基于脉搏信的心率计算

1、数字信号处理课程研究报告xxxxx院电气与自动化工程学院x=reshape(x,1,3000*nn);%重新排列、课题描述已给定采集完毕的脉搏信号，使用 MATLA分析脉搏信号，并计算其心率。二、课题分析本课题的任务是根据采集的脉搏信号计算心率。首先使用 MATLA读取采集 到的脉搏信号， 因为脉搏信号中存在基线漂移、 工频干扰与肌电干扰， 所以要设 计滤波器滤除干扰，得到有用的信息，得到满意的脉搏信号波形后，计算心率。三、课题设计脉搏信号以文本格式存储，使用 MATLA的 load （）函数读取已经采集完毕 的脉搏信号，应注意文件的路径与名字必须正确。经查阅资料可知基线漂移的频率在 0-0.

2、5HZ,工频干扰在50*kHZ（ k为正整 数），而肌电干扰无法滤除。所以首先设计一个高通滤波器滤除基线漂移，而后 再设计一个带阻滤波器滤除工频干扰。 因为 IIR 滤波器阶数更低、滤波效果更好， 所以使用 IIR 滤波器。又因巴特沃斯滤波器与其他几种 IIR 滤波器相比， 在通频 带内频率响应曲线最为平坦，故选用巴特沃斯滤波器。最后使用MATLAB的findpeaks （）函数捕获滤波后的脉搏信号的波峰， 由波峰/总时间*60求得其心率。1. MATLA0脚本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 行的所有数据x=x./1000;%各m化为 Vfss=1000; %采样频率ts=1/fss;N=length(x);m=1:N;figureplot(m*ts,x)title( ' 原始信号 ' );pinpu(fss,x);axis(0 5 0 1)title( ' 原始信号的频谱 ' );%接下来设计一个 IIR 高通滤波器fs=0.1;fp=0.6;wp1=2*fp/fss;ws1=2*fs/fss;%设置通带截止频率以及阻带截止频率Rp1=3;Rs1=40; %设置通带波纹与阻带波纹n1,wc1=butto

4、rd(wp1,ws1,Rp1,Rs1);b1,a1=butter(n1,wc1, 'high' );figurefreqz(b1,a1);%滤波器的频率响应title( ' 高通滤波器频率响应 ' )y1=filter(b1,a1,x);figureplot(m*ts,y1)title( ' 第一次滤波后时域波形 ' )%接下来设计一个带阻滤波器, 步骤与前一个相似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( ' 带阻滤波器频率响应 ' )y2=filter(b2,a2,y1);figureplot(m*ts,y2)title( ' 最终滤波后的波形 ' );%最后计算心率%设置阈值threshold=0.5;%找出所有峰值 ,0.5*fss 为间隔时间，用以去除干扰峰值,0.5*fss);pks,locs = findpeaks(y2, 'minpeakheight' ,threshold,

6、'minpeakdistance' hold onplot(locs*ts,pks, 'x' );%心率为峰值个数 / 总时间 *60 count=length(pks)/(N*ts)*602. 设计结果设计结果如下所示：10.90.80.70.60.40.30.20.1000.511.522.533.544.55Frequency (Hz)高通滤波器频率响应-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)第一次滤波后时域波形20406080 100 120.5oa带阴滤波器频率响应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)滤波后脉搏信号的频谱oO.1o0.511.522.533.544.55Frequ

8、ency (Hz)故终滤波百的波形43. 结果分析从原始的脉搏信号时域波形可观察出，信号的基线上下波动很大，而对比第 一次滤波后的时域波形可以发现， 滤波后时域波形的基线位置波动很小， 滤波效 果已经达到。再对它们的脉冲频谱进行观察，可以直观的发现， 0-0.5HZ之间的 干扰被有效的滤除。将原始脉搏信号局部进行放大，可以观察到信号的毛刺很多，对比第二次滤 波后的波形可以发现，第二次滤波后的波形明显变得光滑， 毛刺少了许多，滤波 效果差强人意。3 9赧终滤波后的波龙2626 52727.52828.52929.5 SO得到满意的波形后，使用fin dpeaks()函数捕获其波峰，在MATLAB程序中已对其电压阈值与时间间隔进行了限制,去除了多余的干扰，捕获到了理想的波峰，最后进行了计算，求出心率为90/min1 1 9 fi1.ad70_.6.5n-0_A-3o o30.53131,53232.53333,534四、课题总结通过本次课题，我对滤波器的理解更加深入了一点， 更加清晰的明白了滤波 器的工作原理以及实质，对