【正文】 // 設(shè)置波特率 } void loop() { (analogRead(A0))。 本設(shè)計將脈搏信號傳感器發(fā)出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號值，然后通過串口方式采集到 PC 上，最后通過 MATLAB 對其進行處理。當(dāng)人體的脈搏信號較強時，放大后的信號有可能達到或超過電源電壓，從而出現(xiàn)削頂失真現(xiàn)象，此時只要稍微改變手指與傳感器的接觸力度，就會使波形恢復(fù)正常。本傳感器采用了峰值波長為 515nm的綠光 LED，型號為 AM2520，而光接收器采用了 APDS9008，這是一款環(huán)境光感受器，感受峰值波長為 565nm，兩者的峰值波長相近，靈敏度較高。光源一般采用對動脈血中氧和血紅蛋白有選擇性的一定波長（ 500nm700nm）的發(fā)光二極管。前兩種方法提取信號都會限制病人的活動，如果長時間使用會增加病人生理和心理上的不舒適感。通過 Andrino 可以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號以串口方式保存記錄，從而通過 MATLAB 軟件即可對其進行適當(dāng)?shù)奶幚?。?dāng)大量血液進入動脈將使動脈壓力變大而使管徑 擴張 ，在體表較淺處動脈即可感受到此擴張，即所謂的脈搏。 第六章 參考文獻 《脈搏波信號時域特征提取與算法的研究》 《脈搏波時、頻域特征提取與識別技術(shù)研究》 《 數(shù)字信號處理教程（第四版） 》 《 Pulse Sensor 中文使用說明書 》 《 ArduBlock 零基礎(chǔ)編程套件》 本科生畢業(yè)論文 數(shù)字信號處理算法研究 基于人體脈搏信號 25 第七章 注釋 脈搏（英語： Pulse）為體表可觸摸到的動脈搏動。)。功率譜 (dB)39。 xlabel(39。 %重疊點數(shù) [p,f]=pwelch(s2,w,noverlap,Nfft,fs)。 %采用 hanning 窗 。 %去基頻直流分量 。 Pxx為輸 出的功率譜估計值 。 window 用于指定采用的窗函數(shù) (boxcar, hamming, blackman)。 Hanning 窗的主瓣相比于矩形窗包括更多的能量，因而它可 以使功率譜的主瓣寬度相對較窄，分辨率也就會較高。 Welch 法的基本原理：當(dāng)我們把數(shù)據(jù)進行分段時，需要使分出的每一段有部分的重疊，然后用一個相對合適的窗函數(shù)把每一段數(shù)據(jù)做一下平滑處理，最后把各段譜求平均值。含有噪聲脈搏信號頻譜圖 39。 ylabel(39。 N=length(x)。 潮波和重搏波的提取 我們在去噪時很有可能會把潮波去掉 ,因此余下的最大值的個數(shù)也就是潮波個數(shù) ,同理重博波個數(shù)也好確定 ,潮波和重博波的算法流程圖與主波的提取流程呢類似 ,這里就不再詳述。 如果不能滿足以上的兩個條件就可以判斷其為噪聲點。 我們都知道每個脈搏周期必有一個峰值 ,進而我們可以求出脈搏峰值數(shù)， 200 * 10 / 60 = 33, 所以找到 33個脈搏峰值后即可停止脈搏主波峰的尋找。 假設(shè)脈搏信號為一數(shù)組 x(i),i為數(shù)組的下標 ,范圍是從 1到 N,N為 x(i)的長度。 本科生畢業(yè)論文 數(shù)字信號處理算法研究 基于人體脈搏信號 17 步驟 2去除極大值中的噪聲點 ,從而即可在所有的極大值點中找出標準脈搏波上的極大值 ,這個點就是主波峰 。 如果我們想要得出較為理想的 N值 ,那么就必須對采集到脈搏信號做很多了的實驗和對比 ,可以看出這樣就不具有明顯的有效性。 說明：從前人的實驗結(jié)果來看閾值法求出的波形結(jié)果會出現(xiàn)很大的誤差 ,他們分析出原因在于一些高血壓患者的脈搏波的潮波波 峰很高，很可能會超過它的主波波峰 ,也就是圖 中 D 點或者 F點會高于 B 點，再加上如果脈搏信號上都會有干擾的存在 ,就會與預(yù)期目的產(chǎn)生很大的偏差，達不到我們想要的準確的特征。其中包括兩種比較經(jīng)典的方法，一是閾值法，二是自適應(yīng)的算術(shù)平均法。 脈搏信號時域特征 脈搏信號的特征點 我們可以通過對采集到的脈搏信號進行深入的波形分析 ,這樣就需了解標準的脈搏信號所表現(xiàn)出來的出的標準的波形 ,如圖 就是標準的脈搏信號波形 ,在圖 中 A點和 G點是主動脈的開放點 ,我們可以理解為脈搏波的一個起點和一個終點 ,A點到 G點的時間是個脈搏的周期 T,主波 BB′ ,潮波 DD′ ,重搏波 FF′。 ylabel(39。)。 figure。)。頻率 39。 title(39。 [num3,den3]=butter(N3,wc3)。%通帶波紋系數(shù) 。%設(shè)置通帶截止頻率 。 grid on。)。ChebysheveII 型帶阻濾波器濾波后的脈搏信號 39。 grid on。ChebysheveII 型帶阻濾波器幅頻響應(yīng) 39。 ylabel(39。 plot(fs*W2/(2*pi),abs(H2))。 [num2,den2]=cheby2(N2,rp2,wc2,39。%通帶波紋系數(shù) 。%通帶截止頻率 。 grid on。)。ChebysheveII 型高通濾波器濾波后的脈搏信號 39。 grid on。ChebysheveII 型高通濾波器幅頻響應(yīng) 39。 ylabel(39。 plot(fs*W/(2*pi),abs(H))。 [num,den]=cheby2(N,rp,wc,39。%通帶波紋系數(shù) 。%通帶截止頻率 。 圖 去除噪聲后的脈搏信號 從時域圖 信號已經(jīng)基本去除，接下來就可以對其進行進一步的時域分析。 Butterworth 低通濾波器的參數(shù)為：本科生畢業(yè)論文 數(shù)字信號處理算法研究 基于人體脈搏信號 9 Wp=55/(fs/2)， Ws=80/(fs/2)， Rp=2， Rs=20。 ChebysheveⅡ帶阻濾波器的參數(shù)為： Wp=[48,52]/(fs/2)， Ws=[49,51]/(fs/2)， Rp=1,Rs=40。 本實驗中采集脈搏信號的采樣頻率為 1000Hz，可以采用以下幾種濾波器： （ 1）為了消除基線漂移、人體呼吸等低頻干擾我們需要選用 ChebysheveⅡ型高通濾波器，但是 IIR 數(shù)字濾波器本身會存在相位失真，因設(shè)計了零相位ChebysheveⅡ型高通濾波器進行去噪。ftype39。 然后通過 階數(shù) N和截止頻率 Wn 又能夠 計算 Butterworth 濾波器 的 分子 和 分母系數(shù) 的系數(shù)，其中 b為分子系數(shù) 的矩陣 ， a 為分母系數(shù)的 矩陣，可以通過設(shè)置 ftype來設(shè)置濾波器的類型，默認不寫為低通， high 為高通， bandpass 為帶通， stop為帶阻。 其中 Chebysheve I 型濾波器通帶內(nèi)是等波紋的，阻帶內(nèi)是單調(diào)的；ChebysheveⅡ型濾波器通帶是內(nèi)單調(diào)的，然而阻帶內(nèi)卻是等波紋的； Butterworth本科生畢業(yè)論文 數(shù)字信號處理算法研究 基于人體脈搏信號 7 濾波器在通帶內(nèi)的幅頻響應(yīng)曲線最為平滑，然而截止頻率的坡度變小了；橢圓濾波器雖然在阻帶和通帶內(nèi)均為等波紋的，但下降的坡度很大，并且還能以更低的階數(shù)來 達到和其他兩類濾波器相同的性能指標。 IIR 數(shù)字濾波器 雖然能夠用很低的階數(shù)得到較高的選擇性，而且幅頻特性也比較好，但是相位曲線卻不是嚴格的線性。 于是想到采用 Matlab 作為數(shù)學(xué)工具，可以把采集到的信號直接進行處理，獲得到脈博信號的參數(shù)，該軟件的功能和工具箱很豐富，可處理各種數(shù)字信號，解決實際工程問題，實現(xiàn)起來簡單高效。但是脈搏信號包含大量的信息 ,包括時域方面的信息和頻域方面信息 ,單一的波速并不能反映人體各方面的生理問題。 脈搏波傳播的現(xiàn)代分析是從 20 世紀 50 年代開始的 ,之后一些國內(nèi)外研究學(xué)者在動脈管段中建立了脈搏波的線性化模型 ,并發(fā)展了彈性腔模型模型。本文主要討論如何提取出脈搏信號以及對脈搏信號的初步分析。 傳統(tǒng)的脈搏波特征提取方法 ................................................................ 15 極值法提取脈搏時域信號 ......