トランジスタ技術2014年10月号第6章のソフトウェア

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    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 electrical technology 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)

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