优化雷达信号处理，添加心率和呼吸率平滑处理和异常值检测

src/Radar.h

@@ -1,36 +0,0 @@
-#ifndef RADAR_H
-#define RADAR_H
-// 在main.cpp顶部添加R60ABD1协议相关定义
-#define FRAME_HEADER1 0x53  // 帧头字节1
-#define FRAME_HEADER2 0x59  // 帧头字节2
-#define FRAME_TAIL1   0x54  // 帧尾字节1
-#define FRAME_TAIL2   0x43  // 帧尾字节2
-
-// 控制字定义
-#define CTRL_PRESENCE    0x80  // 人体存在检测
-#define CTRL_BREATH      0x81  // 呼吸检测
-#define CTRL_SLEEP       0x84  // 睡眠监测
-#define CTRL_HEARTRATE   0x85  // 心率监测
-
-// 命令字定义
-#define CMD_REPORT       0x80  // 主动上报
-#define CMD_QUERY        0x81  // 查询命令
-#define CMD_SET          0x82  // 设置命令
-
-// 定义R60ABD1数据结构
-typedef struct {
-    uint8_t present;      // 有人/无人状态 (DP1)
-    uint16_t distance;    // 人体距离 (DP3) 单位cm
-    uint8_t heartRate;    // 心率 (DP6) 单位BPM
-    uint8_t breathRate;   // 呼吸率 (DP8) 单位次/分钟
-    uint8_t heartWave;    // 心率波形 (DP7) 数值+128
-    uint8_t breathWave;   // 呼吸波形 (DP10) 数值+128
-    uint8_t sleepState;   // 睡眠状态 (DP12)
-    uint32_t sleepTime;   // 睡眠时长 (DP13) 单位秒
-    uint8_t sleepScore;   // 睡眠质量评分 (DP14)
-    uint8_t bedEntry;     // 入床/离床状态 (DP11)
-    uint8_t abnormal;     // 异常状态 (DP18)
-} R60ABD1Data;
-
-
-#endif

src/io_flash.cpp

@@ -0,0 +1,288 @@
+#include "io_flash.h"
+#include <esp_task_wdt.h>
+
+// 全局变量定义
+Preferences preferences; // 声明preferences变量
+uint16_t currentDeviceId; // 当前设备ID
+bool clearConfigRequested = false; // 清除配置请求标志
+bool forceLedOff = false; // 强制关闭LED标志
+ConfigClearStatus currentConfigClearStatus = CONFIG_NORMAL; // 当前配置清除状态
+
+// 常量定义
+const int SLOW_BLINK_INTERVAL = 1000; // 慢闪间隔（毫秒）
+const int FAST_BLINK_INTERVAL = 200; // 快闪间隔（毫秒）
+const int BREATHE_INTERVAL = 40; // 呼吸灯更新间隔（毫秒）
+const int BREATHE_MIN = 0; // 呼吸灯最小亮度值
+const int BREATHE_MAX = 155; // 呼吸灯最大亮度值
+const int BREATHE_STEP = 5; // 呼吸灯亮度步进值
+
+const unsigned long CLEAR_CONFIG_DURATION = 3000; // 清除配置持续时间（毫秒）
+
+/**
+ * @brief 检查Boot按钮状态
+ * 在启动时检查Boot按钮是否被按下，如果按下则进入配置清除流程
+ */
+void checkBootButton() {
+    Serial.println("🔍 检查Boot按钮状态...");
+    
+    pinMode(BOOT_BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
+    
+    delay(10);
+    
+    int buttonState = digitalRead(BOOT_BUTTON_PIN);
+    Serial.printf("📊 Boot按钮状态: %s\n", buttonState == LOW ? "按下" : "释放");
+    
+    if (buttonState == LOW) {
+        Serial.println("⚠️ 检测到Boot按钮按下，请释放按钮后继续启动");
+        Serial.println("⏰ 等待按钮释放...");
+        
+        while (digitalRead(BOOT_BUTTON_PIN) == LOW) {
+            delay(100);
+        }
+        
+        Serial.println("✅ Boot按钮已释放，正常启动");
+    } else {
+        Serial.println("✅ Boot按钮未按下，正常启动");
+    }
+}
+
+/**
+ * @brief 加载设备ID
+ * 从Flash中读取保存的设备ID
+ */
+void loadDeviceId() {
+  currentDeviceId = preferences.getUShort("deviceId", 1001);
+  Serial.printf("从Flash加载设备ID: %u\n", currentDeviceId);
+}
+
+/**
+ * @brief 保存设备ID
+ * 将设备ID保存到Flash中
+ */
+void saveDeviceId() {
+  preferences.putUShort("deviceId", currentDeviceId);
+  Serial.printf("设备ID已保存到Flash: %u\n", currentDeviceId);
+}
+
+/**
+ * @brief 清除存储的配置
+ * 清除Flash中保存的所有配置，包括设备ID
+ */
+void clearStoredConfig() {
+    Serial.println("🧹 开始清除存储的配置...");
+
+    uint16_t oldDeviceId = preferences.getUShort("deviceId", 0);
+
+    preferences.remove("deviceId");
+
+    Serial.println("✅ 配置已清除完成");
+    Serial.printf("🗑️ 被清除的设备ID: %u\n", oldDeviceId);
+
+    currentDeviceId = 1001;
+
+    Serial.println("🔄 已清除Flash与内存中的配置");
+}
+
+
+
+/**
+ * @brief 配置清除LED控制任务
+ * 根据配置清除状态控制CONFIG_CLEAR_PIN引脚的LED显示
+ * @param parameter 任务参数（未使用）
+ */
+void configClearLedTask(void *parameter) {
+  unsigned long lastConfigBlinkTime = 0; // 上次配置清除LED闪烁时间
+  bool configLedState = false; // 配置清除LED状态
+  int configBreatheValue = 0; // 配置清除呼吸灯当前亮度值
+  bool configBreatheIncreasing = true; // 配置清除呼吸灯是否在增加亮度
+  
+  while (1) {
+    switch (currentConfigClearStatus) {
+      case CONFIG_NORMAL:
+         analogWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, 0);
+        break;
+        
+      case CONFIG_PREPARING:
+        analogWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, 255);
+        break;
+        
+      case CONFIG_CLEARING:
+        if (millis() - lastConfigBlinkTime >= BREATHE_INTERVAL) {
+          analogWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, configBreatheValue);
+          
+          if (configBreatheIncreasing) {
+            configBreatheValue += 5;
+            if (configBreatheValue >= BREATHE_MAX) {
+              configBreatheValue = BREATHE_MAX;
+              configBreatheIncreasing = false;
+            }
+          } else {
+            configBreatheValue -= 5;
+            if (configBreatheValue <= BREATHE_MIN) {
+              configBreatheValue = BREATHE_MIN;
+              configBreatheIncreasing = true;
+            }
+          }
+          lastConfigBlinkTime = millis();
+        }
+        break;
+        
+      case CONFIG_COMPLETED:
+        if (millis() - lastConfigBlinkTime >= FAST_BLINK_INTERVAL) {
+          configLedState = !configLedState;
+          digitalWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, configLedState ? HIGH : LOW);
+          lastConfigBlinkTime = millis();
+          
+          static int blinkCount = 0;
+          blinkCount++;
+          
+          if (blinkCount >= 6) {
+            blinkCount = 0;
+            currentConfigClearStatus = CONFIG_NORMAL;
+            digitalWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, LOW);
+          }
+        }
+        break;
+    }
+    
+    vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);
+  }
+}
+
+/**
+ * @brief BOOT按钮监控任务
+ * 持续监控BOOT按钮状态，检测长按3秒事件并触发配置清除
+ * @param parameter 任务参数（未使用）
+ */
+void bootButtonMonitorTask(void *parameter) {
+  Serial.println("🔍 启动BOOT按钮监控任务...");
+  
+  pinMode(BOOT_BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
+  
+  unsigned long buttonPressStartTime = 0;
+  bool buttonPressed = false;
+  
+  while (1) {
+    int buttonState = digitalRead(BOOT_BUTTON_PIN);
+    
+    if (buttonState == LOW && !buttonPressed) {
+      buttonPressed = true;
+      buttonPressStartTime = millis();
+      Serial.println("⚠️ 检测到BOOT按钮按下，长按3秒将清除配置");
+      
+      currentConfigClearStatus = CONFIG_PREPARING;
+    }
+    else if (buttonState == HIGH && buttonPressed) {
+      if (!clearConfigRequested) {
+        currentConfigClearStatus = CONFIG_NORMAL;
+        Serial.println("❌ 按钮释放，取消清除操作");
+      }
+      buttonPressed = false;
+    }
+    
+    if (buttonPressed && (millis() - buttonPressStartTime >= CLEAR_CONFIG_DURATION)) {
+      if (!clearConfigRequested) {
+        clearConfigRequested = true;
+        forceLedOff = true;
+        ledcWrite(0, 0);
+        Serial.println("✅ 长按3秒确认，将清除配置");
+        Serial.println("💡 网络LED已强制熄灭");
+        
+        clearStoredConfig();
+        
+        Serial.println("🔄 配置清除完成，LED将闪烁3次表示完成...");
+        
+         analogWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, 0);
+        Serial.println("🔄 系统即将重启...");
+        
+        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
+        ESP.restart();
+      }
+    }
+    
+    vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS);
+    
+    esp_task_wdt_reset();
+  }
+}
+
+/**
+ * @brief LED控制任务
+ * 控制NETWORK_LED_PIN引脚的LED显示，保持常亮
+ * @param parameter 任务参数（未使用）
+ */
+void ledControlTask(void *parameter) {
+  while (1) {
+    if (forceLedOff) {
+      ledcWrite(0, 0);
+    } else {
+      ledcWrite(0, 255); // 保持LED常亮
+    }
+    vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS);
+  }
+}
+
+
+
+/**
+ * @brief IO和Flash初始化函数
+ * 初始化IO引脚、Flash存储和LED控制
+ */
+void io_flash_init() {
+    // 初始化IO引脚
+    pinMode(BOOT_BUTTON_PIN, INPUT);
+    pinMode(NETWORK_LED_PIN, OUTPUT);
+    pinMode(CONFIG_CLEAR_PIN, OUTPUT);
+    pinMode(GPIO8, OUTPUT);
+    pinMode(GPIO9, OUTPUT);
+    pinMode(Radar_Start, OUTPUT); // 初始化雷达启动引脚
+    
+    // 设置初始状态
+    digitalWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, LOW);
+    digitalWrite(GPIO8, LOW);
+    digitalWrite(GPIO9, LOW);
+    digitalWrite(NETWORK_LED_PIN, LOW);
+    digitalWrite(CONFIG_CLEAR_PIN, LOW);
+    digitalWrite(Radar_Start, HIGH); // 拉高雷达启动引脚，启动雷达
+    
+    // 初始化LED控制
+    ledcSetup(0, 5000, 8);
+    ledcSetup(1, 5000, 8);
+    ledcAttachPin(NETWORK_LED_PIN, 0);
+    ledcAttachPin(CONFIG_CLEAR_PIN, 1);
+    
+    // 初始化Flash存储
+    preferences.begin("radar_data", false);
+    
+    // 加载设备配置
+    Serial.println("💾 加载设备配置...");
+    loadDeviceId();
+    
+    // 初始化任务
+    xTaskCreate(
+        configClearLedTask,
+        "Config Clear LED Task",
+        2048,
+        NULL,
+        1,
+        NULL
+    );
+    
+    xTaskCreate(
+        bootButtonMonitorTask,
+        "Boot Button Monitor Task",
+        2048,
+        NULL,
+        1,
+        NULL
+    );
+    
+    xTaskCreate(
+        ledControlTask,
+        "LED Control Task",
+        2048,
+        NULL,
+        1,
+        NULL
+    );
+}

src/io_flash.h

@@ -0,0 +1,42 @@
+#ifndef IO_FLASH_H
+#define IO_FLASH_H
+
+#include <Arduino.h>
+#include <Preferences.h>
+
+// 引脚定义
+#define BOOT_BUTTON_PIN 0   // Boot按钮引脚
+#define NETWORK_LED_PIN 35    // 网络状态LED指示灯开发板48引脚，雷达板35引脚
+#define CONFIG_CLEAR_PIN 4   // 配置清除指示灯
+#define Radar_Start 36      // 定义雷达启动引脚拉高启动
+#define GPIO8 8              // 自定义GPIO8
+#define GPIO9 9              // 自定义GPIO9
+
+// 配置清除指示灯状态枚举
+enum ConfigClearStatus {
+  CONFIG_NORMAL,     // 正常运行 - LOW
+  CONFIG_PREPARING,  // 准备清除 - HIGH
+  CONFIG_CLEARING,   // 清除过程中 - 呼吸灯
+  CONFIG_COMPLETED   // 清除完成 - 快速闪烁3次
+};
+
+// 全局变量声明
+extern Preferences preferences;
+extern uint16_t currentDeviceId; // 当前设备ID
+extern bool clearConfigRequested; // 清除配置请求标志
+extern bool forceLedOff; // 强制关闭LED标志
+extern ConfigClearStatus currentConfigClearStatus; // 当前配置清除状态
+
+// 函数声明
+void checkBootButton();
+void loadDeviceId();
+void saveDeviceId();
+void clearStoredConfig();
+void io_flash_init();
+
+// 任务声明
+void configClearLedTask(void *parameter);
+void bootButtonMonitorTask(void *parameter);
+void ledControlTask(void *parameter);
+
+#endif // IO_FLASH_H

src/radar_vitals.cpp

@@ -0,0 +1,200 @@
+#include "radar_vitals.h"
+#include <math.h>
+#include <driver/adc.h>
+
+/******** 参数 ********/
+#define ADC_MAX 4095.0f
+#define VREF    3.3f
+#define TWO_PI  6.2831853f
+#define RADAR_LAMBDA 0.0125f   // 24GHz 波长（米）
+
+/******** 内部状态 ********/
+static float fs = 20.0f;
+
+// 状态变量
+static float phase[DATA_LEN];
+static float unwrap_phase[DATA_LEN];
+static human_state_t human_state = NO_PERSON;
+static float resp_bpm = 0;
+static float heart_bpm = 0;
+
+// 平滑处理相关变量
+static float resp_bpm_history[10] = {0};
+static float heart_bpm_history[10] = {0};
+static int history_index = 0;
+
+
+
+
+
+
+
+/******** 新的雷达处理函数 ********/
+void radar_process(float *I, float *Q, int len)
+{
+    /* 1. 去直流 (DC Removal)
+     * I'(n) = I(n) - mean(I)
+     * Q'(n) = Q(n) - mean(Q)
+     */
+    float meanI = 0, meanQ = 0;
+    for(int i=0;i<len;i++){ meanI += I[i]; meanQ += Q[i]; }
+    meanI /= len; meanQ /= len;
+    for(int i=0;i<len;i++){ I[i] -= meanI; Q[i] -= meanQ; }
+
+    /* 2. IQ → 相位
+     * φ(n) = atan2(Q, I)
+     */
+    for(int i=0;i<len;i++){
+        phase[i] = atan2f(Q[i], I[i]);
+    }
+
+    /* 3. 相位展开 (Unwrap)
+     * Δφ > π  → Δφ -= 2π
+     */
+    unwrap_phase[0] = phase[0];
+    for(int i=1;i<len;i++){
+        float d = phase[i] - phase[i-1];
+        if(d > M_PI) d -= 2*M_PI;
+        if(d < -M_PI) d += 2*M_PI;
+        unwrap_phase[i] = unwrap_phase[i-1] + d;
+    }
+
+    /* 4. 空人判断：相位方差
+     * Var(φ) = E[(φ-μ)^2]
+     */
+    float mean = 0, var = 0;
+    for(int i=0;i<len;i++) mean += unwrap_phase[i];
+    mean /= len;
+    for(int i=0;i<len;i++){
+        float d = unwrap_phase[i] - mean;
+        var += d * d;
+    }
+    var /= len;
+
+    if(var < 1e-4){
+        human_state = NO_PERSON;
+        return;
+    }
+
+    /* 5. 活动检测：相位差分能量
+     * E = mean[(φ(n)-φ(n-1))^2]
+     */
+    float energy = 0;
+    for(int i=1;i<len;i++){
+        float d = unwrap_phase[i] - unwrap_phase[i-1];
+        energy += d * d;
+    }
+    energy /= len;
+
+    if(energy > 0.05){
+        human_state = MOTION;
+    } else {
+        human_state = STATIC_HUMAN;
+    }
+
+    /* 6. 呼吸 / 心率频率估计
+     * 方法：频段能量最大值搜索（简化 DFT）
+     * Fs_eff = SAMPLE_RATE / decimation
+     */
+    const float Fs_eff = 200.0f; // 4kHz / 20
+
+    // ---- 呼吸：0.1 ~ 0.5 Hz ----
+    float max_resp_mag = 0; float resp_freq = 0;
+    for(float f=0.1f; f<=0.5f; f+=0.02f){
+        float re=0, im=0;
+        for(int n=0;n<len;n++){
+            float ang = 2*M_PI*f*n/Fs_eff;
+            re += unwrap_phase[n]*cosf(ang);
+            im -= unwrap_phase[n]*sinf(ang);
+        }
+        float mag = re*re + im*im;
+        if(mag > max_resp_mag){ max_resp_mag = mag; resp_freq = f; }
+    }
+    float new_resp_bpm = resp_freq * 60.0f;
+
+    // ---- 心率：0.8 ~ 2.5 Hz ----
+    float max_hr_mag = 0; float hr_freq = 0;
+    for(float f=0.8f; f<=2.5f; f+=0.05f){
+        float re=0, im=0;
+        for(int n=0;n<len;n++){
+            float ang = 2*M_PI*f*n/Fs_eff;
+            re += unwrap_phase[n]*cosf(ang);
+            im -= unwrap_phase[n]*sinf(ang);
+        }
+        float mag = re*re + im*im;
+        if(mag > max_hr_mag){ max_hr_mag = mag; hr_freq = f; }
+    }
+    float new_heart_bpm = hr_freq * 60.0f;
+
+    // 异常值检测和过滤
+    if(new_heart_bpm < 40 || new_heart_bpm > 180){
+        new_heart_bpm = heart_bpm; // 使用上次值
+    }
+    if(new_resp_bpm < 4 || new_resp_bpm > 40){
+        new_resp_bpm = resp_bpm; // 使用上次值
+    }
+
+    // 移动平均滤波
+    heart_bpm_history[history_index] = new_heart_bpm;
+    resp_bpm_history[history_index] = new_resp_bpm;
+    history_index = (history_index + 1) % 10;
+
+    // 计算平均值
+    float sum_hr = 0, sum_resp = 0;
+    for(int i=0; i<10; i++){
+        sum_hr += heart_bpm_history[i];
+        sum_resp += resp_bpm_history[i];
+    }
+    heart_bpm = sum_hr / 10.0f;
+    resp_bpm = sum_resp / 10.0f;
+
+    // 四舍五入到最接近的整数
+    heart_bpm = roundf(heart_bpm);
+    resp_bpm = roundf(resp_bpm);
+}
+
+
+/******** 获取人体状态 ********/
+human_state_t radar_get_state(){ return human_state; }
+
+/******** 获取呼吸率 ********/
+float radar_get_resp_bpm(){ return resp_bpm; }
+
+/******** 获取心率 ********/
+float radar_get_heart_bpm(){ return heart_bpm; }
+
+/******** 初始化 ********/
+void radar_vitals_init(float fs_hz)
+{
+    fs = fs_hz;
+    human_state = NO_PERSON;
+    resp_bpm = 0;
+    heart_bpm = 0;
+    
+    // 初始化历史数据数组
+    for(int i=0; i<10; i++){
+        resp_bpm_history[i] = 0;
+        heart_bpm_history[i] = 0;
+    }
+    history_index = 0;
+}
+
+/**
+ * @brief 雷达初始化函数
+ * 初始化雷达相关的ADC和引脚
+ */
+void radar_init() {
+    // 配置雷达I/Q引脚为ADC输入
+    pinMode(PIN_I, INPUT);
+    pinMode(PIN_Q, INPUT);
+    
+    // 初始化ADC
+    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
+    adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_0, ADC_ATTEN_DB_12); // PIN_I (GPIO1) 对应 ADC1_CHANNEL_0
+    adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_1, ADC_ATTEN_DB_12); // PIN_Q (GPIO2) 对应 ADC1_CHANNEL_1
+    
+    Serial.println("🏗️ 初始化雷达管理器...");
+    radar_vitals_init(SAMPLE_RATE);
+}
+
+

src/radar_vitals.h

@@ -0,0 +1,51 @@
+#ifndef RADAR_VITALS_H
+#define RADAR_VITALS_H
+#include <stdint.h>
+#include <Arduino.h>
+
+#define PIN_I 9
+#define PIN_Q 10
+
+#define ADC_WIDTH          ADC_WIDTH_BIT_12     // 配置ADC宽度为12位
+#define ADC_ATTEN          ADC_ATTEN_DB_12      // 配置ADC衰减为12dB
+
+
+
+#define SAMPLE_RATE            4000        // 基础采样率(Hz)
+#define DATA_LEN 256           // 数据长度
+
+// 人体状态枚举
+typedef enum {
+    NO_PERSON = 0,
+    STATIC_HUMAN,
+    MOTION
+} human_state_t;
+
+/******** 雷达采样 ********/
+typedef struct {
+    uint16_t i_value;     // ADC 原始值
+    uint16_t q_value;     // ADC 原始值
+    uint32_t timestamp;   // ms
+} radar_sample_t;
+
+/******** 输出结果 ********/
+typedef struct {
+    float heart_bpm;
+    float breath_bpm;
+    uint8_t valid;        // 1: 有效
+    human_state_t state;  // 人体状态
+} radar_vitals_t;
+
+/******** 接口 ********/
+void radar_vitals_init(float fs_hz);
+void radar_vitals_process(
+    const radar_sample_t *sample,
+    radar_vitals_t *out
+);
+void radar_process(float *I, float *Q, int len);
+human_state_t radar_get_state();
+float radar_get_resp_bpm();
+float radar_get_heart_bpm();
+void radar_init();
+
+#endif