閆穎 陳曉梅

【摘要】耳聲發(fā)射測量儀測量值的準(zhǔn)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(jī)開發(fā)板，搭建耳聲發(fā)射測量儀校準(zhǔn)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(jìn)行采集平臺(tái)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(fèi)力費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，確保耳聲發(fā)射測量儀系統(tǒng)的可靠性。實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)可以方便，高效的校準(zhǔn)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(xué)測量中的基本儀器，廣泛應(yīng)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(gè)技術(shù)參數(shù)，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，并且不能保證耳聲發(fā)射測量儀整個(gè)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(zhǔn)系統(tǒng)，搭建并設(shè)計(jì)軟硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一套可靠性高，自動(dòng)化度較高的系統(tǒng)。

1.硬件設(shè)計(jì)

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

圖1 基于TEOAE的校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 NI-PXI 設(shè)備

PXI設(shè)備是整個(gè)校準(zhǔn)系統(tǒng)的核心，主要分為PXI控制器和聲學(xué)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(dòng)態(tài)信號(hào)[1，2]。

圖2 單片機(jī)波形觸發(fā)器流程圖

1.2 單片機(jī)開發(fā)板

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

單片機(jī)波形觸發(fā)器的模擬電壓波形通過SD卡存儲(chǔ)在設(shè)備上，或者通過USB連接到電腦上，通過上位機(jī)程序修改和下載波形。整個(gè)單片機(jī)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(jià)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(jìn)行開發(fā)調(diào)試。其中單片機(jī)波形觸發(fā)器和上位機(jī)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(jī)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(jì)

軟件部分主要由NI公司開發(fā)的Labview編程語言[5]進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其整個(gè)軟件設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

本文重點(diǎn)研究信號(hào)采集驅(qū)動(dòng)模塊及信號(hào)生成驅(qū)動(dòng)模塊的軟件設(shè)計(jì)。

2.1 信號(hào)采集驅(qū)動(dòng)模塊

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

a.創(chuàng)建單個(gè)或多個(gè)虛擬通道，并將其添加至任務(wù)。

b.設(shè)置采樣時(shí)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(wù)處于運(yùn)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(wù)或虛擬通道中的采樣，并對采集到的信號(hào)進(jìn)行圖形顯示和EXCEL保存。

e.停止清除任務(wù)，釋放任務(wù)保留的資源。

2.2 基于單片機(jī)的信號(hào)生成模塊

信號(hào)生成驅(qū)動(dòng)模塊主要是通過軟件設(shè)置使相對應(yīng)的硬件設(shè)備輸出TEOAE信號(hào)。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(jī)的儲(chǔ)存卡中，當(dāng)單片機(jī)接收到特定的命令后，根據(jù)需求輸出相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)。對單片機(jī)開發(fā)板的控制采用上位機(jī)和下位機(jī)之間互相的通信機(jī)制，當(dāng)單片機(jī)通過串口連接到電腦后，電腦和單片機(jī)之間通過指令的發(fā)送和反饋建立通信協(xié)議，對單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行串口檢測、狀態(tài)查詢和波形下載等一系列的控制。

3.實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證校準(zhǔn)系統(tǒng)的有效性，本文對設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行測量對比實(shí)驗(yàn)，分別用校準(zhǔn)系統(tǒng)和示波器，對短純音刺激聲信號(hào)的上升時(shí)間、下降時(shí)間和持續(xù)時(shí)間這三個(gè)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比，檢查結(jié)果是否一致。其中用校準(zhǔn)系統(tǒng)和用示波器所獲取的短純音的聲信號(hào)如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，校準(zhǔn)系統(tǒng)和示波器對三個(gè)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(zhǔn)系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果的有效性。

圖4-1 示波器短純音信號(hào)獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4-2 校準(zhǔn)系統(tǒng)短純音信號(hào)獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.結(jié)論

本研究基于PXI的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)及NI公司的Labview圖形化軟件，可以實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確的采集耳聲發(fā)射測量儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有硬件接口簡單，軟件編程方便，實(shí)用的特點(diǎn)，在實(shí)際數(shù)據(jù)采集及儀器校準(zhǔn)方面具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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