MAX30102脉搏血氧仪和心率传感器（三）心率计算——时域法_max30102心率算法详解

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前言

本章介绍PPG信号的心率计算方法——时域法。基本思想是计算动态阈值曲线，利用波形与曲线相交来确定PPG信号的周期。

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一、算法思想

如下图，当PPG波形在相同的位置两次经过动态阈值曲线的交点时，这段时间的间隔就能认为是PPG的一个周期，根据此周期即可求出心率。动态阈值曲线的某一点的值为前面若干个周期内的点的平均值。

二、算法详解

1.阈值检测

只有在达到阈值（皮肤接近传感器）后，才开始心率计算，否则计算无意义。

#define PPG_DATA_THRESHOLD 100000 //根据实际情况进行设置

if(ppg_raw_data[1] > PPG_DATA_THRESHOLD)  {...} //阈值检测
else	{...}	//没有达到阈值，计数清零

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2.等待波形稳定

经过测试，当达到阈值后，也就是皮肤刚刚接触到传感器时，会有一段不稳定的时间段。所以尽可能地丢弃这段数据。

wave_stable_counter++;
if(wave_stable_counter>=WAVE_STABLE_NUMS)	//等待波形稳定{...}
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3.FIR滤波、存入缓存区

FIR滤波器在上一章介绍，缓存区的目的是储存了某个点的前若干周期内的数据点，利用这些数据点的平均值得出当前的阈值。

for(i=0;i<CACHE_NUMS;i++)
{
	ppg_cache_sum_avr+=ppg_data_cache[i];   //求和
}
ppg_cache_sum_avr = ppg_cache_sum_avr/CACHE_NUMS;  //求平均数
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4.检测PPG信号与阈值曲线的交点

这一步比较复杂，主要利用了波形的特征与阈值曲线的点进行比较。具体内容请看工程内的源码。

5.心率计算

计时是用到了MCU的定时器，当定时器中断一次时，时间+若干毫秒，心率计算开始时清零。如下：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
   if(htim->Instance == TIM2){     
      ppg_times +=10; 	//中断一次10ms
	 }
}
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三、实际测试

1.静止测试

多次测试如下(经过了5次平均滤波)，手指几乎静止贴在传感器上。大概8-10秒测量一次，这里取决于心率快慢。

2.动态测试

手指贴在传感器上滑动，多次测试如下：

四、总结

缺点：

• 抗干扰性很差，几乎等于没有；
• 舍弃了一部分数据（间隔的周期没有测到）；
• 准确度不高；

改进（有时间再弄）：

• 在上一章滤波中使用带通滤波器，去除0.5Hz以下的频率成分；
• 增加平均值滤波的次数；
• 使用其它滤波方法（去除最大最小值或者去除不合理数据等）；

五、获取工程源码

关注下方公众号，回复 “MAX30102V3” 获取源码；若有疑问，请在公众号回复“交流群”，进群一起讨论分享！