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1 [Digite aqui] UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL – UNICID CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Trabalho de conclusão de curso em Engenharia elétrica 2021 2 [Digite aqui] CAMILA MENDONÇA DA SILVA UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL – UNICID CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CAMILA MENDONÇA DA SILVA Sistema de monitoramento e alerta médico em UTI contra Sepse baseado em IoT São Paulo – SP 2021 3 [Digite aqui] CAMILA MENDONÇA DA SILVA Sistema de monitoramento e alerta médico em UTI contra Sepse baseado em IoT Trabalho apresentado a Universidade Cruzeiro Do Sul (Unicid) como pré-requisito para a obtenção de Certificado de Conclusão do Curso de Engenharia de Elétrica. Orientadores: Prof. Júlio Cesar Paes de Almeida Prof. Gabriel Baião São Paulo - SP 2021 4 [Digite aqui] AGRADECIMENTOS Desejo agradecer primeiramente a Deus e aos nossos dedicados orientadores Julio Cesar Paes de Almeida e Gabriel Baião, bem como a todos os professores e coordenador de nosso curso de engenharia elétrica por nos capacitar e transferir seus conhecimentos de modo ímpar, nos salvando da UTI da ignorância. Dedico também este trabalho a todos que lutam para manterem-se vivos em Unidades de Terapias Intensivas, aos familiares dos 50 milhões de pacientes vão à óbito anualmente e aos profissionais da saúde pela imensa contribuição que prestam diariamente ao tratamento da sepse, a principal causa de óbito de pacientes. 5 [Digite aqui] “Se você acha que educação é cara, experimente a ignorância.” Robert Orben https://www.pensador.com/autor/robert_orben/ 6 [Digite aqui] Sumário: 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 10 1.1 Justificativa ...................................................................................................... 11 1.2 Objetivo do trabalho ............................................ Erro! Indicador não definido. 1.3 Alcances e limitações ...................................................................................... 11 1.4 Metodologia de estudo........................................ Erro! Indicador não definido. 1.5 Cronograma ..................................................................................................... 11 2. REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................ 13 2.1 Fundamentação teórica ................................................................................... 11 2.2 Trabalhos relevantes realizados na área ............ Erro! Indicador não definido. 3. ESTUDO DE CASO .............................................................................................. 15 3.1 Situação problema ........................................................................................... 15 3.2 Etapas de desenvolvimento do estudo de caso ............................................... 15 4. RESULTADOS OBTIDOS .................................................................................... 26 4.1 Resultados obtidos .......................................................................................... 26 4.2 Discussão ........................................................................................................ 27 5. CONCLUSÃO E PROPOSTAS DE TRABALHO ................................................. 27 5.1 Conclusão ........................................................................................................ 27 5.2 Propostas de trabalhos futuros ........................................................................ 27 11. REFERÊNCIAS ................................................................................................... 28 12. FERRAMENTAS UTILIZADAS ........................................................................... 28 12. APÊNDICE .......................................................................................................... 30 7 [Digite aqui] Lista de Figuras Figura 01 ................................................................................................................... 14 Figura 02 ................................................................................................................... 15 Figura 03 ................................................................................................................... 16 Figura 04 ................................................................................................................... 16 Figura 05. .................................................................................................................. 17 Figura 06 ................................................................................................................... 17 Figura 07 ................................................................................................................... 17 Figura 08 ................................................................................................................... 18 Figura 09 ................................................................................................................... 19 Figura 10 ................................................................................................................... 19 Figura 11 ................................................................................................................... 19 Figura 12 ................................................................................................................... 20 Figura 13 ................................................................................................................... 20 Figura 14 ................................................................................................................... 21 Figura 15 ................................................................................................................... 23 Figura 16 ................................................................................................................... 23 Figura 17 ................................................................................................................... 25 Figura 18 ................................................................................................................... 25 Figura 19 ................................................................................................................... 26 8 [Digite aqui] Resumo A sepse (ou sépsis ou septicemia) conhecida como "assassina silenciosa" por ser muito difícil de ser detectada, quando acomete o paciente, este atinge um quadro de choque séptico, a pressão sanguínea cai para níveis baixos e perigosos, reduzindo a oxigenação de órgãos, comprometendo seu funcionamento. Os sinais mais sugestivos de infecção são febre ou diminuição da temperatura corporal, dificuldade para respirar, aumento da frequência cardíaca, sonolência, confusão mental, diminuição da produção de urina, pressão mais baixa que o normal, entre outros, devem ser prontamente valorizados, pois já denotam um comprometimento orgânico importante. Além disso a retenção urinária pode aumentar o risco de desenvolvimento de infecção do trato urinário e pode causar problemas renais. Então com o objetivo de mitigar asatuais 50 milhões de mortes anuais ocasionadas por Sepse, desenvolvemos um sistema que afere e monitora o paciente, e alerta a equipe médica no caso de um dos três principais fatores mais comuns que antecedem a morte por sepse: diminuição na produção de urina, diminuição da temperatura ou febre e aumento da frequência cardíaca. O projeto tem como proposta aferir e monitorar a pulsação cardíaca do paciente, temperatura corporal e existência de miccção de cada paciente, pois estes dados serão processados pelo Arduino e enviados com o uso de IoT, por meio de um sinal de alerta por email ou sms ao médico responsável pelo paciente sempre que essas leituras ultrapassem os valores críticos. Palavra-chave: Sepse; IoT; Monitoramento; Módulo WiFi. 9 [Digite aqui] Abstract Sepsis (or sepsis or septicemia) known as the "silent killer" because it is very difficult to be detected, when it affects the patient, he/she reaches a stage of septic shock, blood pressure drops to low and dangerous levels, reducing the oxygenation of organs , compromising its operation. The most suggestive signs of infection are fever or decreased body temperature, difficulty breathing, increased heart rate, drowsiness, mental confusion, decreased urine production, lower pressure than normal, among others, should be promptly valued, as already denote an important organic commitment. Furthermore, urinary retention can increase the risk of developing urinary tract infection and can cause kidney problems. So, in order to mitigate the current 50 million annual deaths caused by sepsis, we developed a system that measures and monitors the patient, and alerts the medical team in the case of one of the three most common factors that precede death from sepsis: decrease in urine production, decreased temperature or fever and increased heart rate The project proposes to measure and monitor the patient's heart rate, body temperature and the existence of urination for each patient, as this data will be processed by Arduino and sent using IoT, through an alert signal by email or sms to the physician responsible for the patient whenever these readings exceed the critical values. Keyword: Sepsis; IoT; Monitoring; WiFi module. 10 [Digite aqui] CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1. Justificativa Foi desenvolvido um sistema de monitoramento tem como finalidade monitorar sinais clínicos que muitas vezes quando não observados a tempo pela equipe médica. Este problema piora ainda mais no atual momento em que vivenciamos, diante do volume de pacientes acamados pela covid, que lotam UTI’s com um número reduzido de profissionais da saúde que precisam estar atentos a todo instante.E um problema muito comum encontrado em pacientes internados, é a sespe, que representa um desequilíbrio não corrigido, que pode ocorrer devido a disfunção única ou múltipla de órgãos e sistemas, associada à resposta do organismo frente á um agente infeccioso . Os sinais mais sugestivos de infecção são febre ou diminuição da temperatura corporal, dificuldade para respirar, aumento da frequência cardíaca, sonolência, confusão mental, diminuição da produção de urina, pressão mais baixa que o normal, entre outros, devem ser prontamente valorizados, pois já denotam um comprometimento orgânico importante. Além disso a retenção urinária pode aumentar o risco de desenvolvimento de infecção do trato urinário e pode causar problemas renais. Pacientes internados pode se tornar incapaz de esvaziar completamente a bexiga ou se tornar totalmente incapaz de urinar. Esse problema, chamado retenção urinária, pode ocorrer porque as pessoas: • Estão com dor após cirurgia • Estão utilizando medicamentos que causam retenção urinária • Precisam estar acamados por longos períodos (repouso no leito) • A retenção urinária ocorre com mais frequência em homens com mais de 50 anos devido ao aumento da próstata (hiperplasia prostática benigna), que interfere com a micção, sendo mais frequente conforme a idade aumenta em homens, especialmente após os 50 anos de idade. Os membros da equipe do hospital normalmente tentam identificar as pessoas que estão em risco de desenvolver retenção urinária para que possam adotar medidas para preveni-la. Geralmente, o risco é aumentado em idosos e em pessoas que apresentam apresentaram certos distúrbios, incluindo 11 [Digite aqui] aumento da próstata, incontinência urinária, constipação grave ou distúrbios que afetam os nervos envolvidos na micção como um acidente vascular cerebral, lesão da medula espinhal ou tumor.Se houver risco de retenção urinária, os membros da equipe definem um cronograma para micção, em que um membro da equipe comparece em intervalos de algumas horas para lembrar as pessoas que devem urinar ou checar se o paciente urinou. 1.2 Objetivo do Trabalho O objetivo geral deste trabalho é apresentar um protótipo de um sistema de monitoramento e alerta das funções básicas que levam à sepse do paciente acamado, pois frequência cardíaca alterada, temperatura baixa ou febre e falta de micção, são uns dos principais fatores que levam o paciente a óbito. Para este projeto foi desenvolvido o sistema de monitoramento da saúde de pacientes acamados em uma UTI, que dependem muitas vezes de monitoramento constante com registros de frequencia cardíaca do paciente, temperatura corporal e quantidade de urina de cada paciente que serão monitorados e enviados com um sinal de alerta por email/sms ao médico responsável pelo paciente sempre que essas leituras ultrapassem os valores críticos. As leituras de frequência de pulso, temperatura corporal são registradas no ThingSpeak e nas planilhas do Google para que a saúde do paciente possa ser monitorada de qualquer lugar do mundo pela Internet. Um botão também será anexado par que o paciente possa pressioná-lo na emergencia para enviar email/sms para seus familiares. 1.3 Alcances e limitações Será feito um projeto que não tem por objetivo substituir o conhecimento do profissional da saúde, mas sim uma ferramenta de apoio, monitoramento e alerta que avisará a equipe médica no caso de qualquer desvio do padrão considerado normal a este paciente acamado, podendo o profissional da saúde tomar as melhores decisões visando o bem estar e saúde do mesmo. Neste trabalho abordo como funciona um arduino e como programá-lo para podermos fazer um sistema de monitoramento e alerta por meio de IoT. 12 [Digite aqui] 1.4 Metodologia de estudo Por termos vivenciado este momento difícil da pandemia e ter precisado ir ao hospital, eu observei que eram muitos os pacientes e poucos os profissionais para monitorar todos os pacientes. Vez ou outra o médico questionava se o paciente x urinou e a equipe de enfermagem checava e informava o médico, então neste momento me indaguei se àquele seria uma boa oportunidade de automatizar de modo que tanto a equipe médica quanto o paciente fossem agraciados com um atendimento mais dinâmico e menos reativo. Diante do tema definido, realizei pesquisas em livros de medicina e sites médicos para compreensão melhor da sepse (infecção generalizada) e os pontos mais recorrentes que se levam a este quadro. Na sequência realizei pesquisas de mercado quanto aos tipos de sensores que poderia estar usando no projeto para detecção da temperatura do paciente no caso de febre ou hipotermia; o sensor de umidade para simular no caso do paciente ter ou não urinado e o sensor de pulso para análise da frequencia cardíaca do paciente, pois meu objetivo sempre foi realizar um protótipo do conceito baseando-me em uma situação real. O outro passo foi pesquisar quais as ferramentas e software eu usaria para criar o conceito de Iot, com envio de mensagem remotas,para tanto estudei o ThingSpeak e o IFTT, sendo que este último que seria de grande relevância para meu projeto, uma vez que diante de qualquer alerta/mudança seria enviado um sms à equipe médica que cuida do paciente em questões, porém esta ferramenta por algum motivo, ainda desconhecido, deixou de funcionar. 1.5 Cronograma 13 [Digite aqui] CAPÍTULO 2 REVISÃO DA LITERATURA 2.1 Fundamentação teórica O monitoramento da saúde é o maior problema no mundo de hoje. Devido à falta de monitoramento de saúde adequada, o paciente sofre e muitas vezes pagando com sua prória vida pela ineficiencia do trabalho ou falta de monitoramento por parte de profissionais da saúde, que devido a demanda, não dão conta de analisar detalhes constantemente de todos os enfermos instalados em uma Unidade Intensiva de Tratamento. Hoje muito se comenta de dispositivos Iot (Internet of Things) que monitoram a saúde do paciente pela internet e especialistas em saúde estão a cada dia aproveitando esses dispositivos inteligentes para ficar de olho em seus pacientes. Com inúmeras novas empresas de tecnologia de saúde, a Iot está revolucionando rapidamente o setor de saúde. Uma em cada 5 mortes no mundo é causada por sepse, conhecida também como "envenenamento do sangue" , que segundo estudo assinado por 24 pesquisadores de universidades de seis países baseado em registros médicos de 195 nações, 11 milhões de pessoas morrem todos os anos por causa de septicemia, mais do que as mortes por câncer. Entretanto estimam-se que o número real seja 50 milhões. A sepse é uma resposta sistêmica do organismo a uma infecção, que pode ser causada por bactérias, vírus, fungos ou protozoários. Normalmente, o sistema imunológico entra em ação para atacar a infecção e impedi-la de se espalhar. Entretanto se ela consegue avançar pelo corpo, a defesa do organismo lança uma resposta inflamatória sistêmica na 14 [Digite aqui] tentativa de combatê-la e o sistema imunológico pode entrar em colapso porque, ao combater uma infecção, passa também atacar outras partes do próprio corpo. Em última instância causa falência de órgãos, e sobreviventes podem ter graves sequelas. Quando não diagnosticada e tratada rapidamente, ela pode comprometer o funcionamento de um ou vários órgãos do paciente e levar à morte. Quando o paciente atinge um quadro de choque séptico, a pressão sanguínea cai para níveis baixos e perigosos, reduzindo a oxigenação de órgãos, comprometendo seu funcionamento. Estimativas globais anteriores, que chegavam a 19 milhões de casos e 5 milhões de mortes por ano, se baseavam apenas em alguns países ocidentais, mas um estudo realizado pela Universidade de Washington, publicada na revista científica Lancet e baseada em registros médicos de 195 nações, fala em 49 milhões de casos por ano. Figura 1: https://www.thelancet.com/clinical/diseases/sepsis 2.2 Trabalhos relevantes realizados na área Para que ficasse mais claro alguns conceitos técnicos, eu procurei estudar projetos que não tinham a mesma aplicação descrita neste projeto, porém que analogamente poderia me auxiliar no desenvolvimento. Tais como: Uso do sensor de umidade baseei-me em um estudo de fechamento de janelas automatizadas quando houvesse detecção de umidade/chuva. Uso do sensor de tempetura como termômetro, foi embasado em desenvolvimento de aumento de temperatura simples com o LM35 https://flaviobabos.com.br/sensor-de-temperatura-arduino/ https://www.thelancet.com/clinical/diseases/sepsis https://flaviobabos.com.br/sensor-de-temperatura-arduino/ 15 [Digite aqui] CAPÍTULO 3 ESTUDO DE CASO 3.1 Situações problemas A motivação deste projeto se originou em uma visita a um hospital na época que a covid estava ceifando inúmeras vidas. Então a proposta é mitigar as atuais 49 milhões de mortes anuais ocasionadas por Sepse, desenvolvemos um sistema que afere e monitora o paciente, e alerta a equipe médica no caso de um dos três principais fatores mais comuns que antecedem a morte por sepse: diminuição na produção de urina, diminuição da temperatura ou febre e aumento da frequência cardíaca. O projeto tem como proposta aferir e monitorar a pulsação cardíaca do paciente, temperatura corporal e existência de miccção de cada paciente, pois estes dados serão processados pelo Arduino e enviados com o uso de IoT, por meio de um sinal de alerta via painel eletrônico e posteriormente via sms. 3.2 Etapas do desenvolvimento do estudo de caso Segue fluxograma do desenvolvimento: Figura 2: Figura própria 16 [Digite aqui] 3.2.1 Diagrama do circuito de alerta de pulsos cardíacos e temperatura Na figura abaixo está visível à ligação dos dispositivos montado no fritzing um programa contendo inúmeras ferramentas como esquemático e visualização de peças como visto abaixo. Figura 3: Figura própria 3.2.3 Diagrama do circuito de monitoramento e volume de micção: Figura 4: Figura própria 17 [Digite aqui] Figura 5: Figura própria O sensor de nível de água com Arduino. O projeto não requer o uso de transistores para aumentar a corrente. A implementação requer apenas fios, uma placa Arduino e resistores (10k… 100k). O truque é usar a propriedade de condutividade da água. De fato, usamos uma barra condutora (ou fio) injetada na caixa d’água. O nível é detectado pelo contato da água com a ponta (condutora) do fio que lhe corresponde. Existem duas situações: Figura 6: Figura própria Quando a ponta (ponta do fio de nível) não tem contato com água: neste caso, a entrada analógica Ax (A0… À3) vê a tensão nos terminais de resistência de 10 K, é igual em 0V (entrada de ar). Figura 7: Figura própria 18 [Digite aqui] Quando a ponta (ponta do fio de nível) está em contato com a água: No caso em que a água é considerada um condutor perfeito, a ponta vermelha do fio do tanque vê uma tensão igual a 5V, pois a água é fornecida com tensão igual a 5V. Na prática, o valor da tensão é menor que 5V. Em nosso exemplo, escolhemos um limite de cerca de 1,9V. Figura 8: Figura própria O projeto usará 4 LEDs vermelhos indicando o nível de água. Os fios utilizados devem ser impermeáveis e descascados apenas na extremidade (ponta vermelha). Se o fio não for à prova d’água, existe o risco de um LED permanentemente aceso. O número de níveis do nosso projeto é 4, mas podem adicionar mais. 3.2.4 Plataforma Arduino Uno O Arduino é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre e de placa única, projetada com um micro controlador Atmel AVR com suporte de entrada/saída embutido, uma linguagem de programação padrão, a qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++. O objetivo do projeto é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de usar por artistas e amadores. Principalmente para aqueles que não teriam alcance aos controladores mais sofisticados e de ferramentas mais complicadas. No projeto o Arduino Uno usa o microcontrolador da ATMEL328. Este Circuito Integrado é ideal para embarcar seu projeto em placas de circuito impresso PCB, em protoboards para simular o Arduino ou em protótipos e https://pt.wikipedia.org/wiki/Prot%C3%B3tipo https://pt.wikipedia.org/wiki/Hardware_livre https://pt.wikipedia.org/wiki/Hardware_livre https://pt.wikipedia.org/wiki/Computadores_de_placa_%C3%BAnica https://pt.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador https://pt.wikipedia.org/wiki/Atmel_AVR https://pt.wikipedia.org/wiki/Entrada/sa%C3%ADda https://pt.wikipedia.org/wiki/Linguagem_de_programa%C3%A7%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Wiring https://pt.wikipedia.org/wiki/C_(linguagem_de_programa%C3%A7%C3%A3o) https://pt.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B 19 [Digite aqui] projetos inseridos em placa. O Atmega328 é utilizado nasplacas do Arduino UNO R3 podendo ser substituído por este microcontrolador. Figura 9: https://www.magazineluiza.com.br/microcontrolador-atmega328-p-pu-ci-chip-compativel-com-arduino-uno-dip28- atmel/p/bea61e89e4/rc/rcnm/ Figura 10: http://www.ezuim.com/arduino/arduino.html 3.2.5 Sensor de frequência de pulso Figura 11: https://www.casadarobotica.com/sensores-modulos/sensores/outros/sensor-de-batimento- cardiaco-monitor-de-pulso O sensor de pulso é um sensor de frequência cardíaca plug-and-play bem projetado para Arduino. Este sensor se prende à ponta do dedo ou ao lóbulo da orelha e se conecta diretamente ao Arduino. Ele também inclui um aplicativo de monitoramento de código aberto que respresenta graficamente seu pulso em tempo real. A parte frontal do sensor é coberta com o logotipo em forma de coração. Esse é o lado que entra em contato com a pele. Na frente existe um orifício redondo, que pe onde o LED brilha por trás, e também há um pequeno quadrado logo abaixo do LED. O quadrado é um sensor de luz ambiente, https://www.magazineluiza.com.br/microcontrolador-atmega328-p-pu-ci-chip-compativel-com-arduino-uno-dip28-atmel/p/bea61e89e4/rc/rcnm/ https://www.magazineluiza.com.br/microcontrolador-atmega328-p-pu-ci-chip-compativel-com-arduino-uno-dip28-atmel/p/bea61e89e4/rc/rcnm/ http://www.ezuim.com/arduino/arduino.html 20 [Digite aqui] exatamente igual ao usado em celulares, tablets e laptops, para ajustar o brilho da tela em diferentes condições de luz. O LED ilumina a ponta do dedo ou lóbulo da orelha, ou outro tecido capilar,e o sensor lê a quantidade de luz que é refletida de volta. É assim que calcula a frequencia cardíaca. O outro lado do sensor é onde o resto das peças são montadas. Essencialmente combina um sensor de ritmo cardíaco óptico simples, com amplificação e circuito de cancelamento de ruído tornando-o rápido e fácil de obter leituras de impulso de confiança. Além disso, ele consome apenas 4 mA em 5V e por isso é ótimo para aplicações móveis. Para utilizar prenda o sensor de pulsações no seu lóbulo da orelha ou ponta do dedo e ligue em 3 ou 5 Volt do Arduino Figura 12: https://www.roboelements.com/product/heart-beat-detector-module-pulse-sensor-arduino/ Sites fora do país recomendam proteger o lado exposto do sensor para que possamos obter leituras precisas e evitar o curto-circuito devido ao suor. Vendando ou com uma filta velcro ou isolante. Especificações: - Alimentação: 3,3V ou 5V; - Ligação: S = Sinal, + = Vcc (3,3V ou 5V) e - = GND; – Sensor ótico integrado; – Dimensões: 16 x 2,7mm; – Fácil conexão com o microcontrolador; 3.2.6 Sensor de temperature LM35 Figura 13: https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-temperatura-lm35.html 21 [Digite aqui] Figura 14: https://www.manualdaeletronica.com.br/sensor-temperatura-lm35-caracteristicas-aplicacoes/ De acordo com as informações contidas no datasheet do LM35, é um sensor de temperatura linear analógico podemos tirar todas as informações úteis do componente. Este sensor de temperatura produz um sinal de tensão que varia 10mV para cada ºC, sendo que ele é capaz de operar em uma escala de temperatura que pode variar entre -55ºC até 150ºC. A tensão de saída varia em 10mV em resposta a cada aumento ou queda de temperatura ºC. Ele pode ser operado com alimentação de 5V bem como de 3,3V e a corrente de espera é inferior a 60uA. A proximidade entre o resultado medido e o verdadeiro valor do sinal produzido pode variar de + -0,4ºC até + -1,5ºC. Vale a pena destacar que a precisão do LM35 varia conforme as condições de tensão, corrente e temperatura. Essas informações podem ser encontradas no datasheet do dispositivo. Outra característica bem interessante do sensor LM35 é que ele extrai uma corrente da fonte de apenas 60μA, que em determinadas condições resulta em um auto-aquecimento extremamente baixo, menos de 0.1ºC. Em aplicações que a precisão é importante, essa variação de temperatura do LM35 deve ser levada em consideração..Mais um detalhe importante sobre este sensor, que ele geralmente é um componente muito pequeno, embora o LM35 tenha diversos encapsulamentos. Na imagem, siga SEGUE alguns detalhes sobre os tipos de encapsulamentos do LM35. Especificações técnicas: - CI: LM35DZ; - Tensão de Operação: 4 a 20VDC; - Corrente de Operação: < 60mA; - Faixa de Medição: 0° a 100°C; - Precisão: ±0,5°C; 23 [Digite aqui] - Sensibilidade: 10mV/ºC. 3.2.7 Módulo WiFi ESP8266-01 Figura 15: https://natalmakers.lojaintegrada.com.br/modulo-wifi-esp8266-esp-01 A maioria das pessoas chama de ESP8266 como um módulo WIFI, mas na verdade é um microcontrolador. ESP8266 é o nome do microcontrolador desenvolvido pela Espressif Systems, uma emresa com sede em Xangai. Este microcontrolador tem a capacidade de realizar atividade realacionadas a WIFI, portanto, é amplamente usado como um módulo de WIFI. O módulo pode funcionar tanto como um ponto de acesso (pode criar hotspot) e como uma estação (pode se conectar a Wi-Fi), portanto, pode facilmente buscar dados e enviá-los para a internet tornando a Internet das Coisas o mais fácil possível. Ele também pode buscar dados da Internet usando APIs, portanto, seu projeto pode acessar qualquer informação que esteja disponível na Internet, tornando-o mais inteligente. Outro recurso interessante deste módulo é que ele pode ser programado usando o IDE do Arduino, o que o torna muito mais amigável. Figura 16: Google O módulo ESP8266 funciona apenas com 3,3 V, qualquer coisa acima de 3,7 V mataria o módulo, portanto, tome cuidado com seus circuitos. O ESP8266 é muito simples e não suporta protocolo SSL ou comunicação por SPI (apenas por UART) mas cumpre perfeitamente o seu https://natalmakers.lojaintegrada.com.br/modulo-wifi-esp8266-esp-01 24 [Digite aqui] papel em conjunto com qualquer projeto com microcontroladores onde seja necessário aceder a uma rede Wifi de forma simples e económica. Como ele não possui um regulador embutido na placa, se for usado com o Arduino, é necessário um regulador de tensão de 3V. Possui um protocolo de AT simples que o torna funcional em poucos minutos sem complicações. Ele também é oficialmente compatível com o IDE do Arduino a partir da versão 1.0.6, portanto, também tem uma grande comunidade de usuários. Possui antena integrada na placa, embora seja um dispositivo que funciona exclusivamente a 3V, logo não pode ser conectado a placas que operem a 5V sob risco de danificar o módulo. Se o módulo não tiver escrito como na foto "Al-Cloudd insid8", ele pode ser falsificado e não funcionar.Existem duas maneiras de trabalhar com o módulo ESP8266. Uma e o comando AT e a outra é usando o IDE do Arduino. Nosso projeto de monitoramento usamos os comandos AT para enviar os dados do Arduino para o ESP. Especificações técnicas: – Chip: ESP8266 – Modelo: ESP-01 – Tensão de operação: 3,3V – Suporte à redes: 802.11 b/g/n – Alcance: 90m aprox. – Comunicação: Serial (TX/RX) – Suporta comunicação TCP e UDP – Conectores: GPIO, I2C, SPI, UART, Entrada ADC, Saída PWM e Sensor de Temperatura interno. – Modo de segurança: OPEN/WEP/WPA_PSK/WPA2_PSK/WPA_WPA2_PSK – Dimensões: 25 x 14 x 1mm – Peso: 7g 25 [Digite aqui] 3.2.8 Display LCD Figura 17: http://blog.filipeflop.com/display/controlando-um-lcd-16x2-com-arduino.html Esse display LCD tem 16 colunas e 2 linhas, com backlight (luz de fundo) azul e letras na cor preta. Para conexão, são 16 pinos, dos quais usamos 12 para uma conexão básica, já incluindo as conexões de alimentação (pinos 1 e 2), backlight (pinos 15 e 16) e contraste (pino 3). Esse tipo de display podefuncionar em 4 bits usando apenas 4 pinos digitais os D0, D1, D2 e D3, ou com 8 bits usando todos os pinos de dados D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6 e D7. O display no modo de 8 bits tem um ganho de performance. Como é sempre bom usar menos pinos para que depois posamos expandir o projeto ou adicionar outros dispositivos usaremos o modelo de 4 bits. 3.2.9 Sensor de nível Figura 18: https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1183212810-sensor-de-nivel-de-agua-profundidade-para-arduino-pic- _JM?matt_tool=87716990&matt_word=&matt_source=google&matt_campaign_id=12413740998&matt_ad_group_id=119070072438&matt_match_type=&matt_network=g&matt_device=c&matt_creative=500702333978&matt_keyword=&ma tt_ad_position=&matt_ad_type=pla&matt_merchant_id=250230285&matt_product_id=MLB1183212810&matt_product_partition_id=337120033364&matt_target_id=pla- 337120033364&gclid=Cj0KCQjwnueFBhChARIsAPu3YkT4DIRoaWAe1Yaou2SI3QoFpt_QEzYM6E__C1YKZmMCH0OY8wpX70saAtBXEALw_wcB O Sensor de Nível de Água Analógico Para Arduino é um módulo eletrônico de que pode ser usado nos diversos tipos de projetos eletrônicos que detectar a presença de água em um determinado lugar ou reservatório. É um produto com interface simples, que o torna acessível para todos os níveis de conhecimentos.O sensor é submetido a processos químicos para aumentar sua condutividade elétrica e resistência à corrosão, assim o produto terá maior vida útil.Os pinos do sensor não devem ser submergidos na água, sob risco de curto-circuito. http://blog.filipeflop.com/display/controlando-um-lcd-16x2-com-arduino.html https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1183212810-sensor-de-nivel-de-agua-profundidade-para-arduino-pic-_JM?matt_tool=87716990&matt_word=&matt_source=google&matt_campaign_id=12413740998&matt_ad_group_id=119070072438&matt_match_type=&matt_network=g&matt_device=c&matt_creative=500702333978&matt_keyword=&matt_ad_position=&matt_ad_type=pla&matt_merchant_id=250230285&matt_product_id=MLB1183212810&matt_product_partition_id=337120033364&matt_target_id=pla-337120033364&gclid=Cj0KCQjwnueFBhChARIsAPu3YkT4DIRoaWAe1Yaou2SI3QoFpt_QEzYM6E__C1YKZmMCH0OY8wpX70saAtBXEALw_wcB https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1183212810-sensor-de-nivel-de-agua-profundidade-para-arduino-pic-_JM?matt_tool=87716990&matt_word=&matt_source=google&matt_campaign_id=12413740998&matt_ad_group_id=119070072438&matt_match_type=&matt_network=g&matt_device=c&matt_creative=500702333978&matt_keyword=&matt_ad_position=&matt_ad_type=pla&matt_merchant_id=250230285&matt_product_id=MLB1183212810&matt_product_partition_id=337120033364&matt_target_id=pla-337120033364&gclid=Cj0KCQjwnueFBhChARIsAPu3YkT4DIRoaWAe1Yaou2SI3QoFpt_QEzYM6E__C1YKZmMCH0OY8wpX70saAtBXEALw_wcB https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1183212810-sensor-de-nivel-de-agua-profundidade-para-arduino-pic-_JM?matt_tool=87716990&matt_word=&matt_source=google&matt_campaign_id=12413740998&matt_ad_group_id=119070072438&matt_match_type=&matt_network=g&matt_device=c&matt_creative=500702333978&matt_keyword=&matt_ad_position=&matt_ad_type=pla&matt_merchant_id=250230285&matt_product_id=MLB1183212810&matt_product_partition_id=337120033364&matt_target_id=pla-337120033364&gclid=Cj0KCQjwnueFBhChARIsAPu3YkT4DIRoaWAe1Yaou2SI3QoFpt_QEzYM6E__C1YKZmMCH0OY8wpX70saAtBXEALw_wcB https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1183212810-sensor-de-nivel-de-agua-profundidade-para-arduino-pic-_JM?matt_tool=87716990&matt_word=&matt_source=google&matt_campaign_id=12413740998&matt_ad_group_id=119070072438&matt_match_type=&matt_network=g&matt_device=c&matt_creative=500702333978&matt_keyword=&matt_ad_position=&matt_ad_type=pla&matt_merchant_id=250230285&matt_product_id=MLB1183212810&matt_product_partition_id=337120033364&matt_target_id=pla-337120033364&gclid=Cj0KCQjwnueFBhChARIsAPu3YkT4DIRoaWAe1Yaou2SI3QoFpt_QEzYM6E__C1YKZmMCH0OY8wpX70saAtBXEALw_wcB 26 [Digite aqui] CAPÍTULO 4 RESULTADOS OBTIDOS 4.1 Situações problemas A parte de testes e resultados alcançados foi dividida em duas partes. Primeiramente, a parte dos testes unitários, da captação dos dados de temperatura e umidade, teste de comunicação com ESP8266, teste do sensor de nível de umidade, pulso e temperatura. Após a finalização dos testes unitários, realizou-se a segunda parte com a homologação do protótipo. Figura 19: Figura própria Alguns componentes o grupo já tínha, outros precisamos comprar. Dentre as lojas na Santa Efigênia a mais em conta foram: • Dabi Eletrônica: componentes eletrônicos diversos • Baú da eletrônica e Mamute: componentes voltados a interface com Arduino Nome dos Componentes Descrição QTD Custo 1 Placa Arduino Uno Arduino UNO/Nano ou qualquer outra placa 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/arduino-uno-r3.html R$ 87,02 2 ESP8266-01 Módulo Wifi ESP8266-01 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/modulo-wifi-esp8266- serial.html R$ 24,90 3 LCD Display Display LCD 16×2 JHD162A 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/display-lcd-16x2- azul.html R$ 20,90 4 Potenciômetro Valor 10KΩ 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/potenciometro-linear-de- 10k-10000.html R$ 1,70 5 Sensor cardiaco Sensor de frequência cardíacas 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/sensor-de-frequencia- cardiaca.html R$ 34,10 https://www.baudaeletronica.com.br/arduino-uno-r3.html https://www.baudaeletronica.com.br/arduino-uno-r3.html https://www.baudaeletronica.com.br/modulo-wifi-esp8266-serial.html https://www.baudaeletronica.com.br/modulo-wifi-esp8266-serial.html https://www.baudaeletronica.com.br/modulo-wifi-esp8266-serial.html https://www.baudaeletronica.com.br/display-lcd-16x2-azul.html https://www.baudaeletronica.com.br/display-lcd-16x2-azul.html https://www.baudaeletronica.com.br/display-lcd-16x2-azul.html https://www.baudaeletronica.com.br/potenciometro-linear-de-10k-10000.html https://www.baudaeletronica.com.br/potenciometro-linear-de-10k-10000.html https://www.baudaeletronica.com.br/potenciometro-linear-de-10k-10000.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-frequencia-cardiaca.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-frequencia-cardiaca.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-frequencia-cardiaca.html 27 [Digite aqui] 4.2 Discussão Baseado nos resultados dos testes realizados é possível concluir que o objetivo foi alcançado parcialmente, uma vez que o sensor de temperatura não era o ideal esbarrando no custo financeiro, logo a precisão não era exata, tal como o sensor de pulso que tem um range de falha também, até por não ser profissional. O sensor de umidade funcionou bem, usei um copo d’agua para realização dos testes. Já o sistema ThinkSpeak funcionou, porém seria necessários mais ajustes técnicos para que ficasse de acordo com o que desejei inicalmente. CAPÍTULO 5 CONCLUSÃO E PROPOSTAS FUTURAS DE TRABALHO 5.1 Conclusão O projeto ao meu ver alcançou parcialmente os 5.2 Propostas de trabalhos futuros O sistema desenvolvido é limitado pela distância de comunicação do WIFI, considerando o local. Um estudo de viabilidade deve ser realizado devido à necessidade de componentes mais potentes e incluirei o uso de um aplicativo desenvolvido no MIT App Inventor ou Blynk. 6 Sensor de nível Sensor de nível de água analógico 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/sensor-de-nivel-de- agua-analogico-para- arduino.html R$ 9,50 7 Sensor LM35 Sensor de temperatura 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/sensor-de-temperatura- lm35.html R$ 10,19 8 Chave Chave Táctil 6x6x4,3mm 4 Terminais 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/chave-tactil-6x6x4-3mm- 4-terminais.html R$ 0,13 9 Resistor 2KΩ 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/resistor-2k-5-1-4w.html R$ 0,06 10 Resistor 1KΩ 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/resistor-1k-5-1-4w.html R$ 0,06 11 Resistor 100Ω 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/resistor-100r-5-1- 4w.html R$ 0,08 12 LED LED difuso 5mm vermelho 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/led-difuso-5mm-vermelho.html R$ 0,24 13 Fios de Conexão Fios de Conexão 10-20 https://www.baudaeletronica.c om.br/jumper-premium-40p-x- 20cm-macho-femea.html R$ 8,90 14 ProtoBoard Matriz de contato 400 pontos 1 https://www.baudaeletronica.c om.br/protoboard-400- pontos.html R$ 12,27 Custo total R$ 240,00 https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-nivel-de-agua-analogico-para-arduino.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-nivel-de-agua-analogico-para-arduino.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-nivel-de-agua-analogico-para-arduino.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-nivel-de-agua-analogico-para-arduino.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-temperatura-lm35.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-temperatura-lm35.html https://www.baudaeletronica.com.br/sensor-de-temperatura-lm35.html https://www.baudaeletronica.com.br/chave-tactil-6x6x4-3mm-4-terminais.html https://www.baudaeletronica.com.br/chave-tactil-6x6x4-3mm-4-terminais.html https://www.baudaeletronica.com.br/chave-tactil-6x6x4-3mm-4-terminais.html https://www.baudaeletronica.com.br/resistor-2k-5-1-4w.html https://www.baudaeletronica.com.br/resistor-2k-5-1-4w.html https://www.baudaeletronica.com.br/resistor-1k-5-1-4w.html https://www.baudaeletronica.com.br/resistor-1k-5-1-4w.html https://www.baudaeletronica.com.br/resistor-100r-5-1-4w.html https://www.baudaeletronica.com.br/resistor-100r-5-1-4w.html https://www.baudaeletronica.com.br/resistor-100r-5-1-4w.html https://www.baudaeletronica.com.br/led-difuso-5mm-vermelho.html https://www.baudaeletronica.com.br/led-difuso-5mm-vermelho.html https://www.baudaeletronica.com.br/led-difuso-5mm-vermelho.html https://www.baudaeletronica.com.br/jumper-premium-40p-x-20cm-macho-femea.html https://www.baudaeletronica.com.br/jumper-premium-40p-x-20cm-macho-femea.html https://www.baudaeletronica.com.br/jumper-premium-40p-x-20cm-macho-femea.html https://www.baudaeletronica.com.br/protoboard-400-pontos.html https://www.baudaeletronica.com.br/protoboard-400-pontos.html https://www.baudaeletronica.com.br/protoboard-400-pontos.html 28 [Digite aqui] REFERÊNCIAS Lancet. A case of sepsis in a 17th century man from Porto Ercole https://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(18)30726-6/fulltext. Acessado em: 18/09/2021 Lancet. Seminar Sepsis https://www.thelancet.com/clinical/diseases/sepsis Acessado em: 23/10/2021 Hospital Albert Einstein. Mas o que é sepse? https://www.einstein.br/doencas-sintomas/sepse-hemodinamica Acessado em: 23/10/2021 13/9 Dia Mundial da Sepse https://bvsms.saude.gov.br/13-9-dia-mundial-da-sepse-2/ Acessado em: 14/09/2021 Filipeflop. CONTROLANDO UM LCD 16×2 COM ARDUINO https://www.filipeflop.com/blog/controlando-um-lcd-16x2-com-arduino/ Acessado em: 03/10/2021 Filipeflop. Monitore o volume na sua caixa d’água https://www.filipeflop.com/blog/monitore-o-volume-na-sua-caixa-dagua/ Acessado em: 17/08/2021 Arduinoecia. Ligando display LCD 16x2 em modo 8 bits. http://www.arduinoecia.com.br/2014/01/ligando-display-lcd-16x2-em-modo-8-bits.html. Acessado em: 11/09/2021 Edgar Zuim. Apostila - Configurações, operações e comandos básicos do Arduino http://www.ezuim.com/arduino/arduino.html Acessado em: 04/10/2021 Edgar Zuim. You Tube - DISPLAY DE 7 SEGMENTOS NO ARDUINO https://youtu.be/PE8-CkXPfwY Acessado em: 11/11/2021 Embarcados. Apresentando o módulo ESP8266 https://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(18)30726-6/fulltext https://www.thelancet.com/clinical/diseases/sepsis https://www.einstein.br/doencas-sintomas/sepse-hemodinamica https://bvsms.saude.gov.br/13-9-dia-mundial-da-sepse-2/ https://www.filipeflop.com/blog/controlando-um-lcd-16x2-com-arduino/ https://www.filipeflop.com/blog/monitore-o-volume-na-sua-caixa-dagua/ http://www.arduinoecia.com.br/2014/01/ligando-display-lcd-16x2-em-modo-8-bits.html http://www.ezuim.com/arduino/arduino.html https://youtu.be/PE8-CkXPfwY 29 [Digite aqui] https://www.embarcados.com.br/modulo-esp8266/ Acessado em: 21/09/2021 Livro Sepse / editores Fabiano Pinheiro da Silva, Irineu Tadeu Velasco ; [ilustrador Sirio Braz Cançado]. --Barueri, SP : Manole, 2007 FERRAMENTAS UTILIZADAS: Thingspeak: https://thingspeak.com/login/mwa- sso?uri=https%3A%2F%2Fthingspeak.com%2F&tx_id=eR7yMeQndMgQBXD0XuXy Fritzing: https://fritzing.org/download/ Arduino IDE: https://www.arduino.cc/en/software APÊNDICE https://www.embarcados.com.br/modulo-esp8266/ https://thingspeak.com/login/mwa-sso?uri=https%3A%2F%2Fthingspeak.com%2F&tx_id=eR7yMeQndMgQBXD0XuXy https://thingspeak.com/login/mwa-sso?uri=https%3A%2F%2Fthingspeak.com%2F&tx_id=eR7yMeQndMgQBXD0XuXy https://fritzing.org/download/ https://www.arduino.cc/en/software 30 [Digite aqui] Código do cabeçalho do programa utilizado para a interface. Sketch do sensor monitoramento cardíaco e temperatura: #include <SoftwareSerial.h> #define DEBUG true SoftwareSerial esp8266(9,10); #include <LiquidCrystal.h> #include <stdlib.h> LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2); #define SSID "Alexahome" // "SSID-WiFiname" #define PASS "98765432" // "password" #define IP "184.106.153.149"// thingspeak.com ip String msg = "GET /update?key=W86OQNB83XEQIMN4"; float temp; int hum; String tempC; int error; int pulsePin = 0; int blinkPin = 7; int fadePin = 5; int fadeRate = 0; volatile int BPM; volatile int Signal; volatile int IBI = 600; volatile boolean Pulse = false; volatile boolean QS = false; static boolean serialVisual = true; volatile int rate[10]; volatile unsigned long sampleCounter = 0; volatile unsigned long lastBeatTime = 0; volatile int P =512; volatile int T = 512; volatile int thresh = 525; volatile int amp = 100; volatile boolean firstBeat = true; volatile boolean secondBeat = false; void setup() { lcd.begin(16, 2); lcd.print("Connecting..."); Serial.begin(9600); esp8266.begin(9600); 31 [Digite aqui] Serial.println("AT"); esp8266.println("AT"); delay(5000); if(esp8266.find("OK")){ connectWiFi(); } interruptSetup(); } void loop(){ lcd.clear(); start: error=0; lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("BPM = "); lcd.print(BPM); delay (100); lcd.setCursor(0, 1); delay(1000); updatebeat(); if (error==1){ goto start; } delay(1000); } void updatebeat(){ String cmd = "AT+CIPSTART=\"TCP\",\""; cmd += IP; cmd += "\",80"; Serial.println(cmd); esp8266.println(cmd); delay(2000); if(esp8266.find("Error")){ return; } cmd = msg ; cmd += "&field1="; cmd += BPM; cmd += "\r\n"; Serial.print("AT+CIPSEND="); esp8266.print("AT+CIPSEND="); Serial.println(cmd.length()); esp8266.println(cmd.length()); if(esp8266.find(">")){ 32 [Digite aqui] Serial.print(cmd); esp8266.print(cmd); }else{ Serial.println("AT+CIPCLOSE"); esp8266.println("AT+CIPCLOSE"); error=1; } } boolean connectWiFi(){ Serial.println("AT+CWMODE=1"); esp8266.println("AT+CWMODE=1"); delay(2000); String cmd="AT+CWJAP=\""; cmd+=SSID; cmd+="\",\""; cmd+=PASS; cmd+="\""; Serial.println(cmd); esp8266.println(cmd); delay(5000); if(esp8266.find("OK")){ Serial.println("OK"); return true; }else{ return false; } } void interruptSetup(){ TCCR2A = 0x02; TCCR2B = 0x06; OCR2A = 0X7C; TIMSK2 = 0x02; sei(); ISR(TIMER2_COMPA_vect){ cli(); Signal = analogRead(pulsePin); sampleCounter += 2; int N = sampleCounter - lastBeatTime; if(Signal < thresh && N > (IBI/5)*3 if (Signal < T){ T = Signal; } } 33 [Digite aqui] if(Signal > thresh && Signal > P){ P = Signal; } if (N > 250){ if ( (Signal > thresh) && (Pulse == false) && (N > (IBI/5)*3) ){ Pulse = true; digitalWrite(blinkPin,HIGH); IBI =sampleCounter - lastBeatTime; lastBeatTime = sampleCounter; if(secondBeat){ secondBeat = false; for(int i=0; i<=9; i++){ rate[i] = IBI; } } if(firstBeat){ firstBeat = false; secondBeat = true; sei(); // return; // } word runningTotal = 0; for(int i=0; i<=8; i++){ rate[i] = rate[i+1]; runningTotal += rate[i]; } rate[9] = IBI; runningTotal += rate[9]; runningTotal /= 10; BPM = 60000/runningTotal; QS = true; } } if (Signal < thresh && Pulse == true){ digitalWrite(blinkPin,LOW); Pulse = false; amp = P - T; thresh = amp/2 + T; P = thresh; T = thresh; } if (N > 2500){ thresh = 512; P = 512; 34 [Digite aqui] T = 512; lastBeatTime = sampleCounter; firstBeat = true; secondBeat = false; } sei(); } 35 [Digite aqui]
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