基于PXI設(shè)備和Labview的耳聲發(fā)射測量儀校準系統(tǒng)研究

閆穎 陳曉梅

【摘要】耳聲發(fā)射測量儀測量值的準確與否直接影響聽覺疾病的檢測和診斷?；赑XI設(shè)備和單片機開發(fā)板，搭建耳聲發(fā)射測量儀校準系統(tǒng)。采用NI公司的PXI-8108控制器和PXI-4461數(shù)據(jù)采集卡，利用圖形化語言Labview進行采集平臺數(shù)據(jù)處理模塊的開發(fā)，解決了目前耳聲發(fā)射儀檢測費力費時的缺點，確保耳聲發(fā)射測量儀系統(tǒng)的可靠性。實驗證明，設(shè)計及實現(xiàn)的系統(tǒng)可以方便，高效的校準耳聲發(fā)射測量儀。

【關(guān)鍵詞】耳聲發(fā)射測量儀;PXI;Laview

前言

耳聲發(fā)射測量儀是聲學測量中的基本儀器，廣泛應用于聽力普查中。目前對耳聲發(fā)射測量儀的檢測需要頻繁的更換檢測儀器來檢測其各個技術(shù)參數(shù)，費力費時，并且不能保證耳聲發(fā)射測量儀整個系統(tǒng)的可靠性。針對上述問題，本文提出基于瞬態(tài)誘發(fā)耳聲發(fā)射（TEOAE）的校準系統(tǒng)，搭建并設(shè)計軟硬件平臺，實現(xiàn)一套可靠性高，自動化度較高的系統(tǒng)。

1.硬件設(shè)計

根據(jù)耳聲發(fā)射測量儀的原理，總體設(shè)計方案的基本思想是模擬人耳反應系統(tǒng)提取耳聲發(fā)射信號特征。本文重點設(shè)計基于TEOAE的校準系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 基于TEOAE的校準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 NI-PXI 設(shè)備

PXI設(shè)備是整個校準系統(tǒng)的核心，主要分為PXI控制器和聲學采集卡兩部分。本系統(tǒng)采用了NI公司的PXI-8108控制器和PXI-4461數(shù)據(jù)采集卡。NI PXI-8108是一種可用于PXI和CompactPCI系統(tǒng)的高性能控制器。其控制器是雙核的，頻率為2.53 GHz，DDR2內(nèi)存頻率為800 MHz。NI PXI-4461是24位模擬輸入/輸出數(shù)據(jù)采集模塊，同步生成和采集高精度的動態(tài)信號[1，2]。

圖2 單片機波形觸發(fā)器流程圖

1.2 單片機開發(fā)板

TEOAE信號是由短刺激（click刺激聲或短純音刺激聲）信號重復觸發(fā)產(chǎn)生的[3，4]，這要求生成設(shè)備具有可重復觸發(fā)輸出的功能，PXI-4461數(shù)據(jù)采集卡不能滿足此項需求。本文提出在基于單片機開發(fā)板情況下，結(jié)合PXI-4461數(shù)據(jù)采集卡共同設(shè)計波形觸發(fā)器，實現(xiàn)TEOAE信號的生成。設(shè)計的單片機波形觸發(fā)器主要工作流程圖如圖2所示。

單片機波形觸發(fā)器的模擬電壓波形通過SD卡存儲在設(shè)備上，或者通過USB連接到電腦上，通過上位機程序修改和下載波形。整個單片機波形觸發(fā)器系統(tǒng)的控制核心是Atmel公司生產(chǎn)的一款低價高速的8位微控制器，內(nèi)置8路AD轉(zhuǎn)換和串口等常用外設(shè)的AVR系列芯片——MEGA32，用C語言對此芯片進行開發(fā)調(diào)試。其中單片機波形觸發(fā)器和上位機PXI-8108控制器之間的通信協(xié)議全部為ASCII字符形式，以H開始，Z結(jié)束。本單片機波形觸發(fā)器上帶有液晶顯示、按鍵輸入、蜂鳴器和指示燈等，方便操作。

2.軟件設(shè)計

軟件部分主要由NI公司開發(fā)的Labview編程語言[5]進行實現(xiàn)，其整個軟件設(shè)計如圖3所示。

圖3 校準系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

本文重點研究信號采集驅(qū)動模塊及信號生成驅(qū)動模塊的軟件設(shè)計。

2.1 信號采集驅(qū)動模塊

信號采集驅(qū)動模塊主要是利用硬件4461數(shù)據(jù)采集卡對刺激信號進行采集和數(shù)據(jù)的保存。虛擬儀器中Labview采集信號的主要流程如下：

a.創(chuàng)建單個或多個虛擬通道，并將其添加至任務。

b.設(shè)置采樣時鐘的源、頻率、采樣模式，以及采集或生成的采樣數(shù)量，并創(chuàng)建所需的緩沖區(qū)。

c.使任務處于運行狀態(tài)，開始測量，將采集到的數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū)。

d.讀取用戶指定任務或虛擬通道中的采樣，并對采集到的信號進行圖形顯示和EXCEL保存。

e.停止清除任務，釋放任務保留的資源。

2.2 基于單片機的信號生成模塊

信號生成驅(qū)動模塊主要是通過軟件設(shè)置使相對應的硬件設(shè)備輸出TEOAE信號。主要方法是由PXI設(shè)備生成特定的波形數(shù)據(jù)，保存到EXCEL文件中，然后經(jīng)過電腦的串口通信協(xié)議把波形數(shù)據(jù)傳送到單片機的儲存卡中，當單片機接收到特定的命令后，根據(jù)需求輸出相應的波形數(shù)據(jù)。對單片機開發(fā)板的控制采用上位機和下位機之間互相的通信機制，當單片機通過串口連接到電腦后，電腦和單片機之間通過指令的發(fā)送和反饋建立通信協(xié)議，對單片機開發(fā)板進行串口檢測、狀態(tài)查詢和波形下載等一系列的控制。

3.實驗分析

為了驗證校準系統(tǒng)的有效性，本文對設(shè)計的校準系統(tǒng)進行測量對比實驗，分別用校準系統(tǒng)和示波器，對短純音刺激聲信號的上升時間、下降時間和持續(xù)時間這三個指標參數(shù)進行實驗對比，檢查結(jié)果是否一致。其中用校準系統(tǒng)和用示波器所獲取的短純音的聲信號如圖4所示。實驗結(jié)果表明，校準系統(tǒng)和示波器對三個波形參數(shù)的測量結(jié)果基本一致，且在允差范圍之內(nèi)，證明了該校準系統(tǒng)校準結(jié)果的有效性。

圖4-1 示波器短純音信號獲取實驗結(jié)果

圖4-2 校準系統(tǒng)短純音信號獲取實驗結(jié)果

4.結(jié)論

本研究基于PXI的數(shù)據(jù)采集平臺及NI公司的Labview圖形化軟件，可以實時，準確的采集耳聲發(fā)射測量儀校準系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)設(shè)計方法具有硬件接口簡單，軟件編程方便，實用的特點，在實際數(shù)據(jù)采集及儀器校準方面具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]鄭對元.精通LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2012.

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[3]鄭玲，葉大田，楊福生等.瞬態(tài)誘發(fā)耳聲發(fā)射（TEOAE）的建模與仿真[J].中國生物醫(yī)學工程學報，2002，21（1）：45-52.

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