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トランジスタ技術2014年10月号第6章のソフトウェア
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 packet | Pulse rate packet | |
0x00 | Packet header (0xAA (fixed))) | Packet header (0xAA (fixed)) |
0x01 | Sampling number (0 - 99) | Pulse rate ID (0xBB (fixed)) |
0x02, 0x03 | Pulse waveform data (singed, 2byte) | Pulse rate data (20 - 300, 2byte) |
Diff: main.cpp
- Revision:
- 0:f0c12790aadb
--- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000 +++ b/main.cpp Thu Sep 11 15:02:45 2014 +0000 @@ -0,0 +1,56 @@ +/** + * @file Main.cpp + * @brief Send pulse waveform and pulse rate + * @date 2014.08.08 + * @version 1.0.0 + */ +#include "mbed.h" +#include "USBSerial.h" +#include "PulseRate.h" + +#define PACKET_HEADER (0xAA) +#define PULSE_RATE_ID (0xBB) +#define BYTE_MASK (0xFF) + +USBSerial serial; +PulseRate pr(p20, LED1, p26); /* AD, LED, Beep */ + +/** Send data packet + * @param second_val Byte data at packet address 0x01 + * @param data_val Short data at packet address 0x02, 0x03 + */ +bool send_packet(int second_val, int data_val) +{ + if(serial.writeable()) { + serial.putc(PACKET_HEADER); + serial.putc(second_val & BYTE_MASK); + serial.putc((data_val >> 8 ) & BYTE_MASK); + serial.putc(data_val & BYTE_MASK); + return true; + } + else + { + return false; + } +} + +/** Main function + */ +int main() { + uint32_t num; + int32_t wave; + uint32_t rate; + + pr.start_sampling(); /* start procedure */ + + while(1) { + /* Pulse waveform */ + if(pr.get_wave(num, wave)) { + send_packet(num, wave); + } + /* Pulse rate */ + if(pr.get_pr_val(rate)) { + send_packet(PULSE_RATE_ID, rate); + } + } +}