Pulse Sensor 心率传感器CC2530源码

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最近有朋友需要通过Pulse Sensor也就是心率传感器结合ZigBee进行开发，ZigBee是Ti的方案，主控是CC2530，因此写了这款传感器的驱动程序！

Pulse Sensor是一款用来检测心率的传感器，使用方法还是比较方便的，用户只需要用手指按住传感器就可以，传感器的实物图如下：

正面背面

Pulse Sensor检测原理是通过发射光源，然后根据光源返回的效果输出ADC数据。由于手指上布满毛细血管，而毛细血管会随着心率而跳动，这就导致传感器发射和接收光的效果不同，从而达到ADC输出效果不同，比如下图就是ADC的输出图：

因此检测心率的方式很简单：测出两个ADC峰值间的时长，假设这个时长为T，单位是毫秒，那么1分钟的心率假设为S，则：

S = 60000/T 次/秒

程序设计需要考虑的地方：

1. 传感器检测时，必须手指按在传感器上，否则检测的数据是不对的，所以首先要判断传感器是否有手指接触。

2. 如何正确的获取两次峰值数据？

程序逻辑：

if(halPulseSensorTouch())
{
if( (refPeak = halPulseSensorPeakFitting()) == 0 )
goto RET;
// First Beat
if(halPulseSensorGetNextBeat(refPeak) == 0)
goto RET;
// Clear and Start Timer
HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_CLEAR();
HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_START();
// Skip the peak value
HAL_PULSE_SENSOR_DELAY_MS(200);
// Second Beat
secondBeat = halPulseSensorGetNextBeat(refPeak);
// Stop Timer and get the delay time
HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_STOP();
if(secondBeat == 0)
goto RET;
if( (beatTime = (uint16)HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_GET_TIME()) == 0 )
goto RET;
if( (dat.heartRate = (uint16)60000 / beatTime) != 0 )
dat.ok = TRUE;
}

首先我们通过函数halPulseSensorTouch()检测是否手指是触摸在传感器上的，如果是我们才进行数据读取！

然后函数halPulseSensorPeakFitting()是用来获取ADC峰值的数据，这个函数会拟合出一个峰值的数值作为参考数值，

具体的做法是不断地获取峰值数据，然后筛选出相近的一组数值求取平均值，这个平均值将作为峰值参考数值！

然后确定一个峰值点，作为时间的起始点，这时候开启定时器，定时时间直到获取到下一个峰值点，这段时间就是一次心跳

的时长：

// First Beat
if(halPulseSensorGetNextBeat(refPeak) == 0)
goto RET;

开启定时器并尝试获取第二个峰值：

// Clear and Start Timer
HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_CLEAR();
HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_START();
// Skip the peak value
HAL_PULSE_SENSOR_DELAY_MS(200); // <-- 获取一个峰值后，如果直接读取数据，可能瞬间读到的数据还是峰值数据，所以通过延时跳过峰值阶段
// Second Beat
secondBeat = halPulseSensorGetNextBeat(refPeak); // <---------------- 获取第二个峰值
// Stop Timer and get the delay time
HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_STOP();

剩下的数据就是读取这段时间定时器时长，然后计算出心率就OK了：

if( (beatTime = (uint16)HAL_PULSE_SENSOR_TIMER_GET_TIME()) == 0 )
goto RET;
if( (dat.heartRate = (uint16)60000 / beatTime) != 0 ) // <------- 计算出心率
dat.ok = TRUE;

判断手指是否按下的方法：先获取一个ADC的数据作为参考点，然后连续再获取20个数据（数量可调整）作为采样点，如果说这些采样点有一半以上和参考点是相近的，可以认为是没有手指按下！

static BOOL halPulseSensorTouch(void)
{
uint8 i;
uint16 timeout = 0;
uint8 cnt = 0;
uint8 adc8Next;
uint8 adc8;
/* First touch or Realease */
while( (adc8 = HAL_PULSE_SENSOR_ADC8()) < HAL_PULSE_SENSOR_TOUCH_ADC8 ||
adc8 > HAL_PULSE_SENSOR_REALEASE_ADC8)
{
HAL_PULSE_SENSOR_DELAY_MS(10);
if(++timeout >= 100)
goto ERROR;
}
/* Touching */
adc8 = HAL_PULSE_SENSOR_ADC8();
for(i = 0; i < HAL_PULSE_SENSOR_SPACING_CMP_TIMES; i++)
{
HAL_PULSE_SENSOR_DELAY_MS(20);
adc8Next = HAL_PULSE_SENSOR_ADC8();
if( ( adc8Next >= adc8 && adc8Next < (adc8 + HAL_PULSE_SENSOR_SPACING) ) ||
( adc8Next < adc8 && (adc8Next + HAL_PULSE_SENSOR_SPACING) > adc8 ) )
{
continue;
}
cnt++;
}
if(cnt >= HAL_PULSE_SENSOR_SPACING_CMP_TIMES/2)
return TRUE;
ERROR:
return FALSE;
}

获取峰值的方法：由于人的心率是有范围的，正常人是60~100次/分钟，也有可能50、120这样，如果我们取一个极限值30次/Min，也就是说两个峰值的时长是2秒，再极端点算3秒，时长可自行调整，也就是说3秒内一定最少有一个峰值数据出现，我们只需要在这段时间内不断的获取ADC数据然后取最大值即可！当然这个过程还需要考虑其他情况，比如手指突然松开等等。

static uint8 halPulseSensorGetPeak(void)
{
uint16 i;
uint8 adc8;
uint8 adc8Peak = 0;
/* Get and compare the ADC value in 3 Second */
for(i = 0; i < 300; i++)
{
HAL_PULSE_SENSOR_DELAY_MS(10);
adc8 = HAL_PULSE_SENSOR_ADC8();
if(adc8 >= adc8Peak)
{
adc8Peak = adc8;
}
}
if(adc8Peak <= HAL_PULSE_SENSOR_TOUCH_ADC8 ||
adc8Peak >= HAL_PULSE_SENSOR_REALEASE_ADC8)
{
adc8Peak = 0;
}
return adc8Peak;
}

拟合峰值数据的方法：可以在每次获取心率时，由于每次都需要获取峰值来作为参考峰值数据，所以我们可以保存起来，比如保存10个数据，然后把这10个数据中相近的数值保留起来，其他删除等到下次更新，直到10个数据都是相近数据，然后我们可以算出平均值，这个平均值就会一直作为我们的参考峰值数据了！

static uint8 halPulseSensorPeakFitting(void)
{
uint8 peak;
uint8 index;
for(index = 0; index < HAL_PULSE_SENSOR_PEAK_LEN; index++)
{
if(halPulseSensorPeak_g[index] == 0)
break;
}
if(index < HAL_PULSE_SENSOR_PEAK_LEN)
{
peak = halPulseSensorGetPeak();
halPulseSensorPeak_g[index] = peak;
}
else
{
for(uint8 i = 0; i < HAL_PULSE_SENSOR_PEAK_LEN; i++)
{
uint8 cnt = 0;
if( halPulseSensorPeak_g[i] == 0 )
continue;
for(uint8 j = 0; j < HAL_PULSE_SENSOR_PEAK_LEN; j++)
{
if( halPulseSensorPeak_g[j] == 0 )
continue;
if( halPulseSensorPeak_g[i] < (halPulseSensorPeak_g[j] - HAL_PULSE_SENSOR_FITTING_ERR) ||
halPulseSensorPeak_g[i] > (halPulseSensorPeak_g[j] + HAL_PULSE_SENSOR_FITTING_ERR) )
{
cnt++;
}
}
if(cnt >= (HAL_PULSE_SENSOR_PEAK_LEN/2))
halPulseSensorPeak_g[i] = 0;
}
uint16 tmp = 0;
uint8 tmpCnt = 0;
for(uint8 i = 0; i < HAL_PULSE_SENSOR_PEAK_LEN; i++)
{
if( halPulseSensorPeak_g[i] == 0 )
continue;
tmp += halPulseSensorPeak_g[i];
tmpCnt++;
}
peak = (uint8)(tmp/tmpCnt);
}
return peak;
}

根据参考峰值数据获取心跳峰值点方法：我们会设置一段时间，比如3秒，然后在这段时间内不断的获取数据，如果获取的数据和参考峰值数据相近，我们会标记为峰值点记为A，然后继续获取，如果数据比A大，那么更新A，直到数据比A小，也就是呈现出下降趋势，说明已经到峰值点了，那么我们就会停止获取数据的动作并立即返回！

static uint8 halPulseSensorGetNextBeat(uint8 refPeak)
{
uint16 i;
uint8 adc8, peak = 0;
for(i = 0; i < 300; i++)
{
HAL_PULSE_SENSOR_DELAY_MS(10);
adc8 = HAL_PULSE_SENSOR_ADC8();
if( peak == 0 &&
( adc8 < (refPeak - HAL_PULSE_SENSOR_HEARTBEAT_ERR) ||
adc8 > (refPeak + HAL_PULSE_SENSOR_HEARTBEAT_ERR) ) )
{
continue;
}
if(adc8 >= peak)
{
peak = adc8;
continue;
}
return peak;
}
return 0;
}

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