人体脉搏信号采集实验

人体生理信号识别与监测的实验方法和意义人体生理信号识别与监测是一项重要的研究领域，它可以帮助医学界更好地了解人体的生理状态，并在健康管理、疾病诊断与治疗等方面发挥重要作用。

本文将介绍人体生理信号识别与监测的实验方法以及其意义。

一、实验方法：1. 信号采集：采集人体生理信号是人体生理信号识别与监测的关键步骤。

常用的信号采集方法有心电图采集、血压采集、体温采集、脑电图采集等。

其中，心电图采集是目前应用较为广泛的一种方法，可以通过电极粘贴在胸部获得心脏的电活动信号。

血压采集则是使用一种袖带将压力传感器与被测者的上臂相连接，实时监测血压的变化。

体温采集可以通过体温计等仪器实时测量被测者的体温。

脑电图采集则是通过将电极放置于被测者头皮表面，记录脑电信号的变化。

2. 信号处理：信号采集后，需要对信号进行处理，以提取有效的生理信息。

信号处理的方法有很多，常用的有滤波、放大、特征提取等方法。

例如，可以使用带通滤波器来去除噪音，并提取出感兴趣的频段。

放大技术可以将信号放大，以增加信号的清晰度。

特征提取则是通过一些数学方法，将信号转换为一组特征向量，用于后续的生理状态分类和分析。

3. 信号分类与分析：经过信号处理后，需要对信号进行分类与分析。

信号分类指的是根据信号的特征向量将其归类为不同的生理状态，例如心脏窦性心律和心房颤动之间的分类。

信号分析则是对信号进行更深入的研究，例如通过信号的时频分析，了解信号的时域和频域特性。

这些分类与分析的结果可以为医生提供有价值的信息，帮助医生进行疾病诊断和治疗决策。

二、意义：1. 健康管理：人体生理信号识别与监测可以帮助个人监测自己的生理状态，从而进行健康管理。

例如，通过定期测量心率和血压，可以及时发现异常情况，并采取相应的措施进行干预。

这对于预防心血管疾病等慢性病的发生具有重要意义。

2. 疾病诊断与治疗：人体生理信号识别与监测可以帮助医生进行疾病的诊断和治疗。

例如，心电图信号的监测可以帮助医生判断心脏是否存在异常，脑电图信号的监测可以帮助医生诊断脑电活动异常等。

人体生理信号采集与分析技术研究一、简介人体生理信号采集与分析技术是一门新兴的领域，涉及到人体生理学、计算机科学、电气工程等多个学科。

它旨在通过采集和分析人体生理信号，了解人体内部运作的情况，为医学、运动训练、人机交互等领域提供重要的支撑。

本文将从采集技术、信号处理技术和应用领域三个方面进行阐述。

二、信号采集技术生理信号的采集是人体生理信号采集与分析技术不可或缺的一部分。

常用的生理信号采集技术包括EEG、EMG、ECG等。

1. EEG脑电图（EEG）是一种记录大脑电活动的方法。

通过在头皮上放置几个电极，并通过其测量电荷量来记录人脑内部的信息。

这项技术已应用于多个领域，如脑机接口技术（BCI）等。

2. EMG肌电图（EMG）是一种记录肌肉电活动的方法。

通过在肌肉上放置电极，并记录肌肉收缩时的电信号来得知肌肉的运动情况。

这项技术被广泛用于人体运动相关领域，如运动训练、康复治疗等。

3. ECG心电图（ECG）是一种记录人类心脏电信号的方法。

通过在胸部和四肢上放置电极，并记录心脏收缩和舒张时的电信号来得到人类心脏的状态。

该技术在心血管疾病诊断、治疗和研究方面有重要的意义。

三、信号处理技术采集到的生理信号需要进一步处理才能得到有用的信息。

常见的信号处理技术包括信号滤波、时频分析、特征提取等。

1. 信号滤波信号滤波是信号处理中常用的一种方法，其目的是去除噪声和不需要的频率成分，保留有用的信号成分。

在生理信号信号处理中，信号滤波常用于去除实验过程中的环境等噪声干扰。

2. 时频分析时频分析是一种将信号在时域和频域上进行分析的方法。

它能够更全面地揭示信号特征，并对频率随时间变化的信号进行有效的处理。

在生理信号分析中，时频分析能够更准确地反映出生理信号内部复杂的波形变化。

3. 特征提取特征提取是将信号中具有代表性的特征转化为用于分类、识别等任务的形式。

在生理信号分析中，特征提取常用于分类疾病、识别心律失常等任务，利用生理信号中具有特殊意义的变化提取出特征，可以更好地了解生理信号所包含的信息。

脉搏采集放大电路设计报告
内容简要：人体脉搏计的设计是基于传感器，放大电路，显示电路等基础电路的基础上，实现对人体脉搏的精确测量。

其设计初衷是适用于各年龄阶段的人群，方便快捷的测量脉搏次数，并用十进制数显示出来。

具体的各部分电路接下来将介绍。

传感器信号：传感器采用了红外光电转换器，作用是通过红外光照射人的手指
的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号。

放大电路：由于人体脉搏跳动经过传感器后的初始信号电压值很小，所以利用反相放大器将采集的电压信号放大约50倍。

又因为该信号不规则，将接入有源滤波电路，对电路进行低通滤波的同时，再次将电压信号放大1.6倍左右。

该电路使信号得到80倍的放大，充分的放大方便了后面的工作电路。

整形电路：本电路旨在采用滞回电压比较器对前面放大以后的信号进行整形，使信号更规则，最终输出矩形信号。

倍频电路：倍频电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行4倍频处理，以便在15s内测出1min内的人体脉搏跳动次数，从而缩短测量时间，以提高诊断效率。

基准时间产生电路：基准时间产生电路的功能是产生一个周期为30s（即脉冲宽度为15s）的脉冲信号，以控制在15s内完成一分钟的测量任务。

具体各部分是由555定时器产生一个周期为0.5秒的脉冲信号，然后用一个D触发器进行二分频得到周期为1s的脉冲信号。

再经过由74LS161构成的十五进制计数器，进行十五分频，再经D触发器二分频，产生一个周期为30s的方波，即一个脉
宽为15s的脉冲信号。

脉搏信号处理y105概述：脉搏信号处理是指对人体脉搏信号进行采集、滤波、特征提取等处理，以便获取有关心血管系统和心脏功能的相关信息。

本文将详细介绍脉搏信号处理的标准格式，包括任务背景、数据采集、信号滤波、特征提取和应用等方面。

任务背景：脉搏信号是人体心血管系统的重要指标之一，对于监测和评估心脏功能、血压变化等具有重要意义。

脉搏信号处理技术可以通过对脉搏信号进行分析和处理，提取出有关心血管系统的重要参数和特征，为医学诊断、健康监测等方面提供支持。

数据采集：脉搏信号的采集通常使用脉搏波传感器或光电传感器等设备。

脉搏波传感器可以通过贴附在皮肤上或固定在手腕等位置，实时采集到脉搏信号。

光电传感器则利用光电效应来感知皮肤上脉搏血流的变化，从而获取脉搏信号。

采集到的脉搏信号通常以模拟信号或数字信号的形式存在。

信号滤波：脉搏信号中可能存在噪声和干扰，为了提高信号的质量和准确性，需要对信号进行滤波处理。

常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波和带通滤波等。

低通滤波可以去除高频噪声，高通滤波可以去除低频噪声，带通滤波可以选择性地保留某一频段的信号。

选择合适的滤波方法和参数可以有效提取出脉搏信号中的有用信息。

特征提取：脉搏信号中包含了丰富的信息，通过对信号进行特征提取可以获取到与心血管系统相关的重要参数和特征。

常用的特征提取方法包括时域分析、频域分析和小波分析等。

时域分析可以通过统计学方法计算出脉搏信号的平均值、标准差、波形宽度等参数。

频域分析可以将信号转换到频域，通过计算功率谱密度等参数来描述信号的频率特征。

小波分析可以将信号分解成不同频率的子信号，从而提取出不同频率段的脉搏特征。

应用：脉搏信号处理在医学领域有着广泛的应用。

例如，通过分析脉搏信号可以评估心脏功能的健康状况，判断心脏是否存在异常。

同时，脉搏信号处理还可以用于血压监测、心律失常检测、心血管疾病诊断等方面。

此外，随着智能穿戴设备的普及，脉搏信号处理技术还可以应用于健康监测、运动训练等领域，为人们提供个性化的健康管理服务。

收稿日期：２０２２－０５－２０基金项目：上海市科委科技创新行动计划（２１Ｓ３１９０４２００，２２Ｓ３１９０３７００）；上海市大学生创新创业训练计划项目（ＳＨ２０２１０６４）引用格式：杨云龙，杨海马，赵晨阳，等．脉搏波信号预处理方法研究［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（７）：６５－７２．ＹＡＮＧＹＬ，ＹＡＮＧＨＭ，ＺＨＡＯＣＹ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭｅｔｈｏｄｏｆＷｒｉｓｔＰｕｌｓｅＳｉｇｎａｌ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（７）：６５－７２．脉搏波信号预处理方法研究杨云龙，杨海马，赵晨阳，张文婷，宋智超，石志介（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海　２０００９３）摘要：为克服脉搏波信号采集时受到的高频噪声干扰和低频噪声干扰，脉搏波信号的预处理成为心脉信号处理中的关键环节。

使用零相位滤波法处理脉搏波信号，改善传统数字滤波器直接滤波的输出失真问题；通过建立评价参数，对去除高频噪声的数字滤波器和小波阈值滤波器的滤波效果进行评价，获得最佳滤波方法；对比常用去基线漂移方法在处理脉搏波信号时的特点，获得最佳去基线漂移算法。

使用新研发的脉搏波采集手环采集多名受试者的脉搏波原始信息，将采集到的信号按上述方法去噪和去基线漂移后，实现脉搏波信号的预处理过程。

实验结果表明，采用ｓｙｍ４小波基、固定阈值、软阈值函数等小波阈值去噪方法去除高频噪声并使用三次样条插值拟合曲线去除基线漂移后，所获得的脉搏波信号平滑无毛刺，每个周期起始点和终点都在同一水平基线上，满足后续脉搏波信号的医学分析和疾病诊断需要。

关键词：脉搏波信号预处理；数字滤波器；小波阈值去噪；三次样条插值中图分类号：ＴＰ２７４；ＴＮ９１１．７２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２３）０７－００６５－０８ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２３．０１．２０５ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＭｅｔｈｏｄｏｆＷｒｉｓｔＰｕｌｓｅＳｉｇｎａｌＹＡＮＧＹｕｎｌｏｎｇ牞ＹＡＮＧＨａｉｍａ 牞ＺＨＡＯＣｈｅｎｙａｎｇ牞ＺＨＡＮＧＷｅｎｔｉｎｇ牞ＳＯＮＧＺｈｉｃｈａｏ牞ＳＨＩＺｈｉｊｉｅ牗ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｉｃａｌ ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｎｏｉｓｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｎｏｉｓｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｕｒｉｎｇｐｕｌｓｅｗａｖｅｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ牞ｔｈｅｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｗｒｉｓｔｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｂｅｃｏｍｅｓａｖｉｔａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｈｅａｒｔｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｚｅｒｏ ｐｈａｓｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｗｒｉｓｔｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｕｔｐｕｔｄｉｓ ｔｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒｄｉｒｅｃｔｆｉｌｔｅｒｉｎｇ．Ｂｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｅｖａｌｕａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ牞ｔｈｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒａｎｄｗａｖｅｌｅｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄｆｉｌｔｅｒｆｏｒｒｅｍｏｖｉｎｇｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｎｏｉｓｅａｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄ牞ａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｆｉｌｔｅ ｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗｒｉｓｔｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｓ牞ｔｈｅｍｏｓｔｓｕｉｔ ａｂｌｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｒｅｍｏｖｉｎｇｂａｓｅｌｉｎｅｗａｎｄｅｒｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎｅｗｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｒｉｓｔｐｕｌｓｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｂｒａｃｅｌｅｔｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｏｎｍａｎｙｓｕｂｊｅｃｔｓ牞ａｎｄｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｓｉｇｎａｌｉｓｄｅ ｎｏｉｓｅｄａｎｄｄｅ ｂａｓｅｌｉｎｅｄｒｉｆｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｔｈｏｄｓｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｗｒｉｓｔｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｒｉｓｔｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｉｓｓｍｏｏｔｈａｎｄｂｕｒｒ ｆｒｅｅａｆｔｅｒｔｈｅｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｎｏｉｓｅｉｓｒｅ ｍｏｖｅｄｂｙｗａｖｅｌｅｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄｄｅｎｏｉｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｓｕｃｈａｓｓｙｍ４ｗａｖｅｌｅｔｂａｓｉｓ牞ｓｑｔｗｏｌｏｇｔｈｒｅｓｈｏｌｄ牞ａｎｄｓｏｆｔｔｈｒｅｓｈ ｏｌｄｆｕｎｃｔｉｏｎ牞ａｎｄｔｈｅｂａｓｅｌｉｎｅｄｒｉｆｔｉｓｒｅｍｏｖｅｄｂｙｃｕｂｉｃｓｐｌｉｎｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅ牞ａｎｄｔｈｅｓｔａｒｔ ｐｏｉｎｔａｎｄｅｎｄ ｐｏｉｎｔｏｆｅａｃｈｃｙｃｌｅａｒｅｏｎｔｈｅｓａｍｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｂａｓｅｌｉｎｅ牞ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｍｅｄｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｉｓｅａｓｅｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｐｕｌｓｅｗａｖｅｓｉｇｎａｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｗｒｉｓｔｐｕｌｓｅｓｉｇｎａｌｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ牷ｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒ牷ｗａｖｅｌｅｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄｄｅｎｏｉｓｉｎｇ牷ｃｕｂｉｃｓｐｌｉｎｅｉｎｔｅｒｐｏｌａ ｔｉｏｎ 脉搏波诊断又称脉诊，是中医诊断的一种重要方式，同时也在韩国、印度等东方国家的医疗保健中扮演着重要的角色［１］。

安静时人体呼吸频率的测定实验报告[实验目的]:掌握人体安静时心率和动脉血压的测定方法，观察运动对心率和动脉血压的影响。

[实验原理]:（一）心率测定原理心率测定的方法有心音听诊法、指触法和心率遥测法。

心脏在活动过程中产生的心音可通过周围组织传递到胸壁，用听诊器在胸壁特定部位听诊能测量出心率，此为心率直接测量法。

在一个心动周期中，心脏的舒缩会引起动脉血管内的压力产生周期性波动，导致管壁发生搏动，并能以波的形式沿管壁向外周传播，且以心脏活动的周期一致。

故用手指触摸到的身体浅表部位动脉搏动速率，通常可以间接代表心率，此为心率的间接测量法。

心率遥测法则是根据心脏活动时的电变化而采集心率的。

心脏兴奋时的电变化传至体表，表面电极将心电信号接收后送入发射机，经接收机接收后显示。

（二）动脉血压测定原理人体动脉血压测量采用听诊法，测量部位为上臂肱动脉。

用血压计的压脉带充气，通过在动脉外加压，然后根据血管音的变化来测量血压。

通常血液在血管内流动时没有声音，但如果血液流经狭窄处形成涡流，则发出声音。

当缠于上臂的压脉带内充气后压力超过肱动脉收缩压时，肱动脉内的血流完全被阻断，此时用听诊器在其远端听不到声音。

徐徐放气，降低压脉带内的压力，当压脉带内压力低于肱动脉收缩压而高于舒张压，血液将断续流过肱动脉而产生声音，在肱动脉远端能听到动脉音。

继续放气，当压脉带内压力等于舒张压时，血流由断续流动变为连续流动，声音突然由强变弱并消失。

因此，从无声音到刚刚听见的第一个动脉音时的外加压力相当于收缩压，动脉音突然变弱时的外加压力相当于舒张压。

[实验对象]:人[实验器材]:听诊器、节拍器、POLAR心率遥测系统、秒表、755酒精棉球、血压计。

[实验内容]（一）心率测定1、安静时心率及脉搏测量受试者静坐5分钟。

采用心前区听诊法直接测量心率。

指触法测量脉搏时，通常将食指、中指和无名指放在受试者一侧手腕桡动脉搏动处。

脉搏测量时先以10秒为单位，连续测量3个10秒，其中两次相同并与另一次相差不超过1次时，即认为是相对安静状态，否则应适当休息后继续测量，直至符合要求。

综合实训报告2014 — 2015学年第1 学期实训名称：便携式人体脉搏信号检测系统设计指导教师：学院：电气工程及其自动化学院班级：姓名：学号：2014 年10 月17 日便携式人体脉搏信号检测系统设计一．综合实训的主要内容设计一种人体脉搏信号检测系统，使得系统能够采集人体脉搏信号，并对信号进行处理，分析每分钟脉搏次数及其他生理指标。

人体脉搏信号检测系统能够通过USB端口与PC机通讯，并在PC机上对采集数据进行处理，并显示每分钟脉搏跳动的次数和脉搏波形。

二．硬件方案设计HK-2000B脉搏传感器：HK-2000B集成化脉搏传感器将力敏组件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿组件、感温组件、信号调理电路集成在传感器内。

具有灵敏度高、抗干扰能力强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。

压电式原理采集信号，能够输出完整的脉搏波电压信号。

它的输出是和脉压对应的0~1.0v 脉动模拟电压信号。

AD/DA转换器PCF8951：8位AD/DA转换器。

PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。

它具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。

PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I²C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。

在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。

PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。

PCF8591的最大转化速率由I²C总线的最大速率决定。

STC89C52单片机：与51指令兼容。

通用型，有总线扩展和较强的位处理功能，其全双工异步串行通信口，所以具有串口通讯功能。

作为数据采集和传输的控制器。

RS232转USB芯片PL2303：PL2303 是Prolific 公司生产的一种高度集成的RS232-USB 接口转换器，可提供一个RS232 全双工异步串行通信装置与USB 功能接口便利联接的解决方案。