CQ Publishing / Mbed 2 deprecated tg_201410s6_Plethysmographs

トランジスタ技術2014年10月号第6章のソフトウェア

Dependencies:   USBDevice mbed

Information

tg_201410s6_Plethysmographs トランジスタ技術 2014年 10月号 第6章のソフトウェア

Program for Section 6 in October. 2014 issue of the Transistor Gijutsu
(Japanese electronics magazine)

概要

このプログラムは、

  • 脈波データ取得（A-Dサンプリング、ハイパスフィルタ）
  • 脈拍数の算出（パルス検出、LEDおよび同期音出力、移動平均処理）

を行うPulseRateクラスと、それらをUSBシリアル通信でホストへ送信するmain関数で構成されています。

PulseRate.h, PulseRate.cpp

  • A-Dサンプリング - 100 SPS
  • ハイパスフィルタ - 遮断周波数0.1Hz、1次バターワースフィルタ
  • パルス検出 - 脈波を微分処理、5point移動平均して速度脈波を求め、
    それを包絡線検波した波形を、速度脈波が再び超える点をパルス開始とする
  • LED、同期音出力 - パルス同期LED(10ms)、圧電サウンダ出力(1kHz、10ms)
  • 移動平均処理 - 直近5拍分の平均値を脈波として算出

main.cpp

  • PulseRateクラスのインスタンスを生成
  • 処理開始メソッドを実行
  • メインループ - ポーリングにより、脈波データ、脈拍数データの完了フラグが返されたら、
    USBシリアル通信経由で、ホストへ送信する

シリアル通信フォーマット

  • 4byte固定長パケット方式
  • 脈波データパケット、脈拍数データパケットの２種類
脈波データパケット脈拍数データパケット
0x00パケットヘッダ（固定値0xAA）パケットヘッダ（固定値0xAA）
0x01波形番号（0 - 99繰り返し）脈拍数ID（固定値0xBB）
0x02, 0x03脈波データ（singed, 2byte）脈拍数データ（20 - 300, 2byte）

Description

This contains PulseRate class and main function.

PulseRate class:

  • Acquiring pulse waveform (A-D sampling, high pass filter)
  • Calculate pulse rate (Detecting pulse, Sync. LED and buzzer, moving averaging)

Main function:

  • Send pulse waveform and rate to host via USB serial class.

PulseRate.h, PulseRate.cpp

  • A-D sampling - 100 SPS
  • High pass filter - Cut off frequency 0.1Hz, first order butterworth
  • Detecting pulse - Calculating velocity pulse waveform by derivation and moving averaging (5point).
    Moreover, calculating threshold waveform like envelope demodulator.
    Detecting point the velocity waveform pass over the threshold waveform as starting pulse.
  • Sync. LED, buzzer - Synchronous pulse LED(10ms), piezo sounder(1kHz, 10ms)
  • Moving averaging - Calculating pulse rate averaging the previous 5 pulse.

main.cpp

  • Generating an instance of PulseRate class
  • Executing start procedure method
  • Main loop - sending pulse waveform data and pulse rate data via USB serial interface when detecting ready in return value.

Packet format for USB serial interface

  • Packet size: 4 bytes(fixed)
  • Two types of packets, pulse waveform packet and pulse rate packet
Pulse waveform packetPulse rate packet
0x00Packet header (0xAA (fixed))）Packet header (0xAA (fixed))
0x01Sampling number (0 - 99)Pulse rate ID (0xBB (fixed))
0x02, 0x03Pulse waveform data (singed, 2byte)Pulse rate data (20 - 300, 2byte)

main.cpp@0:f0c12790aadb, 2014-09-11 (annotated)

Committer:
t_tatsuoka
Date:
Thu Sep 11 15:02:45 2014 +0000
Revision:
0:f0c12790aadb
Name?tg_201410s6_Plethysmographs; Description?????????2014?10???6????????; Publish in :CQ Publishing

Who changed what in which revision?

UserRevisionLine numberNew contents of line
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 1 /**
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 2 * @file Main.cpp
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 3 * @brief Send pulse waveform and pulse rate
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 4 * @date 2014.08.08
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 5 * @version 1.0.0
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 6 */
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 7 #include "mbed.h"
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 8 #include "USBSerial.h"
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 9 #include "PulseRate.h"
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 10
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 11 #define PACKET_HEADER (0xAA)
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 12 #define PULSE_RATE_ID (0xBB)
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 13 #define BYTE_MASK (0xFF)
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 14
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 15 USBSerial serial;
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 16 PulseRate pr(p20, LED1, p26); /* AD, LED, Beep */
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 17
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 18 /** Send data packet
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 19 * @param second_val Byte data at packet address 0x01
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 20 * @param data_val Short data at packet address 0x02, 0x03
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 21 */
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 22 bool send_packet(int second_val, int data_val)
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 23 {
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 24 if(serial.writeable()) {
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 25 serial.putc(PACKET_HEADER);
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 26 serial.putc(second_val & BYTE_MASK);
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 27 serial.putc((data_val >> 8 ) & BYTE_MASK);
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 28 serial.putc(data_val & BYTE_MASK);
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 29 return true;
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 30 }
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 31 else
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 32 {
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 33 return false;
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 34 }
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 35 }
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 36
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 37 /** Main function
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 38 */
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 39 int main() {
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 40 uint32_t num;
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 41 int32_t wave;
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 42 uint32_t rate;
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 43
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 44 pr.start_sampling(); /* start procedure */
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 45
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 46 while(1) {
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 47 /* Pulse waveform */
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 48 if(pr.get_wave(num, wave)) {
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 49 send_packet(num, wave);
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 50 }
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 51 /* Pulse rate */
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 52 if(pr.get_pr_val(rate)) {
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 53 send_packet(PULSE_RATE_ID, rate);
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 54 }
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 55 }
t_tatsuoka 0:f0c12790aadb 56 }