数字开关鉴相算法在血氧仪的设想

基本已经实现这大概是我目前做的最小巧的东西了心跳和憋气测试有效果 (目前还没到考虑标定的那步)

从机器内通过串口导出的内部真实算出频谱结果如下应该算具备足够的分辨能力了

中间用采到的心跳数据使用格兹尔算法也模拟了一遍也有类似的效果

这个算法同样是非帧的可以累进处理的对内存要求也一样但是多了cos查表和乘法对运算误差有些敏感而且还没有想到怎么进行收敛 (我现在开关鉴相算法中使用一阶低通来代替积分实现收敛)

这里把算法步骤放一下运算相当简单利用了整数的累加溢出后等效于取模的周期性

u16 idata g_pdi;   
u16 idata g_pdq;   
u16 idata g_pdf;   
i16 xdata g_hr_i[HR_MAX-HR_MIN+1]; // I信号数组 下标是心跳频率(从最小频率开始)
i16 xdata g_hr_q[HR_MAX-HR_MIN+1]; // I信号数组 下标是心跳频率(从最小频率开始)

// (65536*HR_MIN/60/SEN_RATE-6)=322, -6 is a fixed value for smallest error in whole heart beat rate scope 
#define PD_TADD  322
// (65536/(60*SEN_RATE))=11
#define PD_FADD  11

清零 g_hr_i[] g_hr_q[];
g_pdi=0;  // 0 degree
g_pdq=16384; // 90 degree

对每次采样结果(每秒100次):	{	
	pdi=g_pdi;
        pdq=g_pdq;
	依次对频率点(30-180/分): {
		if (pdi & 0x8000)
			g_hr_i[i]-=ac;
		else 
			g_hr_i[i]+=ac;

		if (pdq & 0x8000)
			g_hr_q[i]-=ac;
		else
			g_hr_q[i]+=ac;
              .....低通收敛一下....;
		pdi+=g_pdf; 
		pdq+=g_pdf;		
	}

	g_pdi+=PD_TADD;
	g_pdq+=PD_TADD;
	g_pdf+=PD_FADD;
}

我期间看了一下美信再mbed上的算法其复杂性令人害怕完全时域上的各种处理找峰值屏蔽干扰鉴别等等等等.... 而我求心跳峰值的算法借鉴了二极管检波求峰的原理和现有峰值自然衰退的方法

// max/min parameters decay
red_maxd -= (red_maxd - red32 +64)>>7;

// calculate new max/min
if (red32>red_maxd) {
	g_red_max += (red32 - g_red_max + 16) >> 5;
	red_maxd=red32;
}

虽然极简但是效果不错

目前程序离8k还差几百字节(已经包括了接近检测光功率自动调整串口输出和命令下载等所有的杂项功能) 还没有用任何浮点运算 (否则就只能把字库和查表放到eeprom里面省出足够空间) 可以算可用的初版了下面等电池到货设计一下外壳就差不多了可能还想再优化一下鉴相算法尤其是低通收敛这块看看能不能让结果更平滑点

....................................

试了一下内建余弦表使用余弦鉴相代替开关鉴相得到心跳频谱图如下

有所改观但是区别不大但是算力恰恰够我的显示刷新是在空闲时候进行(并未打开中断而是轮询) 使用余弦鉴相后刷新率下降到了2秒一次而使用开关鉴相刷新率基本符合0.6秒一次代码仅仅改动如下可以略微优化但是余量不大现在数据采集率100Hz 如果降到50Hz可能会轻松点但是衡量一下还是保持采集率好处更大

i16 cos(u8 x)
{
	if (x<=64)  return COS_LUT[x];
	if (x<=128) return -COS_LUT[128-x];
	if (x<=192) return -COS_LUT[x-128];
	return COS_LUT[(u8)-(i8)x];
}

#ifdef USE_COS
		g_hr_i[i]+=(i16)(((i32)ac*(i32)cos((u8)(pdi>>8)))>>16);
#else		
		if (pdi & 0x8000)
			g_hr_i[i]-=ac;
		else 
			g_hr_i[i]+=ac;
#endif

..................................

还是优化了减少了32位乘法表中直接使用8位数减少位移

i16 cos(i8 x)
{
	if (x<0) x=-x;
	if (x>64) return -COS_LUT[128-(u8)x];
  return COS_LUT[x];	
}
...............
.............
#ifdef USE_COS
		g_hr_q[i]+=(ac*(cos(*(i8*)&pdq)))>>7;
#else

刷新率到了1秒1次再三衡量还是用这个罢

所以题目虽然是开关鉴相但是最后还是做了余弦鉴相 .... 不过也不妨碍开关鉴相好用可用

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