基于脈搏信號的心率計(jì)算

1、 數(shù)字信號處理課程研究報(bào)告 xxxxx院電氣與自動化工程學(xué)院一、課題描述已給定采集完畢的脈搏信號，使用MATLAB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MATLAB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MATLAB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0-0.5HZ，工頻干擾在50*kHZ（k為正整數(shù)），而肌電干擾無法濾除。所

2、以首先設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器濾除基線漂移，而后再設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻濾波器濾除工頻干擾。因?yàn)镮IR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中的findpeaks（）函數(shù)捕獲濾波后的脈搏信號的波峰，由波峰/總時(shí)間*60求得其心率。1.MATLAB腳本MATLAB程序如下:clc;clear;x=load('F:/丑永新_pulse.txt');nn=40;x=x(1:nn,:)'%取出1-40行的所有數(shù)據(jù)x=reshape(x,1,3000*nn);%重

3、新排列x=x./1000;%將mV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(gè)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=buttord(wp1,ws1,Rp1,Rs1);b1,a1=butter(n1,wc

4、1,'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(shí)域波形')%接下來設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻濾波器,步驟與前一個(gè)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(wp2,ws2,Rp2,Rs2);b2,a2=butter(n2,wc2,'stop

5、9;);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(shí)間，用以去除干擾峰值pks,locs = findpeaks(y2,'minpeakheight',threshold,'minpeakdistance',0.5*fss);hold on plot(locs*ts,pks,'x');%

6、心率為峰值個(gè)數(shù)/總時(shí)間*60count=length(pks)/(N*ts)*602.設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)結(jié)果如下所示：3.結(jié)果分析從原始的脈搏信號時(shí)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(shí)域波形可以發(fā)現(xiàn)，濾波后時(shí)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。得到滿意的波形后，使用findpeaks（）函數(shù)捕獲其波峰，在MATLAB程序中已對其電壓閾值與時(shí)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/min。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)，對相關(guān)函數(shù)的使用與了解也有了一定程度的進(jìn)步，獲益良多。本次課題主要考