ANT+ 之【心率傳感器設計】【上】

「Don't ever underestimate the heart of a champion.」  ——Rudy Tomjanovich

對於這句堪稱Clutch City精神寫照的話，我卻也有着另外一方面的理解。

那麼即是：對於專業運動訓練來說，心率表真的是最最重要的輔助設備沒有之一了。

此次寫的主題就是心率傳感器（HRM，HeartRateMonitor）。

 

 

 

1、回顧ANT+

　　以前的文章中提到了ANT官方對於多種不一樣類型的傳感應用，專門制定了一套設計規範，那就是【ANT+】。

　　ANT+是基於ANT技術的一種受控網絡（managed network）。它對特定類型的傳感器，以及相應的接收終端的設計都給出了標準化的規範與定義。這樣作的好處不言而喻----最大限度地保證了不一樣製造商生產的ANT產品都能具備良好的互操做性、兼容性。而這一點對於創建一個強大的ANT終端生態鏈無疑是相當重要的。

　　本文以最多見的心率檢測應用爲例，介紹ANT+的心率傳感器設計規範。（不含心率接收終端）

 

2、ANT+心率傳感應用

　　能夠說心率監測應用是ANT技術表現最出色的領域之一，尤爲是在面臨BLE等技術的有利競爭時，ANT憑藉其優良的性能表現，緊緊堅守着至關比例的市場份額。典型的ANT+心率監測應用以下圖所示。

                                  

　　在一個ANT通道中，傳感器僅做爲數據發送者，將採集到的心率數據發送至接收終端。接收終端每每是具備屏幕、及存儲器的設備，負責將接收到的信息進行處理並顯示。

　　傳輸的數據具備兩種數據頁格式，Main Data Pages和Background Data Pages。數據傳輸的頻率固定爲4Hz。

 

3、通道配置

　　以前介紹過ANT通道配置的基本參數，在一個ANT+網絡中，對於特定的應用，其通道配置參數都各不相同。HRM設備類型參數則專門定義爲120（0x78）。RF頻率被限定爲2.457GHz上。咱們知道2.4GHz的ISM頻段，其範圍一般是2.4~2.483GHz，例如802.11a/b/g/n協議族，而ANT可用的頻段範圍在2.400~2.524GHz之間，略大於前者。實際上，考慮到ANT的TDMA特性，並無必要對於每一個通道配置不一樣的RF頻率。

	通道參數	Transmitter	Receiver
	網絡key	ANT+ key	ANT+ key
	RF 頻率	2.457GHz (0x39)	2.457GHz (0x39)
通道ID	設備ID	1-65535	0-1-65535 （0 用於配對）
	設備類型	120 （0x78）	120 (0x78)
	傳輸類型	1 (0x01)	0 (0x00用於配對)
	通道類型	0x10 （雙向主通道）	0x00 (雙向從通道)
	通道週期	8070 （4.06Hz）	8070-16140-32280 （4.06-2.03-1.02Hz）
	數據類型	Broadcast	Broadcast （可選Ack Burst）

 

4、數據頁格式

　　ANT+爲HRM定義了2類共5種Data Page格式。各個Page之間即包含共有信息，也包含專有信息。

Main Data Page：

　　　　　　page0，爲簡單的心率顯示終端（如跑步機）提供無需計算或存儲，可直接送顯的實時心率，屬於「萬金油」類型數據。

　　　　　　page4，最經常使用的格式數據。包含了先後兩次心跳發生的時間差，爲計算實時心室搏動間距R-R Interval提供了可能。

Background Data Page：

　　　　　　page1，傳感器累計工做時間，用於記錄傳感器的電池消耗情況。終端藉此實現低電量警示功能。

　　　　　　page2，OEM生產商ID信息，須要向Nordic交錢申請。

　　　　　　page3，OEM製造商ID信息。

根據其做用的不一樣，各個page的發送週期也必然不一樣。Main類的數據發送頻率爲4Hz，而Background的信息由於相對沒那麼重要，其數據發送頻率爲每65個page發送一次。

PS：接收端能夠選擇以1~2~4Hz爲頻率接收數據，響應地會帶來功耗以及數據刷新率的改變，須要特別考慮。

 

	byte 0	byte 1	byte 2	byte 3	byte 4	byte 5	byte 6	byte 7
page 0	0x00/0x80	0xFF 並無什麼卵用			當次心跳時間 0~64s循環計數 步長1/1024s LSB------MSB		心跳累計 0~255 循環	瞬時心率 1-255 bpm 0x00無效
page 4	0x04/0x84	製造商自定義 接收端不解讀	前次心跳時間 0~64s循環計數 步長1/1024s LSB------MSB
page 1	0x01/0x81	0~0xFFFFFF 上電計數，用於記錄電池使用時間 每2s+1，MAX 9320h
page 2	0x02/0x82	製造商ID	設備ID擴展字段
page 3	0x03/0x83	硬件版本號	軟件版本號	模塊版本號

 

在Byte 0中有一個toggle bits，其做用在於：當先後消息相同，即心率低於數據發送速率時，用以提醒接收端新消息的到來。

另外值得一提的是，使用page4相比「萬金油」page0的優點在於，利用先後兩次心跳的時間間隔計算心率，比直接獲得的瞬時心率更加穩定可靠。因此絕大多數現有ANT+HRM都是使用page4來傳輸數據。　

最後還有一點，對於開發者，製造商ID可設置爲0xFF。 

 

 

好了，ANT+的心率傳感器設計規範到此就介紹完了。並無很複雜的樣子~ ANT畢竟還算是個developer friendly的協議嘛~

下次將介紹心率傳感器應用層相關的一些開發。JUST HRBEAT iT。;)