基于FPGA的非接触式心率检测系统.pdf

简介：
本论文设计并实现了一种基于FPGA技术的非接触式心率检测系统，利用毫米波雷达感应人体微动，准确提取心率信号，适用于医疗健康监测领域。 基于FPGA的非接触式人体心率测量系统结合了光学传感、数字信号处理以及无线通信技术，旨在开发一种体积小巧且实时性好、界面友好的心率监测设备。该系统通过摄像模块采集人脸图像数据，并利用FPGA平台进行数据处理和分析，最终将实时心率信息展示在手机APP上。 一、FPGA（现场可编程门阵列）技术 FPGA是一种可以通过软件配置其逻辑功能的半导体器件，特别适合于并行任务及高速数据流处理。它内部由可编程逻辑块阵列与互连组成，用户可以按需设置这些部分以执行特定数字操作。在此系统中，FPGA负责实时处理摄像模块采集的数据，并进行心率计算和缓存。 二、非接触式心率测量方法 本系统使用摄像头捕捉面部图像数据来实现无接触的心率监测。通过分析绿色通道的信号（相较于红色或蓝色更有效），根据血液容积脉搏波的变化，即心脏跳动导致皮肤颜色变化的现象进行心率计算。 三、快速傅立叶变换(FFT) 在该测量系统中，FFT用于将图像中的RGB信号转换为频谱信息。这有助于从频谱数据中提取出与心率相关的频率成分，并进一步通过分析这些成分来确定心跳速率。 四、Z值计算 Z值是衡量原始频谱数据中特定频率峰对于代表心率的敏感度的关键参数。该算法基于设定的频率范围（0.67Hz到2.0Hz）内频谱幅值得出，用于识别与心率相关的显著峰值。 五、时域滤波及最终心率计算 通过分析连续Z值数组来确定最准确的心跳速率。具体步骤包括：首先找出两个最大的峰频率；如果最大和次大峰相邻，则取中间值作为候选心率；然后选择靠近较大Z值得频点对应的心率。 六、系统构成与手机应用设计 该测量设备由硬件组件（如OV7725摄像头模块，EGO1-FPGA板等）及软件APP组成。其中FPGA负责数据处理和计算，而蓝牙连接则用于将心率信息传输至手机上的应用程序中显示给用户。 七、系统的实时性和用户体验设计 系统采用了高效的算法来确保快速响应与高精度的测量结果，并注重提供良好的人机交互体验（例如通过OLED屏幕进行即时反馈）以方便用户的操作和获取数据。