Stimulate/main/ecg_generator.c

#include "ecg_generator.h"
#include <math.h>
#include <string.h>
#include "esp_log.h"

// 初始化ECG生成器
void ecg_generator_init(ecg_generator_t *generator, float sample_rate) {
    if (generator == NULL) return;
    
    memset(generator, 0, sizeof(ecg_generator_t));
    
    // 设置默认参数
    generator->heart_rate = 75.0f;      // 心率75次/分
    generator->amplitude = 1.0f;        // 幅值1.0V
    generator->sample_rate = sample_rate;
    generator->is_running = false;
    
    // 固定波形参数 (保持正常ECG比例)
    generator->p_amp_ratio = 0.2f;     // P波幅度比例
    generator->q_amp_ratio = 0.3f;      // Q波幅度比例  
    generator->r_amp_ratio = 1.0f;      // R波幅度比例
    generator->s_amp_ratio = 0.4f;      // S波幅度比例
    generator->t_amp_ratio = 0.4f;      // T波幅度比例
    
    // 固定时间参数 (保持正常ECG时序)
    generator->p_width = 0.03f;         // P波宽度
    generator->qrs_width = 0.01f;       // QRS波群宽度
    generator->t_width = 0.05f;         // T波宽度
}

// 设置心率
void ecg_generator_set_heart_rate(ecg_generator_t *generator, float heart_rate) {
    if (generator == NULL) return;
    
    // 限制心率范围
    if (heart_rate < 30.0f) heart_rate = 30.0f;
    if (heart_rate > 200.0f) heart_rate = 200.0f;
    
    generator->heart_rate = heart_rate;
}

// 设置幅值（直接输入mV值，内部自动转换为DAC输出值）
void ecg_generator_set_amplitude(ecg_generator_t *generator, float amplitude_mv) {
    if (generator == NULL) return;
    
    // 硬件衰减系数：约38倍 (根据实际测量：0.132V → 5mV)
    // 对应关系：amplitude(V) × 38 ≈ 示波器显示值(mV)
    const float attenuation_factor = 38.0f;
    
    // 将mV除以衰减系数得到DAC输出值
    float dac_amplitude = amplitude_mv  / attenuation_factor;
    
    generator->amplitude = dac_amplitude;
}

// 开始生成
void ecg_generator_start(ecg_generator_t *generator) {
    if (generator == NULL) return;
    
    generator->is_running = true;
    generator->sample_count = 0;
}

// 停止生成
void ecg_generator_stop(ecg_generator_t *generator) {
    if (generator == NULL) return;
    
    generator->is_running = false;
}

// 重置生成器
void ecg_generator_reset(ecg_generator_t *generator) {
    if (generator == NULL) return;
    
    generator->sample_count = 0;
}

// 获取下一个样本 - 修正时间参数为相对比例
float ecg_generator_get_next_sample(ecg_generator_t *generator) {
    if (generator == NULL || !generator->is_running) {
        return 0.0f;
    }
    
    // 计算RR间期 (秒)
    float rr_interval = 60.0f / generator->heart_rate;
    
    // 计算当前时间
    float t = (float)generator->sample_count / generator->sample_rate;
    
    // 周期内时间
    float t_mod = fmodf(t, rr_interval);
    
    // 归一化时间到0-1范围（相对于RR间期的比例）
    float t_norm = t_mod / rr_interval;
    
    // 计算各波幅度
    float p_amp = generator->amplitude * generator->p_amp_ratio;
    float q_amp = generator->amplitude * generator->q_amp_ratio;
    float r_amp = generator->amplitude * generator->r_amp_ratio;
    float s_amp = generator->amplitude * generator->s_amp_ratio;
    float t_amp = generator->amplitude * generator->t_amp_ratio;
    
    // 时间参数（相对于RR间期的比例） - 根据Python代码修正
    float p_time_ratio = 0.125f;   // P波位置：12.5%
    float q_time_ratio = 0.3125f;  // Q波位置：31.25%
    float r_time_ratio = 0.3375f;  // R波位置：33.75%
    float s_time_ratio = 0.3625f;  // S波位置：36.25%
    float t_time_ratio = 0.625f;   // T波位置：62.5%
    
    // 宽度参数（相对于RR间期的比例） - 修正QRS宽度使其充分重叠
    float p_width_ratio = 0.0375f; // P波宽度：0.03/0.8 = 3.75%
    float qrs_width_ratio = 0.0125f; // QRS宽度：增加到2.5%，确保Q、R、S充分重叠
    float t_width_ratio = 0.0625f; // T波宽度：0.05/0.8 = 6.25%
    
    // P波 - 修正后的计算
    float p = p_amp * expf(-(t_norm - p_time_ratio) * (t_norm - p_time_ratio) / (2.0f * p_width_ratio * p_width_ratio));
    
    // QRS波群 - 修正后的计算
    float q = -q_amp * expf(-(t_norm - q_time_ratio) * (t_norm - q_time_ratio) / (2.0f * qrs_width_ratio * qrs_width_ratio));
    float r = r_amp * expf(-(t_norm - r_time_ratio) * (t_norm - r_time_ratio) / (2.0f * qrs_width_ratio * qrs_width_ratio));
    float s = -s_amp * expf(-(t_norm - s_time_ratio) * (t_norm - s_time_ratio) / (2.0f * qrs_width_ratio * qrs_width_ratio));
    float qrs = q + r + s;
    
    // T波 - 修正后的计算
    float t_wave = t_amp * expf(-(t_norm - t_time_ratio) * (t_norm - t_time_ratio) / (2.0f * t_width_ratio * t_width_ratio));
    
    // 组合波形
    float ecg_value = p + qrs + t_wave;
    
    // 调试信息：每1000个样本输出一次最大值
    static float max_ecg_value = 0.0f;
    static uint32_t debug_counter = 0;
    debug_counter++;
    
    if (fabsf(ecg_value) > max_ecg_value) {
        max_ecg_value = fabsf(ecg_value);
    }
    
    if (debug_counter >= 1000) {
        ESP_LOGI("ECG_DEBUG", "Max ECG value before offset: %.3fV", max_ecg_value);
        debug_counter = 0;
        max_ecg_value = 0.0f;
    }
    
    // 添加偏置电压，将ECG波形平移到DAC有效范围
    // ECG波形范围约为 -amplitude 到 +amplitude
    // 需要平移到 0 到 2*amplitude，然后限制在DAC范围内
    float offset = generator->amplitude;  // 偏置电压
    ecg_value = ecg_value + offset;
    
    // 限制在DAC有效范围内 (0V 到 2.048V)
    if (ecg_value < 0.0f) ecg_value = 0.0f;
    if (ecg_value > 2.048f) ecg_value = 2.048f;
    
    generator->sample_count++;
    return ecg_value;
}