Биомедицинский монитор на MAX32620FTHR с питанием от тепла тела

Компоненты и материалы

Arduino Mini 05	×1
Maxim Integrated MAX32620FTHR	×1
Датчик температуры LM35	×1
Датчик пульса (Heart Rate Sensor)	×1
Пельтье элемент (ТЭЦ)	×1
Ферритовое кольцо на кабеле	×1
Биполярный транзистор NPN (общего назначения)	×1
Резистор 1 кОм	×1
Провод (по необходимости)	×1
Bluetooth-модуль HC-06	×1

Инструменты

• Компьютер
• Паяльная станция
• Инструменты
• Смартфон

Программное обеспечение и сервисы

• Fritzing
• Arduino IDE
• MIT App Inventor

О проекте

История

На планете миллионы вызовов для выживания и повышения качества жизни. О здоровье думаем в контексте работы, общества, заботы о старших, но есть проблемы, которые остаются незамеченными.

Каждый день умирает около 29 000 детей (21 в минуту), преимущественно от предотвратимых причин.

В развивающихся странах около 80% медицинской помощи оказывается дома, и большинство умирающих детей и пожилых не успевают быть осмотренными врачом (источник: UNICEF). Новые технологии в медицине медленно проникают в эту сферу, но уже приносят пользу.

Учитывая высокие показатели смертности от болезней, которые можно было бы диагностировать вовремя простыми и дешёвыми методами, но доступ к ним ограничен, встал вопрос: как спроектировать и построить биомедицинскую систему мониторинга для всех людей на базе платы MAX32620FTHR, питаемой теплом тела?

Решение

Проект состоит из трёх фаз:

ФАЗА #1: Умный браслет с датчиками базовых жизненных показателей (температура, пульс, SpO2), анализ и передача данных в фазу 2. В прототипе 2 планируется интеграция анализа биологических проб (анализ крови) для расширения диагностики.

ФАЗА #2: Облачная база данных для приёма, анализа, оценки результатов и ведения личной клинической истории. Платформа будет определять симптомы и болезни. Доступ к истории у пациента (приложение/веб) и у врача.

Шаг 1: Подключение

Схемы подключения в Fritzing показывают соединение всех модулей: MAX32620FTHR, LM35, датчик пульса, Пельтье, Bluetooth HC-06.

Шаг 2: Генерация энергии

Питание от тепла тела реализовано через Пельтье-элемент (ТЭЦ), преобразующий температурную разницу между телом и окружающей средой в электричество.

Шаг 3: Настройка Arduino IDE для MAX32620FTHR

1. Файл → Настройки (Windows/Linux) или Arduino → Preferences (Mac)
2. В поле «Additional Boards Manager URLs» вставить: https://raw.githubusercontent.com/maximintegratedmicros/arduino-collateral/master/package_maxim_index.json
3. Инструменты → Плата → Менеджер плат → найти «maxim» → установить «Maxim's 32-bit Microcontroller»
4. Инструменты → Плата → Maxim ARM (32-bit) Boards → выбрать MAX32620FTHR
5. Подключить плату, выбрать порт в Инструменты → Порт
6. Инструменты → Программатор → DAPLink
7. Проверить: Файл → Примеры → 01.Basics → Blink → Загрузить

Шаг 4: Код прошивки

#include 
SoftwareSerial blue(TX, RX);
char NOMBRE[21] = "MONITOR MEDICAL";
char BPS = '4'; // 9600 бод
char PASS[5] = "1651";
float tempC;
int PulseSensorPurplePin = A2;
int Signal;
int Threshold = 550;
int tempPin = A1;
int select = 3;

void setup() {
  blue.begin(9600);
  blue.println("Conect");
  blue.println("WELCOME TO YOUR PERSONAL MEDICAL ASSISTANT");
}

void loop() {
  if (blue.available() > 0) {
    select = blue.read();
    switch (select) {
      case 'a': // Температура LM35
        tempC = analogRead(tempPin);
        tempC = (tempC * 5.0 * 100) / 970;
        blue.println(tempC);
        blue.print(" °C");
        delay(1000);
        break;
      case 'b': // Пульс
        Signal = analogRead(PulseSensorPurplePin);
        blue.println(Signal);
        blue.print(" RPM");
        delay(1000);
        break;
      default:
        blue.println("error");
        delay(1500);
    }
  }
}

Шаг 5: Bluetooth-подключение

Сопряжение с смартфоном через HC-06. Можно создать своё приложение в MIT App Inventor.

Шаг 6: Облако данных IoT

Проектируется облако для сбора данных в реальном времени: врачи, родственники, родители могут следить за состоянием здоровья и симптомами. Визуализация поражаемости вирусами/болезнями на карте.

Заключение

Благодаря этому устройству (в корпусе браслета, 3D-печати) можно мониторить 24/7 население, снизив ежедневную смертность от отсутствия диагностики с 29 000 до менее 1000. Цель амбициозная, но достижимая.

Преимущества персонального устройства на MAX32620FTHR:

• Ежедневная диагностика и медосмотр
• Контроль здоровья детей и пожилых
• Срочная медицинская помощь
• Раннее выявление новых болезней
• Инструкции в экстренных случаях
• Подбор лекарств по симптомам

Проект в развитии. Планы: интеграция IoT (загрузка в облако, доступ врачей/больниц/госорганов), солнечная панель для дневного питания (уже реализовано 25 августа).

Автор — юный разработчик из скромной семьи, пострадавший от вооруженного конфликта в своей стране. Мечта — улучшить качество жизни людей. Спасибо Maxim Integrated и Hackster!

Код

Полный код прошивки приведён выше (раздел «Шаг 4»).

Схемы

Файл проекта Fritzing и схемы доступны в разделе Schematics.