? ? ? 一個(gè)很有意思的傳感器，BH1790GLC心率傳感器，這個(gè)傳感器是ROHM生產(chǎn)的，一個(gè)日本的廠家。其他的不說，就說說這個(gè)傳感器吧。

作為一名硬件開發(fā)設(shè)計(jì)人員，我拿到這個(gè)模塊第一反映是去官網(wǎng)下載其數(shù)據(jù)手冊，通過數(shù)據(jù)手冊去了解這個(gè)傳感器的特性。

當(dāng)有一個(gè)脈搏信號(hào)傳遞過來時(shí)，會(huì)造成血管的體積發(fā)生變化，如上圖所示。傳感器就通過采集血管的變化來檢測脈搏。

整個(gè)傳感器框圖如下：

傳感器需要外接兩個(gè)綠色的LED燈珠，這個(gè)LED普通的還真不行，模塊使用的是SML-M13MT這個(gè)型號(hào)，它與普通的LED的區(qū)別是，其通過反射的方式，將光強(qiáng)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)等效分布。

芯片內(nèi)部有綠色LED的驅(qū)動(dòng)電路，另外在傳感器的外部，有一組IRCUT濾波器，將外部的其它光線以及紅外光線濾除，讓綠光通過IRCUT，進(jìn)入ADC去采集。最后數(shù)據(jù)通過IIC傳輸出來。

整個(gè)傳感器也沒有幾個(gè)用到幾個(gè)器件，但是我查了，這個(gè)模塊還真不便宜，網(wǎng)上報(bào)價(jià)是在100左右。

模塊的電路如下：

其他參數(shù)就不多少了，詳情可以查看傳感器的數(shù)據(jù)手冊，

整個(gè)傳感器的寄存器也沒有幾個(gè)，除了ID寄存器外，剩下就是控制寄存器，采集到的數(shù)據(jù)也是保存到DATOUT_LEDON 、DATOUT_OFF這兩組數(shù)據(jù)寄存器中。

還在手冊上有測量控制說明，不至于讓我感到太迷茫：

按照這個(gè)時(shí)序，我對(duì)0x41– 0x43寄存器進(jìn)行了如下設(shè)置。

最后按照時(shí)序要求就，讀出DATOUT_LEDON 、DATOUT_OFF

我將讀出的DATOUT_LEDON 、DATOUT_OFF值通過串口打印出來，并畫了線。

下圖為我手指沒有放上去的時(shí)候的數(shù)據(jù)波形：

DATAOUT_LEDOFF（紅色）、DATAOUT_LEDON(藍(lán)色)的值幾乎保持穩(wěn)定，在室內(nèi)數(shù)據(jù)處在260左右。

放上手指，波形馬上發(fā)生了變化。

DATAOUT_LEDOFF（紅色）馬上下降到20附近、而DATAOUT_LEDON(藍(lán)色)有了很明顯跳動(dòng)，跳動(dòng)的幅度很小，而且DATAOUT_LEDON(藍(lán)色)值一直上升。

這樣的一個(gè)波形，當(dāng)然如何去提取出脈搏數(shù)據(jù)？

又需要一個(gè)怎樣的算法？

IIR濾波器應(yīng)該是比較適合的一種方案。

說到IIR濾波器，那就不得不說FIR濾波器，這兩個(gè)都是一種數(shù)字的線性濾波器，其兩者最大的區(qū)別是：

1、在相同的技術(shù)指標(biāo)下, IIR濾波器由于存在著輸出對(duì)輸入的反饋，因而可用比FIR濾波器需要更少的參數(shù)和資源。

2、FIR濾波器可得到嚴(yán)格的線性相位, 而IIR濾波器則做不到這一點(diǎn)。

3、IIR濾波器可以設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)低通、高通、帶通、帶阻、全通濾波器，而FIR濾波器則要靈活得多，可以設(shè)計(jì)出理想正交變換器、理想微分器、線性調(diào)頻器等

所以在我們的應(yīng)用中，考慮IIR濾波器就可以了。相位移位對(duì)我來說，沒有任何問題。

針對(duì)上圖中，當(dāng)手指按下時(shí)的波形，需要對(duì)這個(gè)波形進(jìn)行低通+高通的濾波。人體的脈搏正常范圍在60-100之間?？紤]到極端情況下，所以設(shè)置一個(gè)3.5HZ的低通濾波器和0.5HZ的高通濾波器，只需要截取0.5HZ - 3.5HZ范圍的信號(hào)。

先說說IIR濾波器，我這里選擇的是直接I型IIR濾波器，其基于二階Biquad級(jí)聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)Biquad由一個(gè)二階的濾波器組成：

y[n] = b0 * x[n] + b1 * x[n-1] + b2 *x[n-2] + a1 * y[n-1] + a2 * y[n-2]

直接 I 型算法每個(gè)階段需要 5 個(gè)系數(shù)和 4 個(gè)狀態(tài)變量，如下圖。

x[n]就是輸入變量，y[n]就是基于IIR濾波之后的輸出值。

按照這樣的公式，就是可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)1階的IIR濾波器，如果你在這個(gè)濾波器后面多加幾個(gè)這樣的濾波器，就可以實(shí)現(xiàn)多階的IIR濾波器。

公式有了，但是上面公式中的b0 、b1、 b2、a1、a2這些參數(shù)當(dāng)怎么確定？？

答案是：使用MATLAB

使用fdatool打開濾波器設(shè)計(jì)工具箱

設(shè)置濾波器參數(shù)：

注意的是：我們配置的BH1790GLC心率傳感器輸出數(shù)據(jù)是按照32HZ的，所以濾波器的采樣頻率是32HZ，截至頻率是3.5HZ，

濾波器參數(shù)使用MATLAB輸出如下：

得到了濾波器的參數(shù)，開始寫代碼吧。

定義IIR濾波器參數(shù)結(jié)構(gòu)體：

IIR濾波器初始化

IIR濾波器計(jì)算實(shí)現(xiàn)代碼如下：

關(guān)于濾波器的部分基本上 就是這么回事。

剩下的就是使用IIR濾波器。

程序按照32HZ的頻率去讀取傳感器的數(shù)據(jù)。

pw_GetMeasureData(&s_pwData);讀取傳感器的數(shù)據(jù)保存到s_pwData

pwCalc(&s_pwData,&pw);? ??? 數(shù)據(jù)經(jīng)過IIR濾波之得到PW數(shù)據(jù)

濾波方式如下：

?

首先原始數(shù)據(jù)先經(jīng)過滑動(dòng)求平均之后，經(jīng)過高通濾波器之后，在經(jīng)過低通濾波器，最后輸出dataOut

現(xiàn)在我將原始數(shù)據(jù)和濾波之后的數(shù)據(jù)通過串口傳出來，波形顯示如下：

紅色DATAOUT_LEDON,藍(lán)色DATAOUT_LEDOFF,以及經(jīng)過IIR濾波之后的數(shù)據(jù) pw綠色

將PW波形放大之后：

可以看到，經(jīng)過IIR濾波之后，pw幾乎呈現(xiàn)很規(guī)律的正弦波，這樣就可以很方便的統(tǒng)計(jì)出傳感器的脈搏心跳。

最后統(tǒng)計(jì)心跳，通過串口顯示如下：

當(dāng)前心率為71，反復(fù)測試幾次，數(shù)值都在70-75，看來一致性還是不錯(cuò)。