賈峰 郭勇 董翰川 蔚俊剛

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子信息工程研究室，四川，成都 610059

基于LabVIEW的噪聲采集器設(shè)計(jì)

賈峰 郭勇 董翰川 蔚俊剛

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子信息工程研究室，四川，成都 610059

LabVIEW；噪聲采集；聲卡

LabVIEW是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境，被視為數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它提供很多外觀和實(shí)際儀器十分相似的控件，可用來創(chuàng)建友好的用戶界面，軟件代碼用的是圖形化代碼即G（Graphic）語言。軟件盡可能地利用科學(xué)家和工程技術(shù)人員所熟悉的專業(yè)術(shù)語和圖表編寫程序，使用LabVIEW大大縮減了程序編寫時(shí)間，提高了開發(fā)效率[1]。

1 虛擬儀器

虛擬儀器，是模擬現(xiàn)實(shí)世界中的儀器，功能類似于傳統(tǒng)儀器。虛擬儀器也一個(gè)按照儀器需求組織起來的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[3]，包含數(shù)字信號(hào)的處理和數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示：

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該設(shè)計(jì)即是一個(gè)簡單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以噪聲為采集信號(hào)，以聲卡為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過頻譜測量對(duì)采集的噪聲信號(hào)進(jìn)行相位譜分析和功率譜分析，以LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)噪聲采集器的設(shè)計(jì)。

2 硬件部分

該系統(tǒng)的硬件采用計(jì)算機(jī)的聲卡作為采集設(shè)備，噪聲信號(hào)通過聲卡的麥克口傳送到聲卡，再由LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理[5]。若環(huán)境噪聲信號(hào)幅值過大，需要加一信號(hào)衰減器，將信號(hào)幅值降低到聲卡所能接受的范圍內(nèi)。由于此設(shè)計(jì)為簡單噪音的采集，一般情況下噪聲信號(hào)不會(huì)超過聲卡的最大負(fù)荷，故采用普通聲卡作為采集設(shè)備即可。

圖2 軟件設(shè)計(jì)總框圖[6]

3 采集器軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體設(shè)計(jì)框圖，見圖2。

3.2 軟件成果

軟件成果如圖3所示。

采集器前面板包括四大部分：五個(gè)按鍵、采集參數(shù)設(shè)置、回放參數(shù)設(shè)置和采集波形、分析波形、回放波形顯示。五個(gè)按鍵分別是開始采集、停止采集、回放、停止回放和退出系統(tǒng)。采集參數(shù)設(shè)子包括采樣率、每通道采樣數(shù)、采集時(shí)長等?；胤艆?shù)設(shè)置部分包括音量大小設(shè)置、回放進(jìn)度、是否正在回放指示燈等。波形部分顯示采集的波形、回放的波形和數(shù)據(jù)分析的波形。

印度旅行商協(xié)會(huì)成立于1951年，擁有2500多家會(huì)員，是印度規(guī)模最大、歷史最悠久的旅游協(xié)會(huì)，與印度旅游部等政府部門合作關(guān)系密切。此前，協(xié)會(huì)曾在英國倫敦、阿聯(lián)酋阿布扎比、印尼巴厘島、泰國普吉島、土耳其伊斯坦布爾等全球著名旅游目的地舉辦年會(huì)，取得良好反響。

圖3 系統(tǒng)用戶界面

下面對(duì)軟件的開發(fā)過程加以詳細(xì)說明。

3.3 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理部分

聲音的采集部分程序如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集程序框圖

Sound Input Configure.vi配置聲音輸入設(shè)備，采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送到緩存，這里每通道采樣數(shù)設(shè)為10k，采樣率設(shè)為22050，通道數(shù)2，每采樣比特?cái)?shù)16。Sound Input Start.vi開始從設(shè)備上采集數(shù)據(jù)。Sound Input Read.vi放置于While循環(huán)內(nèi)，以便從聲音輸入設(shè)備連續(xù)讀取數(shù)據(jù)并通過波形控件顯示出來，這里每通道采樣數(shù)也設(shè)為10k。Sound Input Stop.vi停止從輸入設(shè)備采集數(shù)據(jù)。Sound Input Clear.vi清空緩存，將任務(wù)返回至默認(rèn)的默認(rèn)的未配置狀態(tài)，并釋放與任務(wù)相關(guān)的資源。此外，還調(diào)用了兩個(gè)Get Time/Date in Seconds. vi，分別放置于While循環(huán)外面和里面，完成采集數(shù)據(jù)時(shí)長。

數(shù)據(jù)處理部分則使用頻譜測量快速函數(shù)，分別配置為功率譜測量和幅值測量，相位部分選擇了相位展開和轉(zhuǎn)換為度選項(xiàng)。兩個(gè)波形圖顯示功率譜和相位譜信息。

3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分程序如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序框圖

對(duì)采集的聲音數(shù)據(jù)采用.wav格式寫入保存。文件對(duì)話框函數(shù)用于顯示對(duì)話框來確定文件路徑或目錄。Sound File Write Open.vi打開一個(gè)用于讀取的.wav格式的文件，或創(chuàng)建一個(gè)新的.wav格式文件，手動(dòng)選擇多態(tài)vi實(shí)例為“寫入”。Sound File Write.vi置于While循環(huán)內(nèi)將來自波形或波形數(shù)組的數(shù)據(jù)連續(xù)寫入到.wav文件。另外，在循環(huán)寫入.wav文件過程中為了數(shù)據(jù)的覆蓋，要將文件引用句柄設(shè)置在上次寫入的末尾，這里將Sound File Write Open. vi的文件引用句柄在循環(huán)結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)設(shè)置為移位寄存器。Sound File Close.vi關(guān)閉一個(gè).wav文件。

3.5 數(shù)據(jù)回放

將采集的聲音數(shù)據(jù)保存在.wav文件中后，可以實(shí)現(xiàn)聲音信息的回放。數(shù)據(jù)回放程序框圖如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)回放程序框圖

數(shù)據(jù)回放部分既顯示存儲(chǔ)的聲音波形，又播放采集的聲音。文件對(duì)話框函數(shù)顯示對(duì)話框確定需要回放的波形文件。Sound File Info.vi獲取聲音文件的信息，如文件存放路徑、采樣總數(shù)、聲音格式。Sound File Read Open.vi打開一個(gè)用于讀取的聲音文件，手動(dòng)選擇多態(tài)實(shí)例為“讀取”。Sound Output Configure.vi配置生成數(shù)據(jù)的聲音輸出設(shè)備。Sound File Read.vi讀取.wav格式的聲音文件，以波形方式顯示出來。Sound Output Set Volume.vi設(shè)置聲音的輸出音量。Sound Output Write.vi將聲音寫入到輸出設(shè)備。通過時(shí)間差和系統(tǒng)進(jìn)度條顯示回放進(jìn)度。

4 結(jié)語

該設(shè)計(jì)介紹了噪聲采集器的設(shè)計(jì)，借助LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行波形顯示、存儲(chǔ)及回放，數(shù)據(jù)以.wav格式存儲(chǔ)。圖3為實(shí)地噪聲采集的效果，該采集器對(duì)人類生存環(huán)境噪聲的采集提供一定的依據(jù)[4]。

[1]Jeffrey Travis, Jim Kring. LabVIEWf or Everyone GraphicaPl rogramminMg ade Easy and Fun Third Edition[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]董翰川，郭勇，李文杰. LabVIEW串口通信在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011，12(23):63.

[3]阮奇楨.我和LabVIEW—一個(gè)NI工程師的十年編程經(jīng)驗(yàn)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[4]朱紅林. 基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計(jì)[J]. 電子工程師，2006，32（11），17-19.

[5]徐曉東. LabVIEW8.5常用功能與編程實(shí)例精講[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[6]賈峰，郭勇，董翰川.基于LabVIEW的虛擬錄音機(jī)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2012（1）：11-12.

TP311

A

賈峰(1983--)，男，碩士，通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，研究方向：移動(dòng)通信技術(shù)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.12.079