穿戴式脉搏信号检测系统的设计与算法研究

发布时间：2016-10-09 13:16

  本文关键词：穿戴式脉搏信号检测系统的设计与算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《华南理工大学》 2015年

穿戴式脉搏信号检测系统的设计与算法研究

黄旭为  

【摘要】：随着社会老龄化现象的日益严重和穿戴式智能硬件的兴起,穿戴式医疗设备已成为智能硬件的一大研究热点,其中,用于检测脉搏信号的穿戴式医疗设备也逐渐走进了百姓家。然而,市面上的许多产品存在着使用的局限性,如穿戴使用不便,不能在运动的情况下实时监测等问题。为了解决上述问题,本文提出了一种适用于穿戴式腕表的脉搏信号处理算法,该算法以基于哈尔小波的脉搏特征提取算法为主,以基于Least Mean Square(LMS)的运动降噪算法为辅。脉搏特征提取算法通过使用运算量较小的哈尔小波,以及在哈尔小波变换中使用移位运算替代除法运算的方法,降低了对MCU处理器运算能力和系统资源的要求,而运动降噪算法以三轴加速度数据作为参考噪声源和运动信号,根据运动状态判断是否需要预先对脉搏信号进行基于LMS的运动降噪预处理,从而滤除脉搏信号中的运动伪迹,否则,直接采用基于哈尔小波的脉搏特征提取算法去除工频噪声、基线漂移、高频噪声等干扰,找出模极值对,并计算脉搏心率。基于上述算法,本文自主设计了一款可以在静止和运动条件下实时进行脉搏心率检测的低功耗、低成本穿戴式腕表。该腕表采用反射式光电容积检测法检测脉搏信号,脉搏信号经过互阻放大、二级放大和二阶切比雪夫低通滤波器等调理电路调理后,经AD模数转换输入到MCU数据处理模块进行数字信号处理,最后将处理结果通过蓝牙BLE4.0传输给终端。系统调理电路采用占空比25%的窄脉冲PWM脉宽调制方式控制两路发光二极管,测量功耗降至2.5mW,提高了续航能力。经测试验证,基于哈尔小波的脉搏特征提取算法在PhysioNet数据库上验证的准确率达到99.18%,与市面上成熟的心率带产品相比平均测量偏差约为5%,而基于LMS自适应滤波的运动降噪算法能使SNR低至-7dB的脉搏信号有效降噪,降噪后可进一步用脉搏特征提取算法得到心率。

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R197.39;TN911.23
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 高清维,李海鹰,庄镇泉,王涛;基于平稳小波变换的心电信号噪声消除方法[J];电子学报;2003年02期

2 唐铭一;李凯;马小铁;;脉搏波信号时域特征提取与算法的研究[J];计算机与现代化;2010年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 许瑞庆;脉搏检测系统设计及其信号处理算法研究[D];南京信息工程大学;2008年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 范宝林,彭屹;小波变换用于心电信号消噪及QRS波检测的研究进展[J];北京生物医学工程;2005年02期

2 刘文涛;宋文爱;;信号消噪的小波处理方法研究[J];弹箭与制导学报;2008年02期

3 杨明;范澍;韩学山;LEE Wei-Jen;;基于分量稀疏贝叶斯学习的风电场输出功率概率预测方法[J];电力系统自动化;2012年14期

4 全玉生;李静一;马彦伟;何秋宇;刘世欣;;基于小波变换与自适应滤波的Gibbs现象消除手段[J];电网技术;2006年14期

5 赵云峰;蒋万秋;王亮;;基于DSP的温湿度信号处理系统[J];电子工程师;2007年01期

6 杨向林;严洪;许志;任兆瑞;宋晋忠;姚宇华;李延军;;基于Hilbert-Huang变换的ECG消噪[J];电子学报;2011年04期

7 游贵荣;叶学义;;基于平稳小波变换的铯谱和ECG信号的去噪方法[J];福建电脑;2006年05期

8 洪岩;杨敏;陈雁;;人体生理指标与服装微气候监测系统研发[J];纺织学报;2013年01期

9 梁建武;曾香伟;;基于二阶导数脉搏波极值点识别的算法[J];电脑知识与技术;2013年16期

10 张泉;辛迈;谢鹏燕;冯天保;张翼;;基于腐蚀法的脉搏信号分析研究[J];工业仪表与自动化装置;2013年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 徐艳如;杨学智;李海燕;朱庆文;牛欣;;便携式四诊合参仪PWV、踝臂指数的测量功能[A];全国第十一次中医诊断学术年会论文集[C];2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张霞;基于嵌入式系统的脉搏信号检测与处理[D];兰州理工大学;2011年

2 周伟斌;脉搏波信息检测及分析方法研究[D];重庆理工大学;2011年

3 徐晶晶;嵌入芯片式人体脉搏监测服装的研究[D];武汉纺织大学;2012年

4 黎玉香;脉搏信号自动监测系统的定位及算法研究[D];华南理工大学;2011年

5 邹辉林;脉搏信号远程自动监测器系统原型研究[D];华南理工大学;2011年

6 陈丹;基于MSP430的人体信号检测及报警系统[D];电子科技大学;2011年

7 唐铭一;脉搏信号数据分析与管理的研究[D];北京服装学院;2010年

8 齐淑敏;脉搏信号时频特征提取方法研究及信息处理系统设计[D];山东建筑大学;2010年

9 高明星;基于嵌入式睡眠监测平台的研究[D];陕西科技大学;2012年

10 黄庆军;人体脉搏波特征点识别问题的分析与研究[D];天津理工大学;2012年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗志昌,程桂馨,吴峥嵘,费开明,丛克家;人体脉搏波波形参数与生理参数间关系的理论和实验研究[J];北京工业大学学报;1988年02期

2 罗志昌，张松，杨文鸣，杨子彬;脉搏波波形特征信息的研究[J];北京工业大学学报;1996年01期

3 唐富华,郭银景,杨阳,康景利;基于小波变换模极大的脉象信号研究[J];北京理工大学学报;2005年06期

4 张丽琼,李研,张孝杰;利用小波包提取脉象信号特征的方法[J];北京生物医学工程;2005年03期

5 赵治栋,唐向宏,赵知劲,潘敏,陈裕泉;基于Hilbert-Huang Transform的心音信号谱分析[J];传感技术学报;2005年01期

6 吴丹;徐效文;王磊;金星亮;;穿戴式动态睡眠呼吸监测系统的设计[J];传感技术学报;2010年03期

7 龚渝顺;吴宝明;高丹丹;闫庆广;冯正权;;一种抗干扰穿戴式血氧饱和度监测仪的研制[J];传感技术学报;2012年01期

8 蔡轶珩,沈兰荪,黄祥林;脉象分析仪的研究进展[J];电子测量与仪器学报;2002年04期

9 谢家宇,蔡坤宝,王永东;连续小波变换在中医脉象信号处理中的应用[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年01期

10 谭善文,秦树人,汤宝平;Hilbert-Huang变换的滤波特性及其应用[J];重庆大学学报(自然科学版);2004年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 李必胜;心血管血流动力学专家诊断系统的研究[D];北京工业大学;2001年

2 高遵伯;基于DSP的脉搏血氧饱和度测量仪的研制[D];国防科学技术大学;2002年

3 李国栋;智能化脉象采集与象谱分析系统研究[D];黑龙江大学;2002年

4 王国力;智能化脉搏信号测试系统研究[D];山东大学;2005年

5 王小宇;基于Hilbert-Huang变换和支持向量机的水轮发电机组状态监测与故障诊断方法研究[D];西安理工大学;2007年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 甘以明;丁辛;杨旭东;周宏;;嵌入式压力传感器的偏置对脉搏信号的影响[J];东华大学学报(自然科学版);2008年06期

2 童英华;陈学煌;冯忠岭;;心音、脉搏信号采集、调理电路的设计[J];现代电子技术;2011年08期

3 王炳和;董彦武;吴胜举;杨颙;相敬林;张效民;王海燕;;人体脉搏信号的功率倒谱与倒滤波谱分析[J];科学通报;1993年22期

4 于立萍;宋立新;;脉搏信号无线采集装置[J];哈尔滨理工大学学报;2013年06期

5 曹佃国;王鹏;;小波包-能量谱在提取脉搏信号特征中的应用[J];电子技术;2010年01期

6 张泉;辛迈;谢鹏燕;冯天保;张翼;;基于腐蚀法的脉搏信号分析研究[J];工业仪表与自动化装置;2013年05期

7 王静;徐斌;郁冬炎;;基于嵌入式技术的脉搏信号测试系统[J];计算机与现代化;2011年05期

8 付宜利;赵建敏;高文朋;;基于心电脉搏信号的实时动态血管建模方法[J];机械与电子;2012年09期

9 郑争兵;;脉搏信号检测仪的设计与实现[J];自动化仪表;2012年11期

10 任亚莉;张爱华;孔令杰;;脉搏信号和主成分分析在亚健康状态识别中的应用[J];计算机应用与软件;2013年03期

中国重要会议论文全文数据库 前7条

1 熊运霞;苗德华;邓三鹏;;用于人体疲劳状态检测的脉搏信号监测系统的设计[A];2009全国虚拟仪器大会论文集（二）[C];2009年

2 张爱华;蔡海燕;;VDT作业过程中脉搏信号的动态分析[A];中国生物医学工程学会成立30周年纪念大会暨2010中国生物医学工程学会学术大会报告论文[C];2010年

3 韩清鹏;;应用小波变换的脉搏信号去噪处理与特征点提取[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年

4 杨风健;;基于LabVIEW的脉搏信号检测与分析系统[A];2010振动与噪声测试峰会论文集[C];2010年

5 王炳和;张建伟;相敬林;;基于小波变换的人体脉搏信号时-频分布与心脏功能检测[A];第九届全国信号处理学术年会（CCSP-99）论文集[C];1999年

6 于璐;沙宪政;;Labview和Matlab平台下的脉搏信号分析[A];中国生物医学工程学会成立30周年纪念大会暨2010中国生物医学工程学会学术大会报告论文[C];2010年

7 杨玉芳;熊继平;谭黎;;基于单片机的光电脉搏检测系统[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王鹏;脉搏信号获取与分析的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

2 刘磊;基于多普勒超声信号的脉象分析与分类研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 韩清鹏;脉搏信号的非线性分析及其不同情绪和环境的影响研究[D];浙江大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孙霞;人体脉搏信号的采集与分析[D];哈尔滨理工大学;2009年

2 唐铭一;脉搏信号数据分析与管理的研究[D];北京服装学院;2010年

3 王国力;智能化脉搏信号测试系统研究[D];山东大学;2005年

4 焦洋;指端脉搏信号测试系统研究[D];长春理工大学;2007年

5 苏日娜;情绪与脉搏信号之间关系的研究[D];东北林业大学;2009年

6 王家庆;脉搏信号处理方法研究与脉搏测量系统设计[D];北京工业大学;2006年

7 黎玉香;脉搏信号自动监测系统的定位及算法研究[D];华南理工大学;2011年

8 甘以明;穿戴式压力传感器对脉搏信号的实时测量[D];东华大学;2008年

9 李颉思;基于脉搏信号的测量与体外反搏系统的设计[D];江西理工大学;2007年

10 齐淑敏;脉搏信号时频特征提取方法研究及信息处理系统设计[D];山东建筑大学;2010年

  本文关键词：穿戴式脉搏信号检测系统的设计与算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：134849