基于LabVIEW和聲卡的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)設(shè)計

張軍 黃昆 魯玉梅 石月 楊霞

【摘 要】本文利用計算機(jī)聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，以LabVIEW 2010軟件為開發(fā)平臺，設(shè)計了一個數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，實現(xiàn)對外界聲音信號的采集、存儲、顯示、濾波、時域和頻域分析等功能。

【關(guān)鍵詞】LabVIEW；聲卡；采集；分析

中圖分類號： TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）13-0166-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.076

【Abstract】Using computer sound card as data acquisition card and LabVIEW 2010 software as development platform，a data acquisition and analysis system is designed to realize the functions of collecting，storing，displaying， filtering，time domain and frequency domain analysis of external sound signals.

【Key words】LabVIEW；Sound card；Acquisition；Analysis

0 引言

目前主流的數(shù)據(jù)卡都包含了完整的數(shù)據(jù)采集功能，但這些卡價格均比較昂貴[1]。相對而言，PC聲卡本身就是一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它同時具有A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換功能，計算機(jī)很容易對他進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和控制，不需要添加額外硬件，不僅價格低廉，而且兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用，軟件特別是驅(qū)動程序升級方便[2]。本文就是以普通個人計算機(jī)的聲卡為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以LabVIEW2010為開發(fā)平臺設(shè)計一個低成本高性能的聲音信號采集與分析系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要由麥克風(fēng)、聲卡和計算機(jī)組成。其中麥克風(fēng)用于采集聲音數(shù)據(jù)信號，將其轉(zhuǎn)換為模擬電信號；聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，將麥克風(fēng)送入的模擬電信號通過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入計算機(jī)。系統(tǒng)軟件主要利用LabVIEW 2010虛擬儀器開發(fā)平臺，通過前面板和程序框圖設(shè)計，對采集的信號進(jìn)行顯示、存儲、濾波和分析等。系統(tǒng)整體設(shè)計框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計及實現(xiàn)

LabVIEW軟件是美國NI公司研制的具有革命性的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域。LabVIEW采用強(qiáng)大的圖形語言編程，面向測試工程師而非專業(yè)程序員，編程非常方便，人機(jī)交互界面直觀友好，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點(diǎn)[3]。以LabVIEW為基礎(chǔ)的聲音信號采集分析系統(tǒng)主要完成信號的采集、顯示、存儲、時域分析和頻域分析等功能。系統(tǒng)軟件程序主要由數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊組成，每個模塊又主要分為前面板設(shè)計和程序框圖設(shè)計兩大部分。

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊前面板設(shè)計

數(shù)據(jù)采集模塊主要完成聲音信號的采集、顯示和存儲。前面板設(shè)計如圖2所示。

根據(jù)聲卡的技術(shù)參數(shù)，將聲卡設(shè)置成雙通道、44100Hz的采樣頻率、16bit的采樣精度，在此配置下通過麥克風(fēng)由MIC In輸入音頻信號，并保存為聲音文件。

2.2 數(shù)據(jù)分析模塊前面板設(shè)計

數(shù)據(jù)分析模塊主要完成對采集的聲音信號進(jìn)行濾波、時域分析和頻域分析。本系統(tǒng)采用Butterworth濾波器進(jìn)行低通濾波，采樣頻率根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，頻率的上限設(shè)為20kHz，下限設(shè)為20Hz。

（1）時域分析

LabVIEW對濾波后的聲音信號進(jìn)行時域分析，可實時顯示聲音信號的波形，并實現(xiàn)對信號的諧波分析、波峰和波谷、幅值和電平、基本平均直流-均方根值和單頻信息的測量顯示。聲音信號的時域分析前面板設(shè)計如圖3所示。

（2）頻域分析

頻域分析主要是對聲音信號進(jìn)行頻譜分析，通過傅里葉變換將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，其目的在于了解信號的頻率成份以及每種成份的強(qiáng)度大小。頻譜分析包括了對濾波后的聲音信號進(jìn)行FFT變換、幅度譜分析、相位譜分析和功率譜分析。聲音信號的頻域分析前面板設(shè)計如圖4所示。

2.3 系統(tǒng)程序框圖設(shè)計

系統(tǒng)程序框圖主要由聲音信號的采集和分析兩大部分組成。采用了while循環(huán)結(jié)構(gòu)、聲卡采集函數(shù)、濾波函數(shù)、頻譜測量函數(shù)、時域分析函數(shù)等來實現(xiàn)，如圖5所示。

3 結(jié)束語

本文采用普通個人計算機(jī)聲卡和LabVIEW 2010軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)了聲音信號的實時采集、顯示與存儲、時域分析和頻域分析。實踐表明，聲卡優(yōu)越的數(shù)據(jù)采集性能和LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集處理能力相結(jié)合，使整個采集系統(tǒng)的性價比高，人機(jī)界面交互性好，性能穩(wěn)定，完全能滿足日常數(shù)據(jù)采集和分析的基本要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳捃，黃勇勤，王永濤.基于虛擬儀器的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29（6）：122-124.

[2]張重雄，張思維.虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[3]劉蕓，孫欽利，邢俊紅.基于LabVIEW的聲卡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，14（253）.

[4]程金光，張榮福，郁浩，郭世平.基于LabVIEW的聲音數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù)，2016，02（39），94-98.