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Sensores RFID UHF para monitoramento das frequências cardíaca e respiratória

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dc.creator.ID ARAUJO, J. I. L. pt_BR
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/4323545434275168 pt_BR
dc.contributor.advisor1 SERRES, Alexandre Jean René.
dc.contributor.advisor1ID SERRES, Alexandre Jean René pt_BR
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/5988817460788034 pt_BR
dc.contributor.advisor2 SANTOS, Danilo Freire de Souza.
dc.contributor.advisor2ID Danilo F. S. Santos pt_BR
dc.contributor.advisor2Lattes http://lattes.cnpq.br/9890987649970131 pt_BR
dc.contributor.referee1 LIMA, Antonio Marcus Nogueira.
dc.contributor.referee2 QUEIROZ, Wamberto José Lira de.
dc.contributor.referee3 GOMES NETO, Alfredo.
dc.contributor.referee4 CAMPOS, Antonio Luiz Pereira de Siqueira.
dc.description.resumo Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de sensores de Identificação por Radiofrequência de Ultra Alta Frequência para monitoramento das frequências cardíaca e respiratória e a avaliação de sua viabilidade. Foi utilizada a etiqueta RFID no substrato flexível de poliimida (Kapton®) com uma espuma de polietileno expandido de 4 mm, incluindo uma estrutura baseada em metamaterial na camada refletora para melhorar o seu desempenho em proximidade ao corpo, aumentando o seu valor máximo de ganho. Foi possível obter um alcance de leitura máximo simulado de 4,52 m sem entrada de tensão DC com a etiqueta contendo uma célula de Ressoador de Anéis Fendidos Complementares de dois anéis. O monitoramento da frequência respiratória é baseado nas variações do Indicador da Intensidade do Sinal Recebido pelo leitor devido aos movimentos respiratórios. As medições com o sensor de frequência respiratória foram realizadas com a etiqueta sobre abdômen e tórax e com a participante estando em pé e sentada. O maior alcance de leitura medido com esse sensor foi de 2,26 m com a etiqueta sobre o abdômen da participante sentada. Os dados de RSSI medidos foram processados utilizando as wavelets Daubechies de ordem 7 e Symlet de ordem 6 considerando três níveis de decomposição do sinal. As frequências respiratórias obtidas, após o processamento, foram validadas por meio de comparação com a frequência do metrônomo e com os resultados de um monitor de sinais vitais, com exceção apenas da medição com a etiqueta sobre o tórax da participante em pé, sendo observada uma diferença de um ciclo respiratório. Já o monitoramento da frequência cardíaca, foi baseado no intervalo de tempo entre duas interrupções sucessivas na comunicação RFID, as quais ocorrem ao ser detectado um batimento cardíaco. Para isso, foi desenvolvido um sensor constituído por Arduino UNO com módulo AD8232 e três eletrodos, amplificador não inversor, comparador inversor, temporizador, divisor de tensão e etiqueta RFID. Quando a onda R do sinal de eletrocardiograma é detectada, o sinal de entrada de tensão DC do chip RFID da etiqueta permanece em nível alto por 145,20 ms, interrompendo a comunicação entre a etiqueta e o leitor RFID. A frequência cardíaca adquirida, após identificação do intervalo de tempo entre duas interrupções consecutivas na comunicação, também foi validada por meio de comparação com os resultados de um monitor de sinais vitais. Desta forma, foi possível verificar a viabilidade de utilização da tecnologia RFID no monitoramento das frequências cardíaca e respiratória. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI pt_BR
dc.publisher.program PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA pt_BR
dc.publisher.initials UFCG pt_BR
dc.subject.cnpq Engenharia Elétrica pt_BR
dc.title Sensores RFID UHF para monitoramento das frequências cardíaca e respiratória pt_BR
dc.date.issued 2024-09-04
dc.description.abstract In this work, the development of Ultra High Frequency Radio Frequency Identification sensors for monitoring heart and respiratory rates and the evaluation of their feasibility is presented. The RFID tag was used on a flexible polyimide substrate (Kapton®) with a 4 mm expanded polyethylene foam, including a metamaterial-based structure in the reflector layer to improve its performance in proximity to the body, increasing its maximum gain value. A simulated maximum read range of 4.52 m was achieved without DC voltage input with the tag containing a two-ring Complementary Split Ring Resonator cell. Respiratory rate monitoring is based on variations in the Received Signal Strength Indicator by the reader due to respiratory movements. Measurements with the respiratory rate sensor were performed with the tag on the abdomen and chest while the participant was standing and sitting. The maximum measured read range with this sensor was 2.26 m with the tag on the participant's abdomen while sitting. The measured RSSI data were processed using Daubechies wavelets of order 7 and Symlet of order 6, considering three levels of signal decomposition. The obtained respiratory rates, after processing, were validated by comparison with the metronome frequency and with the results of a vital signals monitor, with the exception of the measurement with the tag on the participant's chest while standing, where a difference of one breathing cycle was observed. Heart rate monitoring, on the other hand, was based on the time interval between two successive interruptions in RFID communication, which occur when a heartbeat is detected. For this purpose, a sensor was developed consisting of an Arduino UNO with AD8232 module and three electrodes, non-inverting amplifier, inverting comparator, timer, voltage divider and RFID tag. When the R wave of the electrocardiogram signal is detected, the DC voltage input signal of the tag's RFID chip remains high for 145.20 ms, interrupting communication between the tag and the RFID reader. The acquired heart rate, after identifying the time interval between two consecutive communication interruptions, was also validated by comparison with the results of a vital signals monitor. In this way, it was possible to verify the feasibility of using RFID technology for monitoring heart rate and respiratory rate. pt_BR
dc.identifier.uri http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/39604
dc.date.accessioned 2024-12-19T12:40:30Z
dc.date.available 2024-12-18
dc.date.available 2024-12-19T12:40:30Z
dc.type Tese pt_BR
dc.subject Frequência cardíaca pt_BR
dc.subject Frequência respiratória pt_BR
dc.subject Sinais vitais pt_BR
dc.subject Monitoramento pt_BR
dc.subject Metamaterial pt_BR
dc.subject Etiqueta flexível pt_BR
dc.subject Radiofrequência pt_BR
dc.subject Heart rate pt_BR
dc.subject Respiratory rate pt_BR
dc.subject Vital signals pt_BR
dc.subject Monitoring pt_BR
dc.subject Metamaterial pt_BR
dc.subject Flexible tag pt_BR
dc.subject Radio frequency pt_BR
dc.subject RFID pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.creator ARAUJO, Jéssyca Iasmyn Lucena.
dc.publisher Universidade Federal de Campina Grande pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.title.alternative UHF RFID sensors for heart rate monitoring and Respiratory pt_BR
dc.identifier.citation ARAUJO, Jéssyca Iasmyn Lucena. Sensores RFID UHF para monitoramento das frequências cardíaca e respiratória. 2024. 156 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024. pt_BR


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