Meça a Frequência Cardíaca com Sensor KY-039 e Arduino

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade
Arduino UNO	1
Sensor de Batimento Cardíaco KY-039	1
Jumpers (genéricos)	1

Sobre o Projeto

No kit de 37 sensores para Arduino, existe um sensor de batimento cardíaco. O nome promete demais: as pessoas acham que ele fornece um número digital via I2C com a frequência cardíaca. Na verdade, ele apenas fornece um valor analógico de 0 a 1023, indicando quanta luz infravermelha o fototransistor recebe (ou seja, quanto o dedo está sombreando o sensor). Quanto maior o valor, menos luz IR.

Resumindo: coloque o dedo entre o LED IR e o fototransistor. A dilatação dos vasos sanguíneos a cada batida filtra a luz IR, criando um sinal pulsante.

Este projeto mostra como converter esse sinal em uma taxa de batimentos por minuto (BPM), como 66 BPM.

Passos Simples

Se você apenas ler e plotar os valores brutos do KY-039, obtém um gráfico ruidoso (valores inteiros entre ~360-383).

Calculando a média de várias leituras (ex: 20), o sinal fica mais suave e já é possível ver os picos do batimento.

O pequeno padrão zig-zag residual é causado por luz artificial (50 Hz). Para eliminá-lo, faça a média das leituras durante janelas de 20 ms (período de 50 Hz). Em países com 60 Hz, use 16.67 ms.

Explicação dos Passos

Leitura Bruta

int sensorPin = A0;
void setup() { Serial.begin(9600); }
void loop() {
  while(1) { Serial.println(analogRead(sensorPin)); }
}

Suavização com Média Móvel (Array Circular)

#define samp_siz 20
int reads[samp_siz];
int ptr = 0;
long sum = 0;

void loop() {
  int reader = analogRead(sensorPin);
  sum -= reads[ptr];
  sum += reader;
  reads[ptr] = reader;
  float last = (float)sum / samp_siz;
  ptr = (ptr + 1) % samp_siz;
  // use 'last' para detecção de pico
}

Eliminação do Ruído de 50 Hz (Média em Janela de 20 ms)

int n = 0;
unsigned long start = millis();
float reader = 0;
do {
  reader += analogRead(sensorPin);
  n++;
} while (millis() < start + 20);
reader /= n; // média das leituras nos 20 ms

Detecção do Batimento (Derivada Positiva)

Como os valores absolutos variam, detectamos n leituras consecutivas crescentes (ex: rise_threshold = 5). Ao detectar a subida, registramos o tempo (millis()) e calculamos o BPM baseado nos três últimos intervalos (média ponderada: 40% último, 30% penúltimo, 30% antepenúltimo).

Código Final Completo

#define samp_siz 4
#define rise_threshold 5

int sensorPin = A0;

void setup() { Serial.begin(9600); }

void loop() {
  float reads[samp_siz], sum = 0;
  long int now, ptr = 0;
  float last, reader, start;
  float first = 0, second = 0, third = 0, before = 0, print_value = 0;
  bool rising = false;
  int rise_count = 0;
  int n;
  long int last_beat = 0;

  for (int i = 0; i < samp_siz; i++) reads[i] = 0;

  while (1) {
    // Média em 20 ms (elimina 50 Hz)
    n = 0; start = millis(); reader = 0;
    do {
      reader += analogRead(sensorPin);
      n++;
      now = millis();
    } while (now < start + 20);
    reader /= n;

    // Atualiza array circular e média
    sum -= reads[ptr];
    sum += reader;
    reads[ptr] = reader;
    last = sum / samp_siz;

    // Detecção de curva ascendente (batimento)
    if (last > before) {
      rise_count++;
      if (!rising && rise_count > rise_threshold) {
        rising = true;
        first = millis() - last_beat;
        last_beat = millis();
        // Média ponderada dos 3 últimos intervalos
        print_value = 60000.0 / (0.4 * first + 0.3 * second + 0.3 * third);
        Serial.println(print_value);
        third = second;
        second = first;
      }
    } else {
      rising = false;
      rise_count = 0;
    }
    before = last;
    ptr = (ptr + 1) % samp_siz;
  }
}

Funciona bem. O pequeno LED RX no Arduino pisca sincronizado com o batimento (pois envia dado pela serial). Movimentos do dedo causam leituras errôneas.

Desenvolvimentos Futuros

Poderia calcular a média em uma janela de 15 segundos, descartar outliers e recalcular para medição mais estável. Testes apenas em duas pessoas; curvas diferentes podem exigir ajustes (detectar queda, topo, ou batimentos muito rápidos >180 BPM).

Esquemático

Conexão simples: pino S do KY-039 no A0, VCC no 5V, GND no GND.