Pulsera inteligente con Arduino MKR GSM 1400 y Hologram IoT

Componentes y suministros

• Arduino MKR GSM 1400 × 1
• Antena LTE/celular × 1
• Tarjeta SIM Hologram Global IoT × 1
• Sensor de frecuencia cardíaca DFRobot × 1
• Sensor de temperatura IR × 1
• Batería LiPo 3.7V (800mAh) × 1

Herramientas necesarias

• Soldador (genérico)

Aplicaciones y servicios en línea

• Arduino IDE / Arduino Web Editor
• Microsoft Azure (IoT Hub, Cosmos DB, Stream Analytics)
• Microsoft Power BI
• Hologram Data Router

Sobre el proyecto

Resumen del proyecto

SmartWristband es una pulsera wearable que monitoriza signos vitales (frecuencia cardíaca, temperatura) y geolocalización de pacientes con formas leves de virus (como COVID-19) que se aislan en casa. Permite liberar camas hospitalarias para casos graves.

Problema: Pacientes con síntomas leves son enviados a casa, pero su estado puede empeorar en horas. Equipos médicos voluminosos y caros no escalan para monitorizar masivamente.

Solución: Dispositivo de bajo coste, escalable, open-source que monitoriza continuamente y envía datos vía GSM a la nube (Azure) para dashboards médicos y de paciente.

Datos recopilados

• Vitales: Frecuencia cardíaca y temperatura (cada 5 min)
• Ubicación: Geolocalización para verificar cuarentena
• El dispositivo no procesa datos localmente, los envía a Azure

Por qué estos datos

• Temperatura elevada y frecuencia cardíaca irregular indican progresión viral
• Geolocalización asegura cumplimiento de aislamiento
• Machine learning predice evolución a corto plazo

Hardware

Prototipo cómodo para uso día/noche. Sensores en contacto con piel. Detecta si el usuario se quita la pulsera (patrón de señal cardíaca).

Autonomía

• 8 días con una carga (intervalo 5 min)
• Extensible a 16 días con intervalo 10 min
• Cargable mientras se usa
• Nivel de batería en dashboards

Costes

• ~€70 por dispositivo (incl. carcasa)
• €5/2sem por dispositivo (Hologram)
• €30/2sem backend (Azure, Power BI) - coste fijo independientemente de dispositivos
• Total 100 dispositivos: ~€7,035 (reutilizables)

Dashboards

Dashboard médico

• Vista global de todos los pacientes
• Alertas por email: paciente fuera de casa, sin dispositivo, vitales anormales
• Informe detallado por paciente: vitales, ubicación, dispositivo
• Predicción ML de temperatura y frecuencia cardíaca

Dashboard paciente

• Versión escritorio y móvil
• Muestra frecuencia cardíaca, temperatura, batería
• Sin predicciones ni geolocalización (evita ansiedad)

Arquitectura

Frontend (dispositivo)

Cada 5 min: recopila datos → verifica si se lleva puesto → empaqueta → envía por GSM → sincroniza RTC con servidor de tiempo.

Backend (Azure)

1. Azure IoT Hub recibe datos de forma segura
2. Stream Analytics Job extrae y envía a Cosmos DB
3. Power BI consulta Cosmos DB, ejecuta ML, muestra dashboards
4. Dashboard médico agrega todos los pacientes

Investigación de mercado

Taiwán usa tracking por móvil. Ningún producto combina signos vitales + geolocalización en paquete pequeño y cómodo.

Beneficios

• Asegura cumplimiento de cuarentena
• Monitoriza vitales sin hospitalización
• Libera camas hospitalarias
• Alertas 24/7 a médicos
• Cómodo para el paciente
• Predicción de salud
• Auto-monitorización del paciente
• Coste-efectivo y escalable

Construcción paso a paso

Paso 1: Componentes y servicios

• Hardware: MKR GSM 1400, antena, sensores DFRobot e IR, batería LiPo, SIM Hologram
• Servicios: Arduino IDE, cuenta Hologram, Azure, Power BI

Paso 2: Configurar MKR GSM para Azure IoT

Generar y almacenar certificado (seguir tutorial MKR NB, detener tras certificado). Guardar SHA1.

Paso 3: Conexiones

• Sensor temperatura → A4
• Sensor frecuencia cardíaca → A5
• ¡Insertar SIM!

Pasos 4-6: Backend Azure

1. Crear IoT Hub (Free tier para desarrollo, S1 para producción)
2. Registrar dispositivo con thumbprint SHA1
3. Crear Cosmos DB (API SQL, misma región que IoT Hub)
4. Crear Stream Analytics Job: Input=IoT Hub, Output=Cosmos DB, Query=mapeo JSON

Paso 7: Librerías necesarias

• MKRGSM, RTCZero, ArduinoBearSSL, ArduinoECCX08, ArduinoMqttClient, ArduinoLowPower, DFRobot_Heartrate

Paso 8: Variables de configuración (secrets.h)

• SECRET_BROKER: hostname IoT Hub
• SECRET_DEVICEID: nombre dispositivo en IoT Hub
• DEVICE_ID: ID único por paciente
• MODE: DEVELOP_TIME (10 seg, serial verbose) o RELEASE_TIME (5 min, standalone)

Pasos 9-10: Flashear y desplegar

1. Modo DEVELOP: probar con Serial Monitor, verificar en IoT Hub
2. Cambiar a RELEASE_TIME, flashear, desconectar USB, verificar LED parpadea cada 10 min

Paso 11: Dashboards Power BI

1. Conectar Power BI Desktop a Cosmos DB
2. Transformar datos, crear medidas DAX (archivos en GitHub)
3. Diseñar dashboard médico (con alertas) y de paciente (versión móvil)
4. Publicar en Power BI Service, configurar alertas en tarjetas temperatura (>38°C) y FC (>100)

Paso 12: Carcasa

Diseño 3D disponible, prototipo en plástico cortado. Versión final más compacta con PCB.

Reflexión

Proyecto open-source completo en GitHub. Inspiración en sistema taiwanés. Desafío principal: certificado Azure con expiración incorrecta. Dashboard fue la parte más disfrutada.

Código

Repositorio GitHub: https://github.com/Andrei-Florian/SmartWristband

Esquemáticos

Archivo Fritzing: schematics_HcrW1SiwfW.fzz e imagen de conexiones.