基于脈搏信的心率計(jì)算

1、數(shù)字信號處理課程研究報告xxxxx院電氣與自動化工程學(xué)院x=reshape(x,1,3000*nn);%重新排列、課題描述已給定采集完畢的脈搏信號，使用 MATLA分析脈搏信號，并計(jì)算其心率。二、課題分析本課題的任務(wù)是根據(jù)采集的脈搏信號計(jì)算心率。首先使用 MATLA讀取采集 到的脈搏信號， 因?yàn)槊}搏信號中存在基線漂移、 工頻干擾與肌電干擾， 所以要設(shè) 計(jì)濾波器濾除干擾，得到有用的信息，得到滿意的脈搏信號波形后，計(jì)算心率。三、課題設(shè)計(jì)脈搏信號以文本格式存儲，使用 MATLA的 load （）函數(shù)讀取已經(jīng)采集完畢 的脈搏信號，應(yīng)注意文件的路徑與名字必須正確。經(jīng)查閱資料可知基線漂移的頻率在 0-0.

2、5HZ,工頻干擾在50*kHZ（ k為正整 數(shù)），而肌電干擾無法濾除。所以首先設(shè)計(jì)一個高通濾波器濾除基線漂移，而后 再設(shè)計(jì)一個帶阻濾波器濾除工頻干擾。 因?yàn)?IIR 濾波器階數(shù)更低、濾波效果更好， 所以使用 IIR 濾波器。又因巴特沃斯濾波器與其他幾種 IIR 濾波器相比， 在通頻 帶內(nèi)頻率響應(yīng)曲線最為平坦，故選用巴特沃斯濾波器。最后使用MATLAB的findpeaks （）函數(shù)捕獲濾波后的脈搏信號的波峰， 由波峰/總時間*60求得其心率。1. MATLA0腳本MATLA程序如下：clc;clear;x=load（ 'F：/ 丑永新 _pulse.txt' ）;nn=40;x=

3、x（1：nn,：）'%取出 1-40 行的所有數(shù)據(jù)x=x./1000;%各m化為 Vfss=1000; %采樣頻率ts=1/fss;N=length(x);m=1:N;figureplot(m*ts,x)title( ' 原始信號 ' );pinpu(fss,x);axis(0 5 0 1)title( ' 原始信號的頻譜 ' );%接下來設(shè)計(jì)一個 IIR 高通濾波器fs=0.1;fp=0.6;wp1=2*fp/fss;ws1=2*fs/fss;%設(shè)置通帶截止頻率以及阻帶截止頻率Rp1=3;Rs1=40; %設(shè)置通帶波紋與阻帶波紋n1,wc1=butto

4、rd(wp1,ws1,Rp1,Rs1);b1,a1=butter(n1,wc1, 'high' );figurefreqz(b1,a1);%濾波器的頻率響應(yīng)title( ' 高通濾波器頻率響應(yīng) ' )y1=filter(b1,a1,x);figureplot(m*ts,y1)title( ' 第一次濾波后時域波形 ' )%接下來設(shè)計(jì)一個帶阻濾波器, 步驟與前一個相似fp1=47;fs1=49;fs2=51;fp2=53;wp2=2*fp1 fp2/fss;ws2=2*fs1 fs2/fss;Rp2=3;Rs2=40;n2,wc2=buttord(

5、wp2,ws2,Rp2,Rs2);b2,a2=butter(n2,wc2, 'stop' );figurefreqz(b2,a2)title( ' 帶阻濾波器頻率響應(yīng) ' )y2=filter(b2,a2,y1);figureplot(m*ts,y2)title( ' 最終濾波后的波形 ' );%最后計(jì)算心率%設(shè)置閾值threshold=0.5;%找出所有峰值 ,0.5*fss 為間隔時間，用以去除干擾峰值,0.5*fss);pks,locs = findpeaks(y2, 'minpeakheight' ,threshold,

6、'minpeakdistance' hold onplot(locs*ts,pks, 'x' );%心率為峰值個數(shù) / 總時間 *60 count=length(pks)/(N*ts)*602. 設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)結(jié)果如下所示：10.90.80.70.60.40.30.20.1000.511.522.533.544.55Frequency (Hz)高通濾波器頻率響應(yīng)-O003o23o3402000.10.20.30.40.50.60.70.80.9Normalized Frequency(X7r rad/sample)o603J0.10.20.30.40.50.60.

7、70.80.91Normalized Frequency(X7r rad/sample)第一次濾波后時域波形20406080 100 120.5oa帶陰濾波器頻率響應(yīng)50mp) epmc6e 乏0.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (xrr rad/sample)(soa)6(l)p)oseqd00七6.5_£>0.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (x；r rad/sample)濾波后脈搏信號的頻譜oO.1o0.511.522.533.544.55Frequ

8、ency (Hz)故終濾波百的波形43. 結(jié)果分析從原始的脈搏信號時域波形可觀察出，信號的基線上下波動很大，而對比第 一次濾波后的時域波形可以發(fā)現(xiàn)， 濾波后時域波形的基線位置波動很小， 濾波效 果已經(jīng)達(dá)到。再對它們的脈沖頻譜進(jìn)行觀察，可以直觀的發(fā)現(xiàn)， 0-0.5HZ之間的 干擾被有效的濾除。將原始脈搏信號局部進(jìn)行放大，可以觀察到信號的毛刺很多，對比第二次濾 波后的波形可以發(fā)現(xiàn)，第二次濾波后的波形明顯變得光滑， 毛刺少了許多，濾波 效果差強(qiáng)人意。3 9赧終濾波后的波龍2626 52727.52828.52929.5 SO得到滿意的波形后，使用fin dpeaks()函數(shù)捕獲其波峰，在MATLAB程序中已對其電壓閾值與時間間隔進(jìn)行了限制,去除了多余的干擾，捕獲到了理想的波峰，最后進(jìn)行了計(jì)算，求出心率為90/min1 1 9 fi1.ad70_.6.5n-0_A-3o o30.53131,53232.53333,534四、課題總結(jié)通過本次課題，我對濾波器的理解更加深入了一點(diǎn)， 更加清晰的明白了濾波 器的工作原理以及實(shí)質(zhì)，對