Sensor de Batimentos Cardíacos: Como Funciona e Aplicações Práticas

O que é um Batimento Cardíaco?

A batida cardíaca é a contração rítmica das câmaras do coração, impulsionando o sangue pelo corpo. O número de contrações por minuto é a frequência cardíaca (BPM). O pulso palpável — sentido em artérias próximas à pele — é a expressão externa dessa taxa.

Duas Formas de Medir um Batimento Cardíaco

• Método manual: Conte o pulso no pulso (pulso radial) ou no pescoço (pulso carotídeo). Coloque o indicador e o dedo médio levemente no local escolhido, conte por 30 segundos e dobre o número para obter BPM. Aplique pressão mínima e deslize os dedos até sentir o pulso.
• Método baseado em sensor: Detecta mudanças na intensidade da luz causadas por flutuações no volume sanguíneo durante cada batida.

Princípio do Sensor de Batimentos Cardíacos

Sensores de batimentos cardíacos usam fotopletismografia (PPG). Eles medem as mudanças no volume sanguíneo em um tecido, que alteram a quantidade de luz transmitida ou refletida. Como o sangue absorve luz, as variações na luz refletida ou transmitida correspondem diretamente às pulsações do coração.

A PPG é realizada de duas formas principais:

Transmissão: A luz passa por uma região vascular (ex.: lóbulo da orelha) e é recebida do lado oposto.

Reflexão: A luz é refletida na superfície do tecido (ex.: dedo).

Como Funciona um Sensor de Batimentos Cardíacos

Um sensor típico consiste em um LED e um fotodetector — seja um fotodiodo ou um resistor dependente de luz (LDR). Quando o LED ilumina o tecido, parte da luz é absorvida pelo sangue e o restante é refletido ou transmitido ao detector. A saída elétrica do detector contém um componente DC (absorção do tecido) e um componente AC que sincroniza com cada pulso.

Para isolar o componente AC, a saída do detector é filtrada por um circuito passa-alta/passa-baixa de dois estágios e então convertida em uma sequência de pulsos digitais usando um comparador ou um ADC. A frequência do pulso (f) é enviada a um microcontrolador, que calcula o BPM usando a fórmula:

BPM = 60 × f

Sensores Práticos de Batimentos Cardíacos

Módulos comuns incluem o Sensor de Frequência Cardíaca (Produto nº PC-3147), que usa um LED infravermelho e um LDR em um clipe que fica no lóbulo da orelha ou no dedo.

Outra escolha popular é o TCRT1000, um sensor óptico de 4 pinos. O pino 1 alimenta o LED, os pinos 2 e 3 são terra, e o pino 4 fornece a saída. Quando ativado, o sensor pode ser montado em um dispositivo vestível no pulso e transmitir dados via Bluetooth para monitoramento remoto.

Construindo um Sistema Simples de Sensor de Batimentos Cardíacos

Um sistema básico pode ser montado com um LDR, um CI comparador (LM358) e um microcontrolador. O diagrama abaixo ilustra o circuito típico.

O LDR atua como detector de luz: à medida que a intensidade da luz aumenta, sua resistência cai; quando a intensidade diminui, a resistência sobe. O LM358 compara a tensão do LDR a um limiar fixo definido por um divisor de tensão. Quando o pulso do tecido reduz a luz no LDR, sua resistência aumenta, elevando a tensão acima do limiar e produzindo um nível lógico alto. A sequência de pulsos resultante é enviada ao microcontrolador, que calcula a frequência cardíaca e a exibe em uma tela conectada.

Explicação em Vídeo do Diagrama do Circuito do Sensor de Batimentos Cardíacos