ANT+ 之【心率传感器设计】【上】

“Don't ever underestimate the heart of a champion.”  ——Rudy Tomjanovich

对于这句堪称Clutch City精神写照的话，我却也有着另外一方面的理解。

那么即是：对于专业运动训练来说，心率表真的是最最重要的辅助设备没有之一了。

此次写的主题就是心率传感器（HRM，HeartRateMonitor）。

 

 

 

1、回顾ANT+

　　以前的文章中提到了ANT官方对于多种不一样类型的传感应用，专门制定了一套设计规范，那就是【ANT+】。

　　ANT+是基于ANT技术的一种受控网络（managed network）。它对特定类型的传感器，以及相应的接收终端的设计都给出了标准化的规范与定义。这样作的好处不言而喻----最大限度地保证了不一样制造商生产的ANT产品都能具备良好的互操做性、兼容性。而这一点对于创建一个强大的ANT终端生态链无疑是相当重要的。

　　本文以最多见的心率检测应用为例，介绍ANT+的心率传感器设计规范。（不含心率接收终端）

 

2、ANT+心率传感应用

　　能够说心率监测应用是ANT技术表现最出色的领域之一，尤为是在面临BLE等技术的有利竞争时，ANT凭借其优良的性能表现，紧紧坚守着至关比例的市场份额。典型的ANT+心率监测应用以下图所示。

                                  

　　在一个ANT通道中，传感器仅做为数据发送者，将采集到的心率数据发送至接收终端。接收终端每每是具备屏幕、及存储器的设备，负责将接收到的信息进行处理并显示。

　　传输的数据具备两种数据页格式，Main Data Pages和Background Data Pages。数据传输的频率固定为4Hz。

 

3、通道配置

　　以前介绍过ANT通道配置的基本参数，在一个ANT+网络中，对于特定的应用，其通道配置参数都各不相同。HRM设备类型参数则专门定义为120（0x78）。RF频率被限定为2.457GHz上。咱们知道2.4GHz的ISM频段，其范围一般是2.4~2.483GHz，例如802.11a/b/g/n协议族，而ANT可用的频段范围在2.400~2.524GHz之间，略大于前者。实际上，考虑到ANT的TDMA特性，并无必要对于每一个通道配置不一样的RF频率。

	通道参数	Transmitter	Receiver
	网络key	ANT+ key	ANT+ key
	RF 频率	2.457GHz (0x39)	2.457GHz (0x39)
通道ID	设备ID	1-65535	0-1-65535 （0 用于配对）
	设备类型	120 （0x78）	120 (0x78)
	传输类型	1 (0x01)	0 (0x00用于配对)
	通道类型	0x10 （双向主通道）	0x00 (双向从通道)
	通道周期	8070 （4.06Hz）	8070-16140-32280 （4.06-2.03-1.02Hz）
	数据类型	Broadcast	Broadcast （可选Ack Burst）

 

4、数据页格式

　　ANT+为HRM定义了2类共5种Data Page格式。各个Page之间即包含共有信息，也包含专有信息。

Main Data Page：

　　　　　　page0，为简单的心率显示终端（如跑步机）提供无需计算或存储，可直接送显的实时心率，属于“万金油”类型数据。

　　　　　　page4，最经常使用的格式数据。包含了先后两次心跳发生的时间差，为计算实时心室搏动间距R-R Interval提供了可能。

Background Data Page：

　　　　　　page1，传感器累计工做时间，用于记录传感器的电池消耗情况。终端借此实现低电量警示功能。

　　　　　　page2，OEM生产商ID信息，须要向Nordic交钱申请。

　　　　　　page3，OEM制造商ID信息。

根据其做用的不一样，各个page的发送周期也必然不一样。Main类的数据发送频率为4Hz，而Background的信息由于相对没那么重要，其数据发送频率为每65个page发送一次。

PS：接收端能够选择以1~2~4Hz为频率接收数据，响应地会带来功耗以及数据刷新率的改变，须要特别考虑。

 

	byte 0	byte 1	byte 2	byte 3	byte 4	byte 5	byte 6	byte 7
page 0	0x00/0x80	0xFF 并无什么卵用			当次心跳时间 0~64s循环计数 步长1/1024s LSB------MSB		心跳累计 0~255 循环	瞬时心率 1-255 bpm 0x00无效
page 4	0x04/0x84	制造商自定义 接收端不解读	前次心跳时间 0~64s循环计数 步长1/1024s LSB------MSB
page 1	0x01/0x81	0~0xFFFFFF 上电计数，用于记录电池使用时间 每2s+1，MAX 9320h
page 2	0x02/0x82	制造商ID	设备ID扩展字段
page 3	0x03/0x83	硬件版本号	软件版本号	模块版本号

 

在Byte 0中有一个toggle bits，其做用在于：当先后消息相同，即心率低于数据发送速率时，用以提醒接收端新消息的到来。

另外值得一提的是，使用page4相比“万金油”page0的优点在于，利用先后两次心跳的时间间隔计算心率，比直接获得的瞬时心率更加稳定可靠。因此绝大多数现有ANT+HRM都是使用page4来传输数据。　

最后还有一点，对于开发者，制造商ID可设置为0xFF。 

 

 

好了，ANT+的心率传感器设计规范到此就介绍完了。并无很复杂的样子~ ANT毕竟还算是个developer friendly的协议嘛~

下次将介绍心率传感器应用层相关的一些开发。JUST HRBEAT iT。;)