Desenvolvimento de um protótipo de dispositivo vestível para aferição de variabilidade da frequência cardíaca para determinação de prontidão ao treino

dc.contributor.advisorFaria, Marlene Araujo de
dc.contributor.advisor-latteshttp://lattes.cnpq.br/1906265701265000
dc.contributor.authorSiva Neto, José Silvestre da
dc.contributor.author-latteshttp://lattes.cnpq.br/0485049641575437
dc.contributor.co-advisorLopes, Henrique Mendes da Rocha
dc.contributor.co-advisor-latteshttp://lattes.cnpq.br/3425324398213542
dc.contributor.referee1Orellana, Miguel Angel
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6036754748674142
dc.contributor.referee2Menezes Junior, Ramayana Assunção
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5539218691799154
dc.contributor.referee3Renata da Encarnação Onety
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2342137418158973
dc.date.accessioned2026-01-13T13:29:43Z
dc.date.issued2026-01-20
dc.description.abstractThe monitoring of physiological recovery has become indispensable for optimizing sports performance and preventing overtraining. This work presents the development of a low-cost wearable prototype for measuring Heart Rate Variability (HRV), utilizing the ESP32 microcontroller and the XD-58C reflective photoplethysmographic (PPG) sensor. The main objective was to validate a hardware and firmware architecture capable of deter mining training readiness through the RMSSD metric. The methodology relied on the implementation of embedded Digital Signal Processing (DSP) techniques for pulse signal treatment. Comparative tests were conducted among different filter topologies, resulting in the definition of a hybrid approach combining exponential smoothing and a 2nd-order Butterworth filter with an 8 Hz cutoff frequency. Results showed that this configuration increased the Signal-to-Noise Ratio (SNR), enabling robust systolic peak detection via an dynamic threshold algorithm. Despite latency limitations in Bluetooth transmission, which presented packet losses around 15%, the system proved effective for wellness-grade applications, validating the use of green light photoplethysmography as a non-invasive tool for resting autonomic recovery analysis.
dc.description.resumoO monitoramento da recuperação fisiológica tornou-se indispensável para a otimização do desempenho esportivo e prevenção do overtraining. Este trabalho apresenta o desen volvimento de um protótipo de dispositivo vestível de baixo custo para a aferição da Variabilidade da Frequência Cardíaca (VFC), utilizando o microcontrolador ESP32 e o sensor fotopletismográfico (PPG) reflexivo XD-58C. O objetivo principal foi validar uma arquitetura de hardware e firmware capaz de determinar a prontidão para o treino através da métrica RMSSD. A metodologia baseou-se na implementação de técnicas de Processamento Digital de Sinais (PDS) embarcados para o tratamento do sinal de pulso. Foram realizados testes comparativos entre diferentes topologias de filtros, resultando na definição de uma abordagem híbrida que combina suavização exponencial e um filtro Butterworth de 2ª ordem com frequência de corte em 8 Hz. Os resultados demonstraram que essa configuração elevou a relação Sinal-Ruído (SNR), permitindo a detecção robusta dos picos sistólicos através de um algoritmo de threshold dinâmico. Apesar das limitações de latência na transmissão Bluetooth, que apresentaram perdas de pacotes na ordem de 15%, o sistema mostrou-se eficaz para aplicações de nível bem-estar (wellness), validando o uso da fotopletismografia de luz verde como ferramenta não invasiva para análise de recuperação autonômica em repouso.
dc.identifier.citationSILVA NETO, José Silvestre da. Desenvolvimento de um protótipo de dispositivo Vestível para aferição de variabilidade da frequência cardíaca para determinação de prontidão ao treino. 2025. TCC (Graduação em Engenharia de Controle e Automação ) - Universidade do Estado do Amazonas, Manaus, 2025. - ( Monografias (Graduação)
dc.identifier.urihttps://ri.uea.edu.br/handle/riuea/8013
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade do Estado do Amazonas
dc.publisher.initialsUEA
dc.relation.referencesCHRISMAS, B. C. R. et al. External training loads and smartphone-derived heart rate variability indicate readiness to train in elite soccer. International Journal of Performance Analysis in Sport, Routledge, v. 19, n. 2, p. 143–152, 2019. Disponível em: . Citado 2 vezes nas páginas 12 e 17. ELGENDI, M. On the analysis of fingertip photoplethysmogram signals. Curr Cardiol Rev, United Arab Emirates, v. 8, n. 1, p. 14–25, fev. 2012. Citado na página 22. ESCO, M. R. et al. Ultra-shortened time-domain HRV parameters at rest and following exercise in athletes: an alternative to frequency computation of sympathovagal balance. Eur. J. Appl. Physiol., Springer Science and Business Media LLC, v. 118, n. 1, p. 175–184, jan. 2018. Citado 4 vezes nas páginas 15, 16, 17 e 18. J, H. R. et al. IoT-Enabled Hemodynamic Surveillance System: AD8232 Bioelectric Signal Processing with ESP32. 2025. Disponível em: . Citado 2 vezes nas páginas 24 e 25. KIM, K. B.; BAEK, H. J. Photoplethysmography in wearable devices: A comprehensive review of technological advances, current challenges, and future directions. Electronics, v. 12, n. 13, 2023. ISSN 2079-9292. Disponível em: . Citado 4 vezes nas páginas 20, 21, 26 e 32. KOFJAč, D. et al. Designing a low-cost real-time group heart rate monitoring system. Microprocessors and Microsystems, v. 63, p. 75–84, 2018. ISSN 0141-9331. Disponível em: . Citado 2 vezes nas páginas 17 e 25. LEE, J. et al. Comparison between red, green and blue light reflection photoplethysmo graphy for heart rate monitoring during motion. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc, United States, v. 2013, p. 1724–1727, 2013. Citado na página 21. LEHRER, P. M.; GEVIRTZ, R. Heart rate variability biofeedback: how and why does it work? Frontiers in Psychology, Volume 5- 2014, 2014. ISSN 1664-1078. Disponível em: . Citado na página 17. MENGARDA, B. G. Desenvolvimento de um sistema integrado de monitoramento da variabilidade da frequência cardíaca: Dispositivo e aplicativo. TCC (graduação) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Engenharia Elétrica, 2025. Disponível em: . Citado 9 vezes nas páginas 12, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 24 e 25. MIRANDA-VEGA, J. E. et al. ESP32-powered PPG signal acquisition: Open-source hardware and software for research and education. Hardware, MDPI AG, v. 3, n. 4, p. 15, nov. 2025. Citado 3 vezes nas páginas 15, 23 e 24. MORAES, J. L. et al. Advances in photopletysmography signal analysis for biomedical applications. Sensors, v. 18, n. 6, 2018. ISSN 1424-8220. Disponível em: . Citado 9 vezes nas páginas 12, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 24 e 27. MORGAN, S. J.; MORA, J. A. M. Effect of heart rate variability biofeedback on sport performance, a systematic review. Appl. Psychophysiol. Biofeedback, Springer Nature, v. 42, n. 3, p. 235–245, set. 2017. Citado na página 12. NATARAJAN, A. et al. Heart rate variability with photoplethysmography in 8 million individuals: a cross-sectional study. Lancet Digit. Health, Elsevier BV, v. 2, n. 12, p. e650–e657, dez. 2020. Citado 2 vezes nas páginas 13 e 16. PARK, J. et al. Photoplethysmogram analysis and applications: An integrative review. Frontiers in Physiology, Volume 12- 2021, 2022. ISSN 1664-042X. Disponível em: . Citado 5 vezes nas páginas 18, 19, 20, 22 e 26. SMITH, S. W. The scientist and engineer’s guide to digital signal processing. USA: California Technical Publishing, 1997. ISBN 0966017633. Citado 2 vezes nas páginas 23 e 25. SONG, H.-S.; LEHRER, P. M. The effects of specific respiratory rates on heart rate and heart rate variability. Applied Psychophysiology and Biofeedback, v. 28, n. 1, p. 13–23, mar. 2003. Citado na página 16
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Statesen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
dc.subjectVariabilidade da Frequência Cardíaca
dc.subjectFotopletismografia
dc.subjectESP32
dc.subjectPro cessamento Digital de Sinais
dc.subjectProntidão para o Treino.
dc.titleDesenvolvimento de um protótipo de dispositivo vestível para aferição de variabilidade da frequência cardíaca para determinação de prontidão ao treino
dc.title.alternativeDevelopment of a prototype wearable device for measuring heart rate variability to determine training readiness.
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso

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