CheckMe Pro Health Monitor

Disciplina: Fundamentos de Sistemas Embarcados — 2026/1

Curso: Engenharia de Software — Universidade de Brasília (UnB)

Integrantes:

1. Introdução.

Este trabalho tem como objetivo a realização de um estudo teórico-exploratório aprofundado sobre um produto embarcado existente para reprodução de um protótipo inspirado no produto. O CheckMe Pro Health Monitor é um monitorador de sinais vitais de baixo custo e portátil.

1.1. Objetivo.

O objetivo do projeto é desenvolver a arquitetura de hardware e software de um sistema embarcado da área biomédica semelhante ao CheckMe Pro, capaz de monitorar, armazenar e armazenar os sinais vitais mensurados para dispositivos móveis, utilizando o microcontrolador ESP32 em conjunto com sensores de baixo custo para essa finalidade.

2. Descrição do Produto.

O Monitor de Saúde Checkme Pro é um aparelho de uso doméstico ou clínico criado para medir, exibir e armazenar os seguintes dados: ECG (Eletrocardiograma); Saturação de Oxigênio e Frequência Cardíaca e temperatura. No entanto, Este dispositivo não substitui um equipamento de ECG para diagnóstico hospitalar. Além disso, ele é contraindicado e não deve ser usado em pacientes que possuam dispositivos cardíacos implantados, como marca-passos ou desfibriladores (CDIs).[1].

2.1. Funcionalidades Principais.

3. Público-Alvo e Análise de Mercado.

3.1. Público-Alvo.

O projeto tem um público alvo bem objetivo. Se dividindo principalmente em três, são eles:

• Enfermos: Pessoas que apresentam alguma comorbidade, doenças ou recém operados e que desejam manter um monitoramento de sinais por períodos de tempo sem precisarem recorrer a hospitais ou clínicas com frequência.
• Enfermarias: Estabelecimentos no geral que apresentem algum funcionário pertencente a área da saúde, como enfermarias em escolas e universidades.
• Estabelecimentos médicos: Hospitais, clínicas médicas e postos de saúde que desejam fazer uso de equipamentos amigáveis para uso; eficientes e de baixo custo em procedimentos de triagem inicial de pacientes.
• Farmácias: A aquisição do produto por farmácias também se torna viável para compor os equipamentos médicos básicos para auxiliar funcionários em situações onde a verificação destes sinais se faz crítica.

Embora este produto não substitui um equipamento médico, ele pode ser facilmente utilizado para realizar primeiros socorros ou triagem em um primeiro momento, sob ordens de um profissional da saúde.

3.2 Análise de Mercado.

Diferente de outros produtos similares, o CheckMe Pro se diferencia tanto na ampla funcionalidade e contextos de uso, quanto a nível de construção amigável e de fácil uso. Custando na faixa de 300-350 dólares(USD), apresenta um bom custo benefício. Destaca-se:

• Ampla gama de funcionalidades: Eletrocardiograma, termômetro, oxímetro, e pedômetro
• Apresenta bons sensores, embora com qualidade e amostragem inferior a equipamentos clínicos.
• O protocolo Bluetooth utilizado para obtenção de dados em aparelhos móveis pode ser um fator limitante variando do equipamento que se deseja destinar os dados.
• O equipamento.
• O equipamento depende de bateria, sendo necessário recarregá-lo regularmente para garantir bom funcionamento dos sensores.

4. Análise Técnica do Funcionamento.

O Checkme Pro é um dispositivo médico portátil multifuncional projetado para monitorar, exibir, revisar e armazenar dados vitais essenciais, podendo ser utilizado tanto em ambiente doméstico quanto em instalações de saúde.

4.1. Visão Geral e Capacidades Diagnósticas

O equipamento consolida múltiplas funções de monitoramento em um único dispositivo compacto. Ele não substitui um equipamento de ECG de diagnóstico hospitalar, mas atua como uma ferramenta robusta de triagem e acompanhamento. Suas principais funções incluem a medição de:

• Eletrocardiograma (ECG) para adultos.
• Saturação de oxigênio (SpO2) e taxa de pulso (PR).
• Temperatura corporal via infravermelho.
• Pedômetro e rastreamento de sono (OxiRecorder).

4.2. Tabela de Sensores e Acessórios

4.3. Especificações Técnicas.

• Sistema de ECG: O dispositivo possui uma taxa de amostragem de 500 Hz com precisão de amostragem de 16 bit. A velocidade de varredura (sweep speed) é de 25 mm/s. A largura de banda varia de acordo com o método utilizado: 0.67 a 40 Hz utilizando os eletrodos internos e 0.05 a 40 Hz com o cabo externo. Ele mede a frequência cardíaca (HR) em uma faixa de 30 a 250 bpm com uma precisão de ± 2 bpm ou ± 2%.
• Oximetria de Pulso (SpO2): Utiliza comprimentos de onda de emissão máxima de 660nm e 940nm (com potência de 0.8mW e 1.2mW, respectivamente). O display exibe níveis de saturação de 0% a 100%, com precisão validada de ± 3% na faixa de 70% a 100% (tanto no sensor integrado quanto no externo).
• Termômetro: O sensor infravermelho mede a temperatura na testa em uma faixa de 94.0 a 108.0 °F, garantindo uma margem de erro restrita a ± 0.4 °F.
• Pedômetro: Suporta a contagem de 0 a 99999 passos, calculando distâncias de até 999.99 milhas e queima calórica de até 9999.99 kcal.

4.4. Características Físicas e Autonomia

• Dimensões e Peso: O monitor principal mede 88 x 56 x 13 mm e pesa menos de 80 g.
• Resistência: Possui classificação IP22 (proteção contra objetos sólidos maiores que 12.5 mm e gotejamento de água inclinado a 15°) e foi aprovado em testes de queda de 1.0 m.
• Interface: Conta com uma tela sensível ao toque HD de 2.7 polegadas e conectividade sem fio Bluetooth 4.0 BLE integrada.
• Alimentação: É alimentado por uma bateria de polímero de lítio recarregável de 560 mAh. A autonomia da bateria é impressionante, suportando mais de 1000 verificações diárias (Daily Checks), mais de 12 horas de gravação contínua de SpO2, ou mais de 3 meses em modo de espera (standby). O tempo de recarga até 90% é inferior a 2 horas.

5. Proposta de Reprodução com ESP32.

5.1. Diagrama de Blocos da Arquitetura.

5.2. Tabela dos Componentes Selecionados.

Componente	Módulo/Sensor
MAX30100
AD8232
ADS1115
Buck DC-DC
OLED 1.8"
Buzzer

Imagem representatica componentes.

5.3. Mapeamento de Pinos ESP32.

5.4. Arquitetura de Software.

O firmware é estruturado em cinco módulos funcionais executados como tasks FreeRTOS. A separação garante coesão, facilidade de manutenção e permite distribuir a carga entre os dois núcleos do ESP32.

5.4.1. Módulo de Sensores

Responsável pela aquisição de todos os sinais biométricos. O MAX30100 fornece SpO₂ e frequência cardíaca via I²C; o AD8232 amplifica o sinal de ECG e o entrega ao canal 0 do ADS1115 (ADC externo de 16 bits, ganho ±2,048 V), garantindo resolução e isolamento adequados. O DS18B20 opera no barramento 1-Wire com resolução de 12 bits (0,0625 °C). O canal 3 do ADS1115 monitora a tensão da bateria via divisor resistivo.

5.4.2. Módulo de Controle

Orquestra o ciclo completo de aquisição e toma decisões baseadas em limiares clínicos configuráveis (SpO₂ mínimo, limites de BPM, temperatura máxima). Utiliza Event Groups do FreeRTOS para sinalizar estados ao módulo de atuadores, e buffers circulares para armazenar histórico de 60 amostras de cada sinal.

5.4.3. Módulo de Interface

Controla o display OLED 1,8" e os botões físicos. Implementa uma máquina de estados de menu simples com quatro telas: Sinais Vitais (exibição ao vivo), ECG (forma de onda), Histórico (gráfico de tendência) e Configurações. A atualização do display ocorre a 10 Hz, com debounce de botão em 20 ms via interrupção GPIO.

5.4.4. Módulo de Comunicação

Inicializa um broker MQTT leve (porta 1883) que aceita assinaturas de clientes na rede local. Publica JSON estruturado com todos os sinais a cada 5 segundos. Quando um cliente Bluetooth solicita conexão (BT Classic SPP ou BLE GATT Notify), o módulo inicia um stream de dados de alta frequência (ECG a 250 Hz, vitais a 1 Hz) somente enquanto a sessão estiver ativa. Este módulo está contido dentro do módulo de comunicação.

5.4.5. Módulo de Atuadores (LEDs e Buzzer)

Recebe eventos do módulo de controle e aciona o LED RGB e o buzzer via PWM (periférico LEDC do ESP32). A codificação por cor segue uma convenção intuitiva: verde contínuo para valores normais, âmbar piscante para atenção (parâmetro fora do intervalo de referência) e vermelho piscante com bip sonoro para alarme crítico.

5.4.6. Módulo Seleção (Botões)

Recebe eventos dos botões para selecionar qual tipo de sensor solicitado será lido e enviado.

5.5. Fluxo de Execução / Funcionamento.

A sequência abaixo descreve o ciclo de vida completo do sistema, desde a inicialização até o modo de economia de energia:

1. Boot e Inicialização: ESP32 inicializa NVS, configura GPIOs, barramento I²C (400 kHz), 1-Wire e SPI. Verifica presença dos sensores e aborta com erro no OLED caso algum não responda.
2. Regulação & Bateria: Buck DC-DC estabiliza tensão; ADS1115 (ch3) mede VBat. Nível de carga é calculado e exibido no OLED. Se VBat < 3,6 V, LED pisca vermelho e buzzer emite alerta de bateria fraca.
3. Task de Sensores (Core 0): FreeRTOS lança task dedicada: a cada periodo de tempo lê MAX30100 (SpO₂, BPM) via I²C; ADS1115 (ECG); lê DS18B20. Dados publicados em filas.
4. Task de Controle (Core 0):Consome filas, verifica limiares (SpO₂ < 90%, BPM fora de 40-150, Temp > 38,5 °C). Gera eventos de alarme; mantém buffer circular amostras.
5. Task de Interface (Core 1): Atualiza OLED a 10 Hz com valores em tempo real. Detecta pressão de botões para navegar entre telas: Vital Signs → ECG → Histórico → Config.
6. Task de Comunicação (Core 1): Broker MQTT escuta tópicos locais. A cada 5 s publica JSON com todos os sinais. Se cliente BT conectar, inicia stream de dados sob demanda (ESP-SPP ou BLE Notify).
7. Task de Atuadores (Core 1): Recebe eventos de controle: LED verde = normal; amarelo = atenção; vermelho piscante = alarme crítico. Buzzer emite bipes conforme gravidade. PWM suaviza transições.
8. Deep Sleep / Economia: Sem interação por 5 min → entra em light-sleep (Wi-Fi off). Botão wake ou dados críticos retomam operação plena automaticamente.

5.6. Considerações de Implementação

5.6.1. Alimentação

O conjunto de 4× pilhas AA fornece ~6 V e ~2500 mAh. O conversor Buck DC-DC (p. ex. MP2307 ou LM2596) regula para 3,3 V (ESP32 e sensores digitais) e 5 V (display OLED, se necessário). O consumo estimado em operação plena é de ~180 mA (ESP32 ~150 mA + sensores ~30 mA), resultando em autonomia superior a 13 horas. Com light-sleep, a autonomia pode superar 40 horas.

5.6.2. Barramento I²C e Isolação de Sinais

MAX30100 e ADS1115 compartilham o barramento I²C a 400 kHz. O AD8232 é conectado via saída analógica ao canal 0 do ADS1115, evitando ruído de comutação no ADC interno do ESP32 e melhorando a resolução do ECG. Resistores de pull-up de 4,7 kΩ são obrigatórios na linha SDA/SCL.

5.6.3. Comunicação MQTT e Bluetooth

O broker MQTT roda na pilha Wi-Fi do ESP32 (modo Access Point + Station simultâneos). Clientes externos (smartphone, PC) publicam comandos de configuração e assinam os tópicos de sinais vitais. O Bluetooth é ativado somente sob demanda para preservar bateria; a conexão BLE utiliza um serviço customizado com UUID dedicado para cada característica (SpO₂, BPM, Temp, ECG).

6. Pesquisa Bibliográfica e Tecnológica

6.1 Artigos sobre Tecnologias que Viabilizam o Produto

Os artigos a seguir abordam as principais tecnologias que viabilizam a existência de um monitor de sinais vitais portátil como o CheckMe Pro: aquisição de ECG vestível, oximetria de pulso (SpO₂), protocolo Bluetooth Low Energy (BLE) e sensores infravermelhos de temperatura corporal.

Artigo 1 — Sistema Portátil de Tele-ECG Vestível

Título: A Portable Wearable Tele-ECG Monitoring System
Autores: Haydar Ozkan, Orhan Ozhan, Yasemin Karadana, Muhammed Gulcu, Samet Macit, Fasahath Husain
Revista: IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement — Volume 69, Issue 1, pp. 173–182
Ano: 2020 DOI: 10.1109/TIM.2019.2895484
PDF: https://ieeexplore.ieee.org/document/8662770

Resumo:
Este artigo apresenta um sistema vestível completo para monitoramento remoto de eletrocardiograma (ECG) e frequência cardíaca. A arquitetura é composta por um singlet (camiseta elástica) integrado com eletrodos têxteis removíveis, um módulo de aquisição e filtragem de sinal ECG, comunicação via Bluetooth Low Energy (BLE) para um smartphone, e transmissão dos dados para um servidor web acessível por médicos em tempo real. O sistema inclui funcionalidades de segurança como alertas SMS automáticos com localização GPS quando a frequência cardíaca ultrapassa limites normais, além de um botão de emergência "HELP".

Relação com sistemas embarcados e o CheckMe Pro:
O artigo apresenta a aquisição de sinais biológicos em sistemas embarcados, desde os sensores (eletrodos têxteis), passando pelo processamento embarcado do sinal (filtragem analógica e digital), até a comunicação sem fio via BLE. Essa é exatamente a mesma arquitetura funcional do CheckMe Pro para a funcionalidade de ECG: aquisição de sinal, processamento local no dispositivo embarcado, exibição em tela e transmissão de dados via Bluetooth para dispositivos móveis.

Artigo 2 — Oxímetro de Pulso Portátil baseado em IoT (Sensor MAX30102)

Título: IoT based portable heart rate and SpO2 pulse oximeter
Autores: Ayman El-Hajj, Zaher Dawy
Revista: HardwareX — Volume 11, e00309
Ano: 2022
DOI: 10.1016/j.ohx.2022.e00309
PDF: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468067222000542

Resumo:
O artigo descreve em detalhes o projeto de hardware e software de um oxímetro de pulso portátil e de baixo custo baseado no sensor óptico MAX30102. O sensor integra LEDs vermelhos e infravermelhos, fotodetector e eletrônica de baixo ruído para rejeição de luz ambiente, tudo em um único encapsulamento. O sistema utiliza comunicação I2C com um microcontrolador e implementa algoritmos de processamento de sinal fotopletismográfico (PPG) para extrair valores de oxigenação e frequência cardíaca. O artigo demonstra como componentes de baixo custo podem ser integrados em um sistema embarcado portátil, abordando desafios como artefatos de movimento, calibração e eficiência energética.

Relação com sistemas embarcados e o CheckMe Pro:
A tecnologia de oximetria de pulso descrita neste artigo, especificamente o sensor MAX30102, o protocolo I2C e o processamento de sinal PPG, representa uma das funcionalidades centrais do CheckMe Pro: a medição de saturação de oxigênio (SpO₂) e frequência cardíaca.

Artigo 3 — Segurança e Privacidade do Bluetooth Low Energy (BLE) em IoT e Dispositivos Vestíveis

Título: Security and Privacy Threats for Bluetooth Low Energy in IoT and Wearable Devices: A Comprehensive Survey
Autores: Nasser Alnaeli et al.
Revista: IEEE Open Journal of the Communications Society — Volume 3, pp. 251–281
Ano: 2022
DOI: 10.1109/OJCOMS.2022.3148408
PDF: https://ieeexplore.ieee.org/document/9706362

Resumo:
Este artigo realiza uma survey abrangente sobre o protocolo Bluetooth Low Energy (BLE), que é o padrão de comunicação sem fio mais utilizado em dispositivos vestíveis de saúde. O trabalho apresenta detalhadamente as vulnerabilidades de segurança e dos mecanismos de mitigação para comunicações BLE em dispositivos IoT e vestíveis na área de saúde. São analisados aspectos como pareamento, criptografia, autenticação, rastreamento de dispositivos e ataques man-in-the-middle, além de discutir as diferenças entre as versões do protocolo BLE (4.0 a 5.x) e suas melhorias de segurança.

Relação com sistemas embarcados e o CheckMe Pro:
O Bluetooth Low Energy é o protocolo de comunicação sem fio utilizado pelo CheckMe Pro para transmitir dados de sinais vitais (ECG, SpO₂, temperatura, frequência cardíaca) do dispositivo embarcado para aplicativos móveis. Este artigo é fundamental para entender os desafios de segurança dessa comunicação, um aspecto crítico quando se transmitem dados sensíveis de saúde. O estudo aborda diretamente a camada de comunicação do sistema embarcado, incluindo o consumo energético reduzido do BLE, essencial para dispositivos portáteis alimentados por bateria como o CheckMe Pro.

Artigo 4 — Sensores Infravermelhos para Monitoramento de Temperatura Corporal

Título: Investigation of the Impact of Infrared Sensors on Core Body Temperature Monitoring by Comparing Measurement Sites
Autores: Hsuan-Yu Chen, Andrew Chen, Chiachung Chen
Revista: Sensors (MDPI) — Volume 20, Issue 10, 2885
Ano: 2020
DOI: 10.3390/s20102885
PDF: https://www.mdpi.com/1424-8220/20/10/2885

Resumo:
Este artigo investiga o desempenho de diferentes termômetros infravermelhos (IRT) para monitoramento de temperatura corporal, comparando locais de medição como tímpano, testa e pulso. O estudo avalia a precisão e os offsets entre diferentes pontos de medição, propondo um procedimento operacional padrão (SOP) para triagem de temperatura com sensores infravermelhos. Os resultados demonstram que termômetros infravermelhos apresentam boa precisão, porém identificam um offset fixo entre medições timpânicas e frontais. O artigo também conclui que medições no pulso apresentam desvios significativos em relação à temperatura timpânica, sendo inadequadas para triagem de febre, e sugere um limiar de 36°C para temperatura frontal como critério de triagem.

Relação com sistemas embarcados e o CheckMe Pro:
A medição de temperatura corporal é uma das funcionalidades centrais do CheckMe Pro, que utiliza sensor de temperatura integrado ao dispositivo. Este artigo é diretamente relevante pois aborda os desafios técnicos da tecnologia de sensoriamento infravermelho empregada em dispositivos médicos portáteis: precisão da medição, influência do local de medição no corpo, calibração e procedimentos de uso. Essas são questões fundamentais para o projeto de sistemas embarcados biomédicos como o CheckMe Pro, que precisam garantir medições confiáveis de temperatura em um formato portátil e de fácil uso.

6.2 Artigos sobre Aplicação / Uso do Produto

Os artigos a seguir abordam aplicações clínicas e de uso prático de monitores portáteis de sinais vitais, validação de dispositivos para uso domiciliar, monitoramento remoto de pacientes e telemedicina — contextos diretamente relacionados ao uso do CheckMe Pro.

Artigo 5 — Dispositivos Vestíveis para Monitoramento Remoto de Doenças Crônicas

Título: Wearable Devices for Remote Monitoring of Chronic Diseases: Systematic Review
Autores: Masresha Derese Tegegne, Sharareh Rostam Niakan Kalhori, Paulo Haas, Viktor MG Sobotta, Joana Warnecke, Thomas M Deserno
Revista: JMIR mHealth and uHealth — Volume 14
Ano: 2026
DOI: 10.2196/74071
PDF: https://mhealth.jmir.org/2026/1/e74071

Resumo:
Esta revisão sistemática analisa 61 artigos sobre o uso de dispositivos vestíveis para monitoramento remoto de doenças crônicas, incluindo cardiovasculares, neurológicas, câncer, metabólicas e respiratórias. O estudo identifica que os dispositivos mais utilizados são pulseiras/smartwatches (64% dos artigos), com sensores de acelerômetro (64%), fotopletismografia/PPG (30%), biopotencial/ECG (28%), pressão (18%) e termômetro (15%). Os parâmetros de saúde mais monitorados são aceleração, frequência cardíaca, temperatura corporal, pressão arterial e saturação de oxigênio periférico (SpO₂). O pulso é o local corporal mais comum para posicionamento de sensores.

Artigo 6 — Dispositivos de ECG para Uso Domiciliar: Revisão Tecnológica e Clínica

Título: Electrocardiogram Devices for Home Use: Technological and Clinical Scoping Review
Autores: Alejandra Zepeda-Echavarria, Rutger R. van de Leur, Meike van Sleuwen, Rutger J. Hassink, Thierry X. Wildbergh, Pieter A. Doevendans, Joris Jaspers, René van Es
Revista: JMIR Cardio — Volume 7, Issue 1
Ano: 2023
DOI: 10.2196/44003
PDF: https://cardio.jmir.org/2023/1/e44003

Resumo:
Esta revisão de escopo avalia 58 dispositivos de ECG móveis/portáteis disponíveis para uso domiciliar, categorizando-os por design, número de derivações, evidência clínica e uso pretendido. O estudo identifica que a maioria dos dispositivos é projetada para detecção de arritmias, particularmente fibrilação atrial, e que apenas um subconjunto passou por validação clínica rigorosa. Os dispositivos são classificados em categorias como patches, smartwatches, dispositivos portáteis de mão e cintas torácicas. O artigo destaca que, embora esses dispositivos não substituam o ECG de 12 derivações hospitalar para diagnósticos complexos como STEMI (infarto com supradesnivelamento de ST), são ferramentas valiosas para triagem e monitoramento contínuo.

Artigo 7 — Sistema de Monitoramento ECG de Baixo Consumo para Múltiplos Pacientes Remotos

Título: Low-Power Wearable ECG Monitoring System for Multiple-Patient Remote Monitoring
Autores: Elisa Spanò, Stefano Di Pascoli, Giuseppe Iannaccone
Revista: IEEE Sensors Journal — Volume 16, Issue 13, pp. 5452–5462
Ano: 2016
DOI: 10.1109/JSEN.2016.2564995
PDF: https://ieeexplore.ieee.org/document/7480403

Resumo:
O artigo propõe um sistema de monitoramento ECG vestível de baixo consumo de energia projetado para ambientes residenciais, com foco em usuários não técnicos. A arquitetura segue uma integração vertical de IoT (Internet of Things): um nó sensor vestível adquire o sinal ECG com consumo energético record-low por nível efetivo de quantização, transmite os dados via comunicação sem fio para um gateway local, que então os envia para a nuvem para análise por profissionais de saúde. O sistema é escalável, permitindo o monitoramento simultâneo de múltiplos pacientes com baixo custo marginal por sensor/usuário adicionado.

Artigo 8 — Telemonitoramento Domiciliar de Sinais Vitais: Desafios Técnicos e Direções Futuras

Título: Home Telemonitoring of Vital Signs — Technical Challenges and Future Directions
Autores: Branko G. Celler, Ross S. Sparks
Revista: IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics — Volume 19, Issue 1, pp. 82–91
Ano: 2015 (publicado online em agosto de 2014)
DOI: 10.1109/JBHI.2014.2351413
PDF: https://ieeexplore.ieee.org/document/6882183

Resumo:
Este artigo aborda os desafios técnicos e as direções futuras dos sistemas de telemonitoramento domiciliar de sinais vitais. São analisados aspectos como: a infraestrutura necessária para monitoramento remoto de pacientes, os protocolos de comunicação para transmissão segura de dados de saúde, o processamento e análise estatística dos sinais vitais coletados, a detecção automatizada de anomalias em séries temporais de dados fisiológicos, e os desafios de usabilidade e aceitação por parte de pacientes idosos ou com doenças crônicas. O artigo também discute modelos de intervenção clínica baseados em alertas automáticos e a integração com sistemas de saúde existentes.

6.3 Referências dos Artigos

7. Comparativo com Produtos Similares.

7.1. Tabela Comparativa.

7. Referência

[1] SHENZHEN VIATOM TECHNOLOGY. User's Manual: Checkme Pro Health Monitor. Versão B. Shenzhen: Viatom Technology, set. 2015.