STM32中使用MAX30100/30102血氧测量仪算法简述

好久之前有一期关于使用ESP32利用MAX30100/30102制作一个血氧测试仪。

这里声明一下，我这个血氧模块的INT引脚并没有接，所以没办法使用INT引脚来触发采集。如果哪位朋友可以提供一下更好，简便的算法欢迎指正。

但是ESP32中使用MAX30100比较简单，利用官方美信的库（C++）就可以非常简单的使用血氧模块。

但是，当我们使用STM32来驱动MAX30100时，尤其是使用Keil这种不支持C++的IDE时，我们就会陷入一个非常头疼的处境，去修改心率算法。

这里不赘述30100初始化的操作以及如何进行读取数据，我将通讯用的I2C修改为硬件I2C方便不同设备之间的移植。

之后利用rawIRValue和rawRedValue来存放每次的数据。

在定时器中设置15ms读取一次心率数据。

我们将读取的心率数据进行打印。

可以看到，红外光数据会有一个一个波峰（后来我取了负）并且值通常大于50。

但是，当我们第一次把手放上去的时候，这个值会趋向无穷大。而这个波峰的地方，就是我们的心跳的位置。

算法简述

• 峰值统计

我开始采取了一个算法，统计某个时间内波峰的数量。

• 
  

    for(int i = 0;i50&&Red[i]<300)
      {
        number++;
        while(Red[i]>0)
        {
          i++;
        }
      }
      
    }

 

当我们的值在50~100之间，我们认为统计到了一次波峰，并且等待下一个波谷的出现（0位置）

之后等待下一个波峰的出现。之后利用统计的数字，例如我这里总共采集了5s的时间，将这个数*12就是一分钟的心率。

但是这有一个非常的问题，我的分辨率注定卡在了12，如果需要提高分辨率就需要提高采样长度。

所以我就舍弃了这个算法。

• 间距法

第二种算法我想到了使用间距法，利用前一个峰值的思路，统计一下两个峰值之间的间距（多少个采样点）。结合采样周期计算心率。

• 
  

float Heart;
    int index = 0;
    for(int i = 10;i40&&smooth[i]<300)
      {
          index = i;
          while(smooth[i]>0)//等待波谷
          {
            i++;
            if(i==size-1)
            {
              break;
            }
          }
          while(smooth[i]<40)//等待第二个波峰
          {
            i++;
            if(i==size-1)
            {
              break;
            }
          }
            if(i<80)
            {
              index = i-index;
            Heart = (float)(index)*0.015;
            Heart = 60/Heart;
            //printf("A:%d\r\n",index);
            if(Heart<180&&Heart>40)
            {
              printf("A:%f\r\n",Heart);
            }
            }
      }
      
    }

 

我们统计两个间距之间的距离，并且结合采样率来计算心率。

这种方法的分辨率可以得到很好的提示，并且分辨率来自于采样率的缩短并且响应率可以比较高。

但是这种方法仍可能出现一些偶然值，所以我们可以进一步完善算法，例如利用去掉最大最小值的方法来平衡。

• 离散傅里叶变换

第三种方法也是我觉得最应该去使用的方法，既是使用离散傅里叶变换（DFT）将时域图转换成频谱图。 计算频率最大值是多少。

但是事实上我们的信号杂波很多，并且有很多干扰，试了一下离散傅里叶变换的效果好像不是很好。

这里我还没有做的好的效果，后续会单独出一期STM32利用DSP库进行离散傅里叶变换。