 Remoto Base Primeiro caracter. 
Reconhecimento de 
início de comunicação. 
Dados Remoto Base Envia dados de sinais 
vitais. 
 Remoto Base Final de transmissão. 
Tabela 1 Remote/Base module communication Protocol. 
 
4. Resultados 
 
Uma grande variedade de análises foi feita no 
equipamento desenvolvido. Estes experimentos tiveram 
o propósito de verificar algumas características do 
equipamento e analisar os seguintes requisitos: consumo 
de energia, distância da transmissão e tempo da 
transmissão. 
 
4.1. Consumo de Energia 
Foram feitos testes de consumo de energia com o 
objetivo de analisar o consumo atual e o tempo de 
funcionamento esperado do equipamento, i.e., a 
autonomia dos módulos remotos. O consumo de energia 
tem grandes mudanças em três situações: recepção, 
transmissão e stand-by. Por causa disso, os testes 
cobriram todas estas situações. 
 Foram executados testes de consumo de 
energia na cinta e nos módulos remotos. Não há 
necessidade de se preocupar com o gasto de energia do 
módulo base, pois ele recebe energia pela conexão USB 
do computador. 
 
4.1.1. Cinta 
Quando a cinta é conectada na pessoa, ela está no 
modo de transmissão. Caso contrário, se a mesma não 
receber nenhum sinal vital em três segundos, vai para o 
modo stand-by automaticamente. 
Três testes foram executados para analisar o 
consumo atual da cinta. Estes testes cobrem as situações 
em que ela é usada em tempo integral e com distância 
máxima, meio período em distância máxima e quando a 
cinta não é utilizada, i.e., é mantida em modo stand-by. 
Nos testes, a cinta foi monitorada desde a hora que 
começou a funcionar, até o momento em que não 
transmitiu mais dados. Na tabela 2, são apresentados os 
valores de tempo mínimos, médios e máximos. A partir 
desses valores, o consumo atual foi estimado pelos 
valores médios. 
 
Teste Mínimo 
(horas) 
Média 
(horas) 
Máximo 
(horas) 
Consumo
(uA) 
100% em modo de 
transmissão 
383 437 456 458 
50% em modo de 
transmissão 
457 753 812 266 
100% em stand-by 1015 1042 1057 192 
Tabela 2 Autonomia da cinta e consume atual (estimado).
 
4.1.2. Módulo Remoto 
 
Para o módulo remoto têm-se as três situações 
possíveis em modo recepção, transmissão e stand-by. 
Por este motivo, optou-se por realizar a avaliação em 
laboratório, medindo a corrente consumida diretamente 
pelo equipamento em cada instante. Para este teste 
foram realizadas trinta amostras, sendo apresentados na 
tabela 3 os valores de mínimo, máximo e médio 
novamente. Considerando-se que a tensão de 
alimentação da placa é de 3,3V a potência é 
razoavelmente baixa. 
 
4.2. Distância de Transmissão 
 
 
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O sistema tem dois conjuntos de comunicação sem 
fio: primeiro, a comunicação entre a cinta e o módulo 
remoto e segundo, a comunicação entre os módulos 
remotos e a base. Todas as distâncias foram analisadas 
em ambientes abertos e fechados. 
 
Teste Mínimo 
(mA) 
Média 
(mA) 
Máximo 
(mA) 
Consumo 
(mW) 
Transmissão 3,2 4,1 5,1 13,53 
Recepção 7,6 8,1 8,5 26,73 
Stand-by 0,06 0,08 0,15 0,264 
Tabela 3 Consumo atual do modulo remoto. 
 
4.2.1. Cinta/Módulo Remoto 
 
O objetivo do teste de transmissão entre a cinta e o 
módulo remoto foi encontrar a distância máxima 
alcançada sem nenhuma perda de trem de pulso. Já que 
a distância de transmissão entre esses módulos é 
pequena, não há diferença entre ambientes abertos e 
fechados. Trinta amostras foram realizadas. A distância 
máxima obtida foi 110 centímetros no melhor caso, em 
que a cinta e o módulo remoto estavam perpendiculares, 
e 80 centímetros no pior caso, em que a cinta e o 
módulo estavam paralelos um ao outro. 
 
4.2.2. Módulo Remoto e Base 
 
A comunicação entre os módulos remoto e base é 
mais crítica. Isto acontece porque os dois módulos não 
reconhecem a perda de transmissão. Esse teste também 
avaliou a distância máxima entre módulos sem nenhuma 
perda ou corrupção de dados. 
Para esse teste, os módulos se comunicam por cinco 
minutos com dados previamente conhecidos e no final, 
os dados recebidos e esperados foram comparados a 
procura de erros. Novamente, 30 amostras foram 
realizadas. A tabela 4 mostra as distâncias mínima, 
média e máxima para ambientes abertos e fechados. 
 
Ambiente Mínimo 
(metros) 
Média 
(metros) 
Máximo 
(metros) 
Fechado 53 62 67 
Aberto 92 101 110 
Tabela 4 Distância entre módulo remote e base. 
 
4.3. Tempo de Transmissão 
 
O tempo de transmissão é tão crítico quanto a 
distância de transmisão. Se o tempo for longo entre as 
amostras, os médicos não têm como avaliar o paciente e 
descobrir algum problema antecipadamente. Os pacotes 
de dados são pequenos, 16 bytes. O tempo de 
transmissão cresce na proporção em que o número de 
usuários aumenta. Na tabela 5, o tempo de transmissão 
para 1, 2, 8 e 32 usuários é apresentado. 
 
Usuários 1 2 8 32 
Tempo (ms) 53 106 416 1507 
Tabela 5 Tempo de transmissão X usuários conectados. 
 
5. Conclusão 
 
O objetivo principal do BAN é possibilitar o 
monitoramento remoto. Este artigo apresentou uma 
abordagem de monitoramento de grupo. Ele se 
diferencia de outros trabalhos porque a idéia é monitorar 
um grupo de pacientes em um hospital ou clínica ao 
mesmo tempo, possuindo apenas um receptor para até 
32 indivíduos. Não há necessidade de ter um par de 
transmissor/receptor para cada paciente,tornando o 
sistema economicamente acessível. A solução 
apresentada também involve transmissão sem fio, i.e., 
os sinais capturados são transferidos do módulo remoto 
do paciente para um módulo base via rádio freqüência.
Os resultados obtidos mostraram que os módulos 
remotos, consumem muito pouca energia. A distância 
média para a comunicação bem sucedida entre o módulo 
remoto e o módulo base é de 62 metros em lugares 
fechados e 101 metros ao ar livre. O tempo de 
transmissão varia entre 53 milisegundos, quando há 
apenas um paciente, e 1507 milisegundos, quando há 32 
pacientes. 
Trabalhos futuros incluem estudos que façam a 
soluçao viável em um ambiente remoto, como a casa do 
paciente. Neste caso, o plano é ter os módulos base e 
remoto se comunicando de uma forma regular, mas o 
módulo base também estaria conectado à Internet e 
transmitiria os dados captados em tempo real para uma 
clínica ou software de monitoramento em um servidor 
de hospital. 
 
References 
[1] Jafari R., Bajcsy R., Glaser S., Gnade S., Sgro M., Sastry 
-care Monitoring 
Confidence Medical Devices, Software, and Systems and 
Medical Device Plug-and-Play Interoperability, 2007. 
 
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 -Nursing 
International Conference On Robotics & Automation, 1998. 
 
[4] Jini Ming-
Implementation for Health Telecare and Diagnosis Assistance 
Conference on Parallel and Distributed Systems, 2005. 
 
: J. Wiley & Sons, 1998. 
 
-500 MHz Low-
 
http://www.semtech.com/pc/downloadDocument.do?navId=H
0,C1,C193,C194,C196,P2612&id=773. Last viewed: 
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