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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERCITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU FACULTE DU GENIE ELECTRIQUE ET D’INFORMATIQUE DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE Mémoire de fin d’études de MASTER ACADEMIQUE Domaine: Sciences et Technologies Filière: Génie électrique Spécialité: Electronique Biomédicale Présenté par Nacera ABTOUT Radhia AGHA Encadré par Mr M. TAHANOUT Thème Conception et réalisation d’un cardio- tachymètre à base d’une carte Arduino Mémoire soutenu publiquement le 13 /07/2015 devant le jury composé de : Mr BENNEMANE KAMEL Maitre de conférences classe A UMMTO, Président Mr TAHHANOUT MOUHAMED Maitre-Assistant classe A UMMTO, Encadreur Mr ZIRMI RACHID Maitre de conférences classe B UMMTO, Examinateur Melle DRIF NAIMA Maitre-assistant classe A UMMTO, Examinateur Promotion: 2015 Remerci Remerci Remerci Remercie e e ement ment ment ment Nous remercions Dieu le tous puissant de nous avoir donné le courage et la volonté de parvenir à la fin de notre parcours universitaire. Nous tenons à remercier énormément et infiniment notre promoteur Monsieur M.TAHANOUT, pour avoir accepté de nous encadré et diriger ce travail. Sans oublier Mr BERCHICHE qui nous a laisser travailler au laboratoire Maquette Nous exprimons aussi nous sincère remerciements à Madame SMAILI, Mr NACHEF. Mhenna, Mr AHNOUCHE. Djamel et tous ceux qui nous ont aidé, conseillé et encourager afin de réaliser ce modeste travail. Nous aimerions remercier vivement nos chères amies et camarades de notre promotion surtout ceux avec lesquels nous avons travaillé au laboratoire projet. Enfin, nous tenons à remercier les membres de jury qui ont acceptés de juger et examiner notre travail. Dédicaces Dédicaces Dédicaces Dédicaces Je remercie Dieu le tout puissant d’avoir exaucé mon vœu de réaliser ce projet de fin d’études Je voudrais dédier ce modeste travail aux personnes les plus chère au monde : mes parents qui mon élevé et soutenu tout au long de ma vie, sans oublier leurs sacrifices et amour. A mes très chers frères : Sofiane, Nacer et Jugurtha. A ma cher et unique sœur : Nadjia. A mes très chers oncles et tantes. A mes très chères grands-mères. A ma collègue et cher binôme Radhia. A toute personne qui était derrière ma réussite et ma soutenait par tous les moyens. NACERA Dédicaces Dédicaces Dédicaces Dédicaces Je dédie ce modeste travail aux personnes les plus chère au monde : mes parents qui mon toujours aidé et encourager dans mon parcours universitaire, sans oublier leurs sacrifices et amour. A mes sœurs : Khedoudja et Ouarda. A mon cher et unique frère : Abd Elmalek. A mon très cher fiancé Farid et toute sa famille. A mes très chers oncles et tantes. A mes très chères grands-mères et mon grand-père. A ma collègue et cher binôme Nacera. A toute personne qui était derrière ma réussite et ma soutenait par tous les moyens. RADHIA Liste des abréviations, sigles et symboles mm Hg: millimètre de mercure m/sec: métre par second Na+: ion sodium K+: ion potassium Ca++: ion calcium Dc: Débit cardiaque Fc : Fréquence cardiaque Vs : volume d’éjection systolique ECG : ElectroCardioGramme Bpm : Battements par minutes SA : Sino-Auriculaire AV : Auriculo-Ventriculaire ESV : Extrasystole Ventriculaire BSA : Bloc Sino-Auriculaire BAV: Bloc Auriculo-Ventriculaire VL : bras gauche VR : bras droit VF : jambe gauche Spo2 : Saturation pulsée de l’hémoglobine en oxygène nm : unité de la longueur d’onde (nanomètre) Hz : unité de fréquence (hertz) mV : unité de tension (millivolts) dB : unité du Gain (décibel) Fc : Fréquence de coupure Liste des figures Figure I.1: Représentation schématique du système cardiovasculaire………………………. 2 Figure I.2: Vue antérieur externe montrant l’emplacement du cœur………………………….3 Figure I.3: Structure du cœur et les vaisseaux associés……………………………………….4 Figure I.4: Schéma du circuit sanguin. La couleur bleu indique que le sang est pauvre en oxygène tandis que la couleur rouge correspond au sang chargé en oxygène………………...5 Figure I.5: Les voies de conduction normales de l’influx cardiaque……………………….....8 Figure I.6: les différentes phases du potentiel d’action d’une cellule du muscle cardiaque…. 9 Figure I.7: Etapes donnant un battement cardiaque………………………………………….11 Figure I.8: Extrasystole ventriculaire (ESV)………………………………………………...13 Figure I.9: Bradycardie sinusale …………………………………………………………….14 Figure I.10: Rythme d'échappement jonctionnelle lent ……………………………………..14 Figure I.11: Tachycardie sinusale……………………………………………………………15 Figure I.12: Tachycardie ventriculaire ………………………………………………………16 Figure II.3: Composants d’un stéthoscope…………………………………………………..17 Figure II.2: La prise du pouls radiale………………………………………………………..18 Figure II.1: système de mesure invasive du rythme cardiaque……………………………...18 Figure II.4: Tracé de l’électrocardiogramme………………………………………………..20 Figure II.5: Electrode d’un ECG…………………………………………………………… 22 Figure II.6: à gauche: Les dérivations bipolaires, à droite : emplacement des électrodes suivant le triangle d'Einthoven ……………………………………………………………….23 Figure II.8: Les positions des électrodes précordiales……………………………………….23 Figure II.7: Dérivation unipolaire……………………………………………………………24 Figure II.9: Principe d’émission/réception …………………………………………….……25 Figure II.10: Mesure de la pression artérielle……………………………………………….27 Figure III.1: Schéma synoptique de la chaine d’acquisition………………………………..30 Figure III.2: Principe du capteur……………………………………………………………32 Figure III.3: schéma du fonctionnement du capteur…………………………………………32 Figure III.4: Diagramme de conduction de la LED………………………………………….33 Figure III.5: Longueur d’onde du pic d’émission…………………………………………...34 Figure III.6: Diagramme de rayonnement…………………………………………………..35 Figure III.8: Courant du collecteur en fonction de la lumière……………………………….36 Figure III.10: Le diagramme de rayonnement………………………………………………36 Figure III.11: Filtre passe bande…………………………………………………………….37 Figure III.9: Le spectre de sensibilité en fonction de la longueur d’onde…………………..38 Figure III.12: Filtre passe bas……………………………………………………………….39 Figure III.13: Schéma du LM311 est les pins associés……………………………………..40 Figure III.14: Comparaison du signal……………………………………………………….41 Figure III.15:Etage du Buzzer……………………………………………………………….41 Figure III.18 : Circuit imprimé du système réalisé………………………………………….42 Figure III.16: Le circuit analogique du système…………………………………………….42 Figure III.17: Alimentation du circuit……………………………………………………….43 Figure III.19 : Vue 3D du schéma d’implantation des composants de la carte électronique..43 Figure III.17: Vue de face et vue de dos de la carte Arduino UNO R3…..…………………45 Figure III.18: Description de la carte Arduino UNO………………………………………..46 Figure III.19: Les pins de microcontrôleur Atmega328……………………………………..51 Figure IV .1: Fenêtre principale de l’environnement de programmation……………………54 Figure IV.2: Les différentes parties de la fenêtre principale du logiciel Arduino…………...55 Figure IV.3: Fenêtre associée au moniteur série……………………………………………..56 Figure IV.4: La barre des menus…………………………………………………………….57 Figure IV.5: Structure de la barre des boutons………………………………………………57 Figure IV.6 : Résultat obtenue sur la simulation sous proteus………………………...……59 Figure IV.7 : signal de sortie du capteur…………………………………………………….60 Figure IV.8 : Le signal à la sortie du filtre passe bas (Amplitude=10mV, temps=10ms)…...60 Figure VI.9 : Le signal à la sortie du comparateur LM311 (Amplitude=2V, temps=5ms)….61 Figure IV.10 : Organigramme de programmation…………………………………………...62 Figure IV.11 : Résultat finale sous protues.....................................................................…...63 Figure IV.12: Résultat sur le moniteur série…………………………………………………64 Liste des tableaux Tableau III.1: Tableau de caractéristiques de BPW85………………………………………35 Tableau III.2: Nomenclature de la carte électronique……………………………………….44 Sommaire Liste des figures Liste des tableaux Liste des abréviations Introduction générale .................................................................................................................. 1 Chapitre I : Notion de base d’un système cardiovasculaire I.1 Introduction ........................................................................................................................... 2 I.2 Présentation du système cardiovasculaire ............................................................................. 2 I.2.1 Le Cœur .......................................................................................................................... 3 I.2.2 Le Système vasculaire .................................................................................................... 4 I.3 Cycle cardiaque ..................................................................................................................... 7 I.3.1 Activité électrique du cœur ............................................................................................ 7 I.3.2 Activité mécanique du cœur ........................................................................................... 9 I.4 Le débit cardiaque ............................................................................................................... 11 I.5 La fréquence cardiaque ....................................................................................................... 11 I.6 Les anomalies cardiaques.................................................................................................... 12 I.6.1 Blocs cardiaques ........................................................................................................... 12 I.6.1.1 Bloc Sino-Auriculaire (BSA) ................................................................................ 12 I.6.1.2 Bloc Auriculo-ventriculaire (BAV) ....................................................................... 13 I.6.1.3 Blocs de branche .................................................................................................... 13 I.6.2 Les arythmies cardiaques ............................................................................................. 13 I.6.2.1 Extrasystole ventriculaire(ESV) ............................................................................ 13 I.6.2.2 Bradycardie ............................................................................................................ 14 I.6.2.3 La tachycardie ........................................................................................................ 15 I.7 Conclusion .......................................................................................................................... 16 Chapitre II : Les methodes de mesure de rythme cardiaque II.1 Introduction ....................................................................................................................... 17 II.2 Méthode invasive ............................................................................................................... 17 II.2.1Méthode hémodynamique ............................................................................................ 17 II.3 Méthode non invasive ........................................................................................................ 18 II.3.1 La prise de poules ....................................................................................................... 18 II.3.2 Le stéthoscope ............................................................................................................. 19 II.3.3Electrocardiographe ..................................................................................................... 20 II.3.3.1 Electrocardiogramme ........................................................................................... 20 II.3.3.2 Les ondes et intervalles de l’ECG ........................................................................ 20 II.3.3.3Le signal ECG ....................................................................................................... 22 II.3.3.4 Caractéristiques d'un ECG dit normal .................................................................. 22 II.3.3.5 Electrodes ............................................................................................................. 22 II.3.3.6 Les dérivations ..................................................................................................... 23 II.3.4 L’oxymétre de pouls ................................................................................................... 25 II.3.4.1 Principe physiologique ......................................................................................... 25 II.3.4.2 Principe de fonctionnement .................................................................................. 26 II.3.5 Le tensiomètre ............................................................................................................. 27 II.3.6 Le Cardio-tachymètre ................................................................................................. 28 II.3.6.1Définition…………………………………………………………………………..…29 II.3.6.2 principe du cardio-tachymètre…………………………………………...………29 II.4 Conclusion……………………………………………………………….………………29 Chapitre III :concéption et réalisation du cardio-tachymetre III.1 Introduction ...................................................................................................................... 30 III.2 Principe de fonctionnement .............................................................................................. 30 III.3 Description générale du système réalisé .......................................................................... 30 III.4Description détaillée du système ....................................................................................... 31 III.4.1 Partie analogique ....................................................................................................... 31 III.4.1.1 Capteur ................................................................................................................ 31 III.4.1.2 Conditionnement du capteur ............................................................................... 33 III.4.1.2.1 LED infrarouge…………………………………………………………..33 III.4.1.2.2 Le phototransistor………………………………………………………..35 III.4.1.3 Filtrage du signal ................................................................................................. 37 III.4.1.3.1 Filtre passe bande………………………………………………………….37 III.4.1.3.2 Filtre passe bas………………………………………………………….....39 III.4.1.4 Etude du comparateur ......................................................................................... 40 III.4.1.5 Circuit imprimé ................................................................................................... 43 III.4.1.6 Nomenclature de la carte électronique ................................................................ 44 III.4.2 Partie numérique ....................................................................................................... 45 III.4.2.1 Description de la carte Arduino .......................................................................... 45 III.4.2.2 Alimentation ....................................................................................................... 46 III.4.2.3 Les broches d’alimentation de la carte Arduino UNO ........................................ 47 III.4.2.4 Mémoires ............................................................................................................ 47 III.4.2.5 Les entrées et sorties ........................................................................................... 48 III.4.2.5.1 Les entrés et sorties numérique……………………………………………48 III.4.2.5.2 Les entrés analogiques……………………………………………………..48 III.4.2.5.3 Autres broches……………………………………………………………..49 III.4.2.6 Arduino et la communication avec l’extérieur ........................................................... 49 III.4.2.7 L’éditeur de programmation ....................................................................................... 50 III.4.2.8 Protection du port USB contre la surcharge en intensité .................................... 50 III.4.2.9 Le microcontrôleur Atmega328 .......................................................................... 50 III.4.2.10 Les principales caractéristiques de l’Atmega328.............................................. 51 III.5 Conclusion……. ………………………………………………………………….……..53 Chapitre IV :concéption logiciel et résutats expérimentaux IV.1 Introduction ...................................................................................................................... 54 IV.2 L’environnement de programmation Arduino ................................................................. 54 IV.3 Description du logiciel Arduino ....................................................................................... 55 IV.3.1 Description de la barre des menus ............................................................................. 57 IV.3.2 uploads/Geographie/ abtoutnacera-aghar.pdf