A eletrônica possibilita captação, amplificação e digitalização de fenômenos físicos. Uma vez captados por algum tipo de sensor, esses sinais podem ser amplificados e digitalizados (CUNHA, 2006b).
É através dos sensores que os circuitos eletrônicos ficam informados sobre eventos externos, no qual deva atuar ou comandar determinada ação. A seguir os principais tipos de sensores.
2.7.1 Sensores mecânicos
Denominados assim aqueles que sensoriam movimentos, posições ou presença usando recursos mecânicos.
Nesta categoria entram as chaves, estas são como interruptores que atuam no modo liga/desliga quando uma ação acontece no seu elemento atuador. Utilizado para detectar a abertura e fechamento de portas, presença de objetos em determinado local ou a posição de uma parte de uma maquina.
Sensor de fim de curso, também faz parte da categoria de sensores mecânicos, e é uma variação das chaves, utilizado para detectar quando uma parte mecânica chega a seu máximo, com isso pode ser evitado que o motor do sistema continue atuando depois que a peça movimentada chegue ao seu máximo, por exemplo. A Figura 9 ilustra exemplos de sensores mecânico, um para movimento e outro para fim de curso.
Figura 9: A esquerda sensor do tipo chave, indicando presença de objeto, a direita chave de fim de curso, indicando quando o portão chega ao máximo e que está fechado.
Fonte: Adaptado de Cunha (2006b).
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2.7.2 Sensores magnéticos
Atuam com a ação de campo magnético, empregados para detectar o posicionamento de peça ou parte de um mecanismo, através de ímã preso a ela. Estes sensores são usados para identificar fim de curso, para detectar o deslocamento máximo de uma peça, pela ação de um ímã preso a peça. Outro emprego destes sensores é produzir pulsos tacométricos que permitem controlar a velocidade de um motor ou registrá-la em um display. Nas aplicações mais modernas e que exigem maior velocidade de resposta, podem ser usados sensores de estado sólido como os sensores de efeito Hall, ou ainda sensores indutivos. A Figura 10 ilustra sensor do tipo magnético, ao aproximar o sensor de um campo magnético este fecha como se fosse um interruptor.
Figura 10: Funcionamento do sensor magnético.
Fonte: Adaptado de Cunha (2006b).
2.7.3 Sensores fotoelétricos
Trabalham com a luz sendo muito mais rápidos que os sensores mecânicos e magnéticos, não apresentam inércia e sem peças móveis que quebram ou desgastam. São empregados numa infinidade de aplicações na indústria e em outros campos.
34 Este sensor é o componente responsável pela captação do pulso cardíaco neste sistema. É um sensor do tipo fotopletismógrafo10, que repassa o pulso cardíaco em forma de sinal elétrico. Este modelo foi selecionado devido ao seu baixo grau de complexidade, tamanho e custo. A Figura 11 mostra o sensor do tipo fotopletismógrafo empregado neste trabalho.
Figura 11: Foto do sensor utilizado no projeto.
Fonte: Adaptado de Pulsesensor ( 2014).
O sinal que este trabalho buscou captar, amplificar e repassar é o pulso arterial, e o tipo de sensor selecionado para realizar tal tarefa foi o fotopletismógrafo, que serve para medir variações no volume de um órgão do corpo humano através das flutuações rítmicas da circulação do sangue (SILVEIRA, 2011).
10 Procedimento que permite avaliar a vascularização cutânea. Um raio luminoso é refletido pelos tecidos superficiais e recolhido por uma célula fotoelétrica. Esse método é preconizado nos diversos distúrbios tróficos, para avaliar o prognóstico.
35 A Figura 12 apresenta esquema elétrico do sensor fotopletismógrafo. Este sensor mede as variações no fluxo de sangue na ponta do dedo de uma das mãos. O sensor LDR (Light Dependent Resistor) e o led11 vermelho ficam no mesmo plano. Para realizar a leitura do batimento cardíaco, o usuário deve posicionar o lado oposto da unha do dedo indicador em cima do LDR e a junção entre a ponta e o meio do dedo sobre o LED. Assim a luz do LED atravessa a pele da junção e é refletida pelo osso sobre uma pequena concentração de artérias bem em cima do LDR. O volume de sangue nessas artérias pulsa em sintonia com as contrações do músculo cardíaco. Essa variação no volume do sangue vai modular a resistência do LDR. É utilizado o par de amplificadores operacionais dentro do LM358N para amplificar o sinal do LDR. No circuito da Figura 12, o resistor R1 limita a corrente direta através do LED1 em cerca de 20 mA. O LDR e o resistor R2 formam um circuito divisor de tensão cuja saída pulsante será função da resistência do LDR, que por sua vez é função da luz refletida pelo dedo do usuário. Esses pulsos passam por um filtro passa-altas formado por C1 e R3, e é amplificado pelo primeiro amplificador operacional do LM358N na configuração não inversor com ganho de 120. C2 e R5 formam um filtro passa-baixas, centrado em 1,5 Hz. A frequência dos pulsos lidos oscilam entre 1 e 2 Hz. Essas frequências correspondem a 60 e 120 pulsos por minuto, respectivamente.
O potenciômetro P1, que é a resistência de carga do primeiro amplificador, controla a entrada do segundo amplificador não inversor com ganho de 560. Aqui o sinal modulado em frequência com os batimentos do coração do usuário pode ser entregue ao Arduino através de uma entrada analógica.
O LED 2 permite visualizar os batimentos cardíacos.
11 Componente eletrônico usado na emissão de luz em locais, instrumentos e produtos de microeletrônica como sinalizador de avisos, também pode ser encontrado em tamanho maior, como em alguns modelos de semáforos.
36 Figura 12: Ilustração do circuito elétrico do sensor de pulso arterial.
Fonte: Adaptado de Silveira (2011).
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3 TRABALHOS RELACIONADOS
Este capítulo tem como objetivo apresentar o estudo realizado sobre trabalhos que possuem um certo grau de similaridade com o tema do TCC. Foi levado como critério de seleção aplicações de uso na área médica e tendo como plataforma os sistemas embarcados.