سارا شيرمحمدي نورعيني

Design an‎d Implementation of a Heart Rate Measurement Device Using STM32 Microcontroller

پايش مستمر علائم حياتي به ويژه ضربان قلب، به عنوان يكي از شاخص‌هاي اصلي سلامت قلبي–عروقي، نقش مهمي در تشخيص زودهنگام بيماري‌ها و مديريت شرايط باليني دارد. روش‌هاي متداول مانند الكتروكارديوگرافي (ECG) اگرچه دقت بالايي دارند، اما به دليل نياز به تجهيزات گران‌قيمت و استفاده از الكترودهاي پوستي، براي پايش روزمره و خانگي چندان مناسب نيستند. از اين رو توسعه سامانه‌هاي ساده‌تر، كم‌هزينه‌تر و غيرتهاجمي مبتني بر فناوري فوتوپلتيسموگرافي (PPG) مورد توجه بسياري از پژوهشگران قرار گرفته است. در اين پژوهش، يك سامانه پايش ضربان قلب بر پايه سنسور نوري MAX30100 طراحي و پياده‌سازي شد. اين سنسور با استفاده از تابش نور مادون قرمز و قرمز به بافت و اندازه‌گيري تغييرات شدت بازتابي، سيگنال PPG را استخراج مي‌كند. داده‌هاي دريافتي توسط ميكروكنترلر STM32F103C8T6 پردازش شده و پس از اعمال فيلترهاي ديجيتال شامل فيلتر ميانگين متحرك، فيلتر ميان‌گذر و الگوريتم تشخيص قله، نرخ ضربان قلب با دقت مناسب محاسبه گرديد. همچنين يك نمايشگر رنگي ST7735 براي ارائه گرافيكي سيگنال و نمايش لحظه‌اي مقادير ضربان قلب به كار گرفته شد. براي افزايش قابليت حمل و پايش از راه دور، داده‌ها از طريق ماژول بلوتوث HC-05 به گوشي همراه ارسال شدند. نتايج آزمايش‌هاي عملي نشان داد كه دستگاه طراحي‌شده توانايي پايش دقيق ضربان قلب را در شرايط مختلف داراست و با وجود چالش‌هايي همچون نويز حركتي و تغييرات فيزيولوژيكي افراد، عملكردي پايدار ارائه مي‌دهد. مقايسه نتايج با دستگاه‌هاي مرجع نشان داد كه خطاي اندازه‌گيري در محدوده قابل قبول است. علاوه بر اين، استفاده از الگوريتم‌هاي پردازش سيگنال منجر به بهبود نسبت سيگنال به نويز و افزايش قابليت اطمينان داده‌ها گرديد. اين سامانه به دليل هزينه پايين، اندازه كوچك و سهولت استفاده، قابليت كاربرد در حوزه‌هاي متنوعي همچون پايش سلامت روزمره، آموزش دروس مهندسي پزشكي، تحقيقات دانشگاهي و حتي توسعه تجهيزات پوشيدني هوشمند را دارد. در پايان نيز پيشنهادهايي براي بهبود عملكرد سيستم شامل استفاده از الگوريتم‌هاي پيشرفته‌تر حذف نويز، بهره‌گيري از هوش مصنوعي براي تحليل سيگنال و افزودن قابليت اندازه‌گيري ساير علائم حياتي ارائه شده است.

پايش ضربان قلب، فوتوپلتيسموگرافي (PPG)، ميكروكنترلر ، بلوتوث، پردازش سيگنال