Sistema microcontrolado mestre-escravo para ventilação respiratória escalável

Abstract

Ventiladores mecânicos são de suma importância para a área médica, sendo essenciais para uma ampla gama de aplicações, desde o tratamento de doenças pulmonares agudas até cirurgias cardíacas. O presente estudo apresenta o desenvolvimento de um sistema para aquisição e processamento de sinais, capaz de estabelecer comunicação em rede através do protocolo RS485. O equipamento é composto por microcontroladores ESP-WROOM-32U, sensores de temperatura DS18B20, sensores de pressão MPX5010DP e módulos MAX485 para estabelecer comunicação, entre outros componentes necessários para o funcionamento do dispositivo. O firmware foi desenvolvido em linguagem C++ e implementa recursos como um filtro passa-baixa para a atenuação de ruídos do sensor de pressão, o que garante maior confiabilidade das leituras. Para avaliar o desempenho do sistema foram realizados testes específicos para cada tipo de sensor. Para o sensor de temperatura, foram realizadas análises durante 60 s, com e sem ciclos respiratórios, de modo a determinar a precisão do sensor. Testes com ciclos respiratórios resultaram em uma média µ de 29,99 °C, um desvio padrão o de 0,1426 °C e mediana de 30,00 °C, indicando elevada precisão e confiabilidade das leituras. Testes no sensor de pressão foram realizados em intervalos de 10s, adotando um coeficiente de suavização a de 0,5501, resultando em um erro médio absoluto de 6 cmH2O, ao passo em que manteve as características do sinal de onda e atenuou picos de leitura, o que demonstra a eficácia do algoritmo de suavização adotado. Testes de comunicação ponto a ponto entre as placas mestre e escrava resultaram em frequências de atualização de 8,93 Hz e 3,01 Hz, respectivamente. Esses resultados evidenciaram a capacidade da placa mestre de detectar variações de menor amplitude do sinal de pressão. No entanto, foi observado que os gráficos gerados pela placa escrava permitiram identificar com clareza os ciclos de pressurização e despressurização do sistema, além de visualizar a abertura e o fechamento da válvula de controle de pressão. Os resultados obtidos evidenciaram a capacidade do sistema de monitorar com precisão e confiabilidade sinais de pressão e temperatura, parâmetros essenciais em sistemas de ventilação mecânica. O aspecto modular do sistema, em nível de programação e equipamento, permite a adição de novos sensores, sistemas de acionamento para geração de pressão de ar, bem como comunicação sem fio e o aprimoramento dos algoritmos de controle. Conclui-se que o sistema tem o potencial de contribuir significativamente para o enfrentamento da escassez de ventiladores durante situações de emergência, oferecendo uma solução escalável e econômica no uso de recursos.