eletrocardiógrafo com computação móvel como...

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  • ELETROCARDIGRAFO COM COMPUTAO MVEL

    COMO FERRAMENTA DIDTICA NA GRADUAO EM

    ENGENHARIA ELETRNICA E DE COMPUTAO

    Ari Magagnin Jnior 1 ari.magagnin@gmail.com

    Joo H. C. Simas 2,3

    jhcecato@gmail.com

    Lourenco R. Malucelli Neto 1,4

    lourencomalucelli@gmail.com

    Douglas R. Jakubiak 2 jakubiak@utfpr.edu.br

    Vicente Machado Neto 1, 2

    vikmachado@gmail.com

    Miguel A. Sovierzoski 1,2

    miguelaso@utfpr.edu.br

    1

    Programa de Ps-Graduao em Engenharia Biomdica (PPGEB) 2

    Departamento Acadmico de Eletrnica (DAELN-CT) 3

    Departamento Acadmico de Computao (DAINF-CT)

    Universidade Tecnolgica Federal do Paran (UTFPR)

    Av. Sete de Setembro, 3165

    80230-901 Curitiba-PR

    4

    Universidade Tuiuti do Paran (UTP)

    Rua Sydnei A. Rangel Santos, 238

    82010-330 Curitiba-PR

    Resumo: Os avanos no conhecimento aliado as tecnologias da internet, facilitando e modificando a forma de acesso as informaes, tm alterado o processo de ensino-

    aprendizagem na academia. O modelo tradicional de ensino, com disciplinas contidas em um

    formato de sala de aula, sem uma viso ao redor e sem interligaes com outras disciplinas

    ou reas de conhecimento no estimulam a maioria dos estudantes ao aprendizado.

    Experincias com projetos integradores e trabalhos de concluso de curso convergem para

    uma maior interao do estudante com as atividades acadmicas e com as disciplinas do

    curso, tanto que se tornaram atividades obrigatrias nos cursos de graduao. Este artigo

    apresenta uma verso didtica de um equipamento comercial como uma ferramenta

    desenvolvida para estudantes de graduao em Engenharia Eletrnica, em Engenharia de

    Computao, e cursos afins. O objetivo integrar diversas reas de conhecimentos

    abordadas em diferentes disciplinas profissionalizantes gerais e especficas, permitindo que o

    estudante interaja com o projeto, analise, avalie e teste as suas solues de projeto ou

    implementaes. O eletrocardigrafo didtico com computao mvel permite interagir com

    estudantes cursando disciplinas desde eletrnica bsica, passando por circuitos analgicos,

    sistemas digitais, sistemas operacionais, processamento digital de sinais em tempo real,

    comunicaes sem fio e computao mvel. apresentada a descrio do sistema para ter a

    abrangncia multidisciplinar e so discutidos alguns resultados preliminares.

    Palavras-chave: Eletrocardigrafo didtico, Computao mvel, Ensino-aprendizagem,

    Integrao de reas de conhecimento

  • 1. INTRODUO

    Nos cursos de graduao em engenharia h o paradigma da contnua expanso do

    conhecimento cientfico e do aparecimento de novas tecnologias. Apesar das matrias de

    formao bsica sofrerem pouca alterao ao longo dos anos, as matrias de formao

    profissional geral e formao profissional especfica esto sujeitas a uma constante insero

    de novas tecnologias e a obsolescncia de outras.

    Para manter o currculo atualizado so necessrias adequaes constantes nos projetos

    pedaggicos dos cursos. Outras diretivas tambm norteiam e impem limites neste trabalho,

    destacando-se o tempo para titulao e a carga horria semestral ou anual do curso. No outro

    lado encontra-se o estudante que, acostumado com a velocidade do mundo globalizado, se

    desmotiva com facilidade e evade-se dos cursos de graduao. Nesse contexto, necessrio o

    uso de solues didticas inovadoras para que os estudantes absorvam mais conhecimento

    formativo com menos aulas. Para que o estudante consiga motivar-se, aprender, interagir de

    maneira adequada com o contedo e amadurecer sua postura profissional, necessrio que

    tais solues didticas estejam inseridas neste contexto tecnolgico de rpida evoluo. Os

    projetos pedaggicos dos cursos descrevem a conexo entre as disciplinas, mas quando se

    trata das matrias de formao profissional geral e formao profissional especfica, no

    motivador para o estudante manter-se focado em uma s disciplina sem que possa

    compreender de forma emprica a conexo desta disciplina com as demais disciplinas da

    matriz curricular. Para aumentar a motivao do estudante, necessrio abordar aplicaes

    reais do conhecimento explanado em sala de aula. Se possvel, o prprio estudante deve

    desenvolver trabalhos prticos utilizando estes conhecimentos, melhorando em todos os

    aspectos caractersticas tcitas e no tcitas da sua formao. Todas estas discusses de

    contexto sempre estiveram e continuam na pauta das reunies da Comisso Curricular

    Permanente (CCP), atualmente denominada de Ncleo Docente Estruturante (NDE) do curso.

    Esse trabalho apresenta uma soluo didtica de um equipamento mdico-hospitalar, no

    caso um eletrocardigrafo porttil com computao mvel, que objetiva integrar vrias reas

    do conhecimento abordadas em diversas disciplinas nas engenharias, principalmente na

    Engenharia Eletrnica e na Engenharia de Computao.

    2. MOTIVAO

    Projetos isolados a uma disciplina ou projetos envolvendo um pequeno conjunto de

    disciplinas surgem naturalmente entre os professores, representando um projeto disciplinar,

    ou um projeto integrador, fazendo uso de problemas maiores e mais complexos que exigem

    mltiplas habilidades dos estudantes.

    A motivao para esse trabalho est relacionada com a integrao de diversas reas de

    conhecimento para estimular o ensino multidisciplinar envolvendo principalmente a

    engenharia eltrica, a engenharia de computao e a engenharia biomdica.

    Neste escopo foi desenvolvido de forma didtica o eletrocardigrafo porttil com

    computao mvel, para que diversas reas de conhecimento e tecnologias interajam com

    disciplinas profissionalizantes ao longo da formao do discente. Objetiva-se manter a

    motivao do estudante com o reconhecimento e a aplicao dos conhecimentos adquiridos e

    trabalhos desenvolvidos no contexto do projeto, permitindo a anlise das solues

    implementadas, o desenvolvimento e testes de novas solues e a aplicao de novas

    tecnologias. Foram utilizadas premissas no desenvolvimento do projeto possibilitando que o

    estudante interaja com a ferramenta em diversos nveis de abstrao:

  • Nvel de circuitos e solues tecnolgicas. O eletrocardigrafo foi projetado para o estudante interagir com os circuitos, podendo monitorar sinais internos aos circuitos,

    adicionar e testar os seus circuitos. Novas solues podem ser ensaiadas pelo

    estudante e agregadas ao sistema;

    Nvel de protocolos. Os protocolos de comunicao so simples de analisar e podem ser alterados ou modificados gerando novas verses do sistema;

    Nvel de aplicativos. O estudante pode interagir com o sistema e desenvolver os seus estudos e trabalhos alterando o aplicativo ou desenvolvendo o seu aplicativo,

    utilizando as mesmas ferramentas ou outras ferramentas;

    Nvel de sistema. O estudante obtm a viso geral do sistema e se necessrio a viso e o detalhe das partes, interagindo com os circuitos, com os protocolos, com as rotinas,

    permitindo uma maior interao com o eletrocardigrafo didtico e com as tecnologias

    envolvidas.

    Como citado, o objetivo do trabalho integrar o contedo de diversas disciplinas de

    diferentes reas de conhecimento atravs de uma aplicao real, porm, adaptada para as

    necessidades acadmicas, de forma que os estudantes interajam em diversos nveis com o

    projeto, sem desviar o foco principal das disciplinas.

    No contexto do projeto do eletrocardigrafo didtico so necessrios conhecimentos de

    diversas reas, destacando-se: condicionamento de sinal, circuitos com amplificadores

    operacionais, projeto de circuitos analgicos (BOYLESTAD e NASHELSKY, 2004), rudo

    em circuitos, sistemas, teoria de filtros ativos (PERTENCE JNIOR, 2012), converso

    analgica-digital, microcontroladores (NICOLOSI, 2000), perifricos inteligentes, sistemas

    digitais (TOCCI, 2011), sistemas operacionais (SILBERSCHATZ, 2012), sistemas

    embarcados, sistemas em tempo real (SHAW, 2001), armazenamento de dados,

    processamento digital de sinais, tcnicas de filtragem digital (PROAKIS e MANOLAKIS,

    2007), interfaces de comunicao, desenvolvimento de protocolos, protocolos de

    comunicao, protocolos de comunicao sem fio (TANENBAUM, 2003), segurana de

    informao (STAMP, 2011), programao estruturada, programao orientada a objetos

    (DEITEL, 2010), programao orientada a eventos (SEIXAS FILHO e SZUSTER, 2003),

    interface humano-computador, design de interfaces, tecnologias em internet, aplicaes em

    dispositivos mveis. Outras reas de conhecimento, mais focadas em engenharia biomdica

    contemplam instrumentao biomdica com sistemas de transduo (WEBSTER, 2010),

    normas de segurana em equipamentos biomdicos (ABNT, 1997a, 1997b) e fisiologia

    humana com a gerao de potenciais bioeltricos (GUYTON e HALL, 2006).

    3. DESCRIO DO ELETROCARDIGRAFO DIDTICO

    A viso geral do sistema didtico de eletrocardiografia com computao mvel

    apresentada pela Figura 1, onde um voluntrio ou um simulador de sinal de ECG conectado

    no eletrocardigrafo. Este efetua as conformaes no sinal de ECG, as adequaes de nveis

    de tenso, o processo de amostragem e digitalizao do sinal e envia o sinal digitalizado para

    um computador atravs do mdulo de comunicao sem fio. O computador transmite o sinal

    para o servidor web que responsvel por gravar o sinal no banco de dados e disponibiliz-

    los para os hosts conectados via navegador web. Os hosts podem ser computadores, tablets ou

    smartphones dos prp