本文章实现了一个心率监控设备，可以通过脉搏传感器采集脉搏信息的ADC值并通过解算采集的信号，将信号转换成实际的脉搏值。该文章实现了如下功能：
1、ADC采集心率数值并解算出心率值；
2、SPI驱动TFTLCD显示心率值以及心率波形；（没有使用LVGL，本来想使用的，但是LVGL的lv_line功能画出来的曲线有断点，所以就自己写了波形显示函数）
3、基于RT-Thread实现
脉搏传感器使用的是Pulse Sensor，关于其描述，网上可以直接搜索到不在赘述，直接说下电路连接。
原理简述：
心率传感器采集原理是，通过发出绿色光，测量反馈的光的强度，转换成ADC值并放大输出到S引脚，单片机将S引脚连接到ADC上即可，采集的ADC值就是心率变化值，通过计算出两个脉搏之间的距离就可以算出每分钟的心跳次数。
这块不在赘述
本次驱动没有使用lvgl功能，因为我需要绘制曲线，使用lvgl的lv-line功能绘制出来的曲线存在断点，不够连续，没找到问题原因，所有我就自己通过画点来绘制了心率曲线图，效果还可以。
本部分只说明实现的核心部分，整个工程在gitee上，有需要可以参考，见文章末尾。
采集ADC数据，并且转换为10bit精度，本来想直接使用10bit精度的，但是设置了发现没生效，不知道为什么。
/* 阅读采集自心率传感器的ADC值 */
static void Ps_ReadSampleValueFromAdc(void)
{
rt_uint32_t value;
/* 读取采样值 */
value = Adc_ChSample(ADC_CHANNEL_1);
/* 转换采集到的ADC值的精度为10bits */
Signal = value>>2;
}
此部分包含了采集的ADC信号中的心率信号进行识别的逻辑，代码中有比较详细的说明，本文不在赘述。
//心率采集相关变量
int BPM; //脉搏率==就是心率
int Signal; //传入的原始数据。
int IBI = 600; //节拍间隔，两次节拍之间的时间（ms）。计算：60/IBI(s)=心率（BPM）
bool Pulse = false; //脉冲高低标志。当脉波高时为真，低时为假。
bool QS = false; //当发现一个节拍时，就变成了真实。
int rate[10]; //数组保存最后10个IBI值。
uint32_t sampleCounter = 0; //用于确定脉冲定时。
uint32_t lastBeatTime = 0; //用于查找IBI
int P = 512; //用于在脉冲波中寻找峰值
int T = 512; //用于在脉冲波中寻找波谷
int thresh = 512; //用来寻找瞬间的心跳
int amp = 100; //用于保持脉冲波形的振幅
int Num;
uint8_t firstBeat = true; //第一个脉冲节拍
uint8_t secondBeat = false; //第二个脉冲节拍，这两个变量用于确定两个节拍
/* 采集心率信号的处理函数 */
static void Ps_HeartRateDeal(void)
{
unsigned int runningTotal;
uint8_t i;
sampleCounter += 2;
Num = sampleCounter - lastBeatTime; //监控最后一次节拍后的时间，以避免噪声
//找到脉冲波的波峰和波谷
if((Signal < thresh) && (Num > (IBI/5)*3)) //为了避免需要等待3/5个IBI的时间
{
if(Signal < T)
{ //T是阈值
T = Signal; //跟踪脉搏波的最低点，改变阈值
}
}
if((Signal > thresh) && (Signal > P)) //采样值大于阈值并且采样值大于峰值
{
P = Signal; //P是峰值，改变峰值
}
//现在开始寻找心跳节拍
if (Num > 250) //避免高频噪声
{
if ((Signal > thresh) && (Pulse == false) && (Num > (IBI/5)*3))
{
Pulse = true; //当有脉冲的时候就设置脉冲信号。
IBI = sampleCounter - lastBeatTime; //测量节拍的ms级的时间
lastBeatTime = sampleCounter; //记录下一个脉冲的时间。
if(secondBeat) //如果这是第二个节拍，如果secondBeat == TRUE，表示是第二个节拍
{
secondBeat = false; //清除secondBeat节拍标志
for(i=0; i<=9; i++) //在启动时，种子的运行总数得到一个实现的BPM。
{
rate[i] = IBI;
}
}
if(firstBeat) //如果这是第一次发现节拍，如果firstBeat == TRUE。
{
firstBeat = false; //清除firstBeat标志
secondBeat = true; //设置secongBeat标志
return; //IBI值是不可靠的，所以放弃它。
}
//保留最后10个IBI值的运行总数。
runningTotal = 0; //清除runningTotal变量
for(i=0; i<=8; i++) //转换数据到rate数组中
{
rate[i] = rate[i+1]; //去掉旧的的IBI值。
runningTotal += rate[i]; //添加9个以前的老的IBI值。
}
rate[9] = IBI; //将最新的IBI添加到速率数组中。
runningTotal += rate[9]; //添加最新的IBI到runningTotal。
runningTotal /= 10; //平均最后10个IBI值。
BPM = 60000/runningTotal; //一分钟有多少拍。即心率BPM
if(BPM>200)
BPM=200; //限制BPM最高显示值
if(BPM<30)
BPM=30; //限制BPM最低显示值
QS = true;
}
}
if (Signal < thresh && Pulse == true) //当值下降时，节拍就结束了。
{
Pulse = false; //重设脉冲标记，这样方便下一次的计数
amp = P - T; //得到脉冲波的振幅。
thresh = amp/2 + T; //设置thresh为振幅的50%。
P = thresh; //重新设置下一个时间
T = thresh;
}
if (Num > 2500) //如果2.5秒过去了还没有节拍
{
thresh = 512; //设置默认阈值
P = 512; //设置默认P值
T = 512; //设置默认T值
lastBeatTime = sampleCounter; //把最后的节拍跟上来。
firstBeat = true; //设置firstBeat为true方便下一次处理
secondBeat = false;
}
}
此部分包含了TFTLCD需要显示的波形数据，将采集的波形数据放置到一个数组中，用于显示。
//波形处理函数，放在定时器中执行，20ms执行一次
static void Ps_WaveformDeal(uint16_t adc_value)
{
int16_t temp;
uint16_t i = 0;
temp = adc_value - 224;
temp = 500 - temp;
if (temp < 0)
temp = 0;
else if (temp > 500)
temp = 500;
temp = (uint8_t)(temp/2);
#if (COMMON_USE_LVGL == COMMON_OFF)
/* 超过LCD显示范围之后从新开始 */
for(i = 0; i < (PS_WAVE_POINT_NUM-1); i++)
{
ps_waveformlist[i] = ps_waveformlist[i+1];
}
ps_waveformlist[PS_WAVE_POINT_NUM-1] = temp;
#else
/* 超过LCD显示范围之后从新开始 */
for(i = 0; i < (PS_WAVE_POINT_NUM-1); i++)
{
ps_waveformlist[i].x = i;
ps_waveformlist[i].y = ps_waveformlist[i+1].y;
}
ps_waveformlist[PS_WAVE_POINT_NUM-1].x = PS_WAVE_POINT_NUM-1;
ps_waveformlist[PS_WAVE_POINT_NUM-1].y = temp;
#endif
QS = 0;
}
软件使能了一个2ms的定时器，用于没2ms采集一次数据并进行分析。
/* Timer interrupt service function */
void TIMER1_IRQHandler(void)
{
if(SET == timer_interrupt_flag_get(TIMER1, TIMER_INT_UP))
{
/* Sample adc every 2ms */
Ps_ReadSampleValueFromAdc();
/* Calculate heart rate */
Ps_HeartRateDeal();
/* clear TIMER interrupt flag */
timer_interrupt_flag_clear(TIMER1, TIMER_INT_UP);
}
}
此部分包含了心率显示，心率采集波形显示等。
void Gui_Init(void)
{
/* Initialize lcd */
lcd_init();
lcd_clear(WHITE);
lcd_draw_font_gbk16(5, 0, BLUE, WHITE, "GD32F427V-START | aijishu.com | hehung");
}
static void Gui_MainFunction(void)
{
char bpm_str[20];
uint16_t x;
uint16_t y;
sprintf(bpm_str, "BPM:%d ", Ps_GetBpm());
lcd_draw_font_gbk16(5, 16, RED, WHITE, bpm_str);
pulse_data_point = Ps_GetWaveformList();
/* 显示波形 */
LCD_CS_CLR;
for (x = 0; x < PS_WAVE_POINT_NUM; x++)
{
for (y = 0; y < 200; y++)
{
if (pulse_data_point[x] == y)
{
lcd_draw_point(x, y+40, BLUE);
}
else if ((x != (PS_WAVE_POINT_NUM-1)) && (y > Gui_GetNumMin(pulse_data_point[x], pulse_data_point[x+1])) &&
(y < Gui_GetNumMax(pulse_data_point[x], pulse_data_point[x+1])))
{
// rt_kprintf("test:%d\n",y);
lcd_draw_point(x, y+40, BLUE);
}
else
{
lcd_draw_point(x, y+40, WHITE);
}
}
}
LCD_CS_SET;
}
左上角显示当前采集的心率值，下部显示心率波形。
原作者：hehung
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