Desenvolvimento de circuito e controle de temperatura em malha fechada para incubadora neonatal

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema microcontrolado para o controle de temperatura de uma incubadora neonatal, com foco na segurança operacional, estabilidade térmica e confiabilidade do processo de controle. A motivação do estudo está relacionada à elevada sensibilidade térmica dos recém-nascidos, especialmente os prematuros, que necessitam de condições ambientais rigorosamente controladas para garantir seu adequado desenvolvimento fisiológico e reduzir riscos à saúde. Nesse contexto, o controle preciso da temperatura constitui um requisito essencial para o funcionamento seguro e eficiente de incubadoras neonatais. A proposta desenvolvida integra sensores de temperatura, sistemas embarcados e eletrônica de potência, visando a implementação de um sistema automatizado capaz de regular a temperatura interna da incubadora de forma contínua e confiável. A medição da temperatura é realizada por meio de um sensor digital adequado a aplicações biomédicas, enquanto a estratégia de controle emprega um controlador proporcional–integral (PI), implementado em um microcontrolador responsável pelo processamento dos dados e pela atuação sobre o elemento de aquecimento. O estágio de potência é composto por um conversor Buck, encarregado de ajustar a energia fornecida à carga térmica de acordo com o sinal de controle, permitindo uma modulação eficiente da potência dissipada. Além disso, o sistema conta com uma fonte auxiliar do tipo Flyback, responsável pela alimentação dos circuitos de controle e pela garantia de isolamento elétrico entre os estágios de potência e comando. O desenvolvimento do trabalho envolve o projeto dos circuitos eletrônicos, a implementação do firmware, a realização de simulações e a definição de procedimentos de teste e validação do sistema. A arquitetura proposta tem como objetivo demonstrar a viabilidade da aplicação de técnicas de controle e eletrônica de potência em incubadoras neonatais, contribuindo para o desenvolvimento de soluções embarcadas confiáveis e eficientes.

This work presents the development of a microcontroller-based system for temperature control in a neonatal incubator, focusing on operational safety, thermal stability, and reliability of the control process. The motivation for this study arises from the high thermal vulnerability of newborns, especially premature infants, who require strict environmental control to ensure adequate physiological conditions and to reduce health risks associated with thermal instability. In this context, precise temperature regulation is a critical requirement in neonatal care equipment, demanding robust control strategies and reliable electronic systems. The proposed solution integrates temperature sensing, embedded systems, and power electronics to implement an automated temperature control system capable of maintaining stable operating conditions inside the incubator. Temperature measurement is performed using a digital sensor suitable for biomedical applications, while the control strategy is based on a proportional–integral (PI) controller implemented in a microcontroller. This controller processes the measured temperature, compares it with a reference value, and generates a control signal to regulate the heating system. The power stage of the system is composed of a Buck converter responsible for adjusting the electrical power delivered to the heating element, allowing precise modulation of the thermal output. Additionally, an auxiliary Flyback converter is employed to supply the control and signal conditioning circuits, ensuring electrical isolation and safe operation. The development process includes the design and simulation of electronic circuits, implementation of the embedded firmware, and definition of testing and validation procedures aimed at evaluating the behavior of the system under controlled conditions. The proposed architecture aims to demonstrate the feasibility of applying embedded control techniques and power electronics to neonatal incubators, contributing to the development of reliable and efficient.