0 引言

電動車報警器在設防狀態(tài)下，由外界振動而觸發(fā)報警器發(fā)出報警信號，而報警聲音的大小和頻率等參數是報警器出廠質量檢驗主要指標。傳統的電動車報警器測試方法，主要根據人耳聽覺判斷報警器性能，高分貝噪音對企業(yè)測試及生產人員的身心健康、工作質量和效率產生了較大的影響。

為了改善報警器及周邊企業(yè)環(huán)境噪聲污染，提高產品測試的自動化水平，減輕測試人員的勞動強度，設計一種基于LabVIEW和HD Audio聲卡電動車報警器測試儀。該測試儀采用隔音降噪技術、虛擬儀器技術和電腦自帶聲卡，采集報警器聲波信號，并對其進行濾波、放大和頻域分析，檢測信號最大峰值和對應頻率。通過設置報警器參數異常報警極限值，自動判別報警器性能是否合格。該測試儀采用人性化系統設計，具有測量頻帶寬、精度高、速度快、使用方便等優(yōu)點，可以廣泛應用于各種報警器生產企業(yè)的產品測試。

1 系統設計

1.1 系統組成

本系統包括隔音降噪裝置、遙控報警器、遙控器、拾音器、HD Audio聲卡、LabVIEW應用軟件和計算機等部分構成。

1.2 隔音降噪裝置[1]

聲學系統一般是由聲源、傳播途徑和接收器三環(huán)節(jié)組成。本系統噪聲源為報警器，設計要求遙控報警器發(fā)出的報警聲必須達到了110dB以上；接收器為人的耳朵，每個人的聽覺靈敏度不可改變。因此，為了在生產、測試時報警器發(fā)出噪聲不會對人們正常工作環(huán)境造成影響，采取隔聲、吸聲、消聲等措施控制噪聲傳播途徑，是降噪的最佳方案，從而可使測試環(huán)境噪聲降低到65dB以下。

隔音降噪裝置包括隔音箱體、消聲管、自動開啟裝置、振動器等部分。隔音箱體主要材料為隔音板和吸音棉，當聲波傳播到材料表面時，激發(fā)孔隙內部的空氣振動，使得空氣與材料產生摩擦作用，使聲能量得到衰減。消聲管主要由PVC塑料管、吸音棉和隔音板材料構成。除了吸音棉、隔音板有吸音效果之外，PVC管還具有隔音功能，它能將入射到其側壁和內部隔音板聲波反射出去，使透射的聲波大大減小。自動開啟裝置安裝在隔音箱蓋板上表面，采取電動或氣動方法打開合隔音箱蓋板，方便測試人員每次可同時放置8個以上報警器，放置后再自動閉合隔音箱蓋板。箱體內安裝一個振動器，模擬振動狀態(tài)，測試設防狀態(tài)時報警器工作性能。拾音器安裝在箱體側壁上部，獲取報警器實際音頻信號。

1.3 HD Audio聲卡

聲卡是實現聲波/數字信號轉換的一種硬件。本系統采用計算機自帶HD Audio聲卡作為模數轉換器，將聲波信號轉換成數字信號，它具有大帶寬數據傳輸、高精度音頻回放、支持多聲道麥克風音頻輸入、更低的CPU占用率和可以通用的底層驅動程序等特征。

2 虛擬儀器設計

2.1 數據采集程序設計

在LabVIEW的圖形與聲音/聲音/輸入中，有現成的各種子vi，例如Sound Input Configure.vi、Sound Input Read.vi和Sound Input Clear.vi，按照LabVIEW的標準對其進行連線，可以對輸入的聲音信號的采樣模式、每通道采樣數等參數進行設置。在連續(xù)采集模式下，可根據需要反復調用“讀取聲音輸入”。聲音格式設置采集速率、通道數和每采樣比特數。采樣速率通常為44100 S/s、22050 S/s、11025 S/s，默認值為22050 S/s；通道數對于多數聲卡，1為單聲道，2為立體聲；每采樣比特數分辨率通常是16比特和8比特，默認值為16。LabVIEW的聲卡模塊和聲卡采集程序框圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 LabVIEW的聲卡模塊

圖2 聲卡采集程序框圖

2.2 數據處理程序設計

2.2.1 信號濾波

LabVIEW自帶的濾波器有FIR濾波器、IIR濾波器、切比雪夫濾波器和巴特沃斯濾波器等。本設計中使用了FIR濾波器，根據報警器音頻信號特征，設置濾波器的各參數，如拓撲結構、窗函數類型、濾波器類型，截止頻率等[2]。比較濾波前后波形，濾波器能有效濾除外界干擾信號。

2.2.2 聲波信號頻譜分析

頻域分析主要是對信號進行FFT變換，通過頻譜可以方便觀察和分析信號頻率的組成。FFT是為了進一步改進DFT運算量的高效算法[3]。

2.2.3 報警模塊設計

傳統的報警器測試，測試人員主要憑靠聽覺判斷報警器是否合格，但是由于長期工作往往造成誤判。為了提高生產效率和測試的準確性，保護測試人員的身心健康，通過隔音降噪裝置將報警器實際聲強由110dB以上降到65dB以下，同時在測試界面上增設報警模塊，根據測量信號的幅值和頻率自動判別報警器質量[4]。

報警模塊可以檢測、顯示時域信號最大幅值和頻域信號最大峰值及頻率，通過與設置的報警參數上下限加以比較，當頻率過高時會顯示異常報警，當檢測到的最大幅值小于預設的報警幅值時就會顯示幅值異常報警。報警時，指示燈由綠變紅，同時蜂鳴器發(fā)出報警聲音。報警模塊程序框圖和前面板分別如圖3、圖4所示。

圖3 報警模塊程序框圖

圖4 報警模塊前面板

2.3 前面板設計

前面板主要分為數據采集前面板、數據分析前面板和參數設置面板[5]。在參數設置面板中可設置時域信號的采樣時間、放大倍數和偏移量等參數，使采集的信號波形圖顯示在最佳位置。數據采集前面板，實現時域信號的采集和濾波功能，顯示濾波后的報警器聲波信號波形；數據分析前面板將濾波后的實用波形和頻譜圖在同一界面上顯示。程序框圖如圖5所示。

圖5 數據分析程序框圖

3 結論

信號采集模塊能實時顯示采集遙控報警器聲波信號波形，可通過設置采集時長、放大倍數和等參數來改變波形相關屬性。數據分析和處理模塊，加入FIR濾波器對聲波信號進行濾波，可根據實際需要調整濾波器的類型和濾波參數；采用FFT變換算法進行頻譜分析，利用單頻測量和數組最大值的算法對于頻域信號進行處理，可以檢測最大峰值和對應頻率值。報警模塊，通過設定上下限報警值，檢測信號一旦超過閾值就進行相應的聲光報警。

基于LabVIEW和HD Audio聲卡電動車報警器測試儀，能夠快速檢測遙控報警器的音頻信號，通過時域與頻域分析，實現產品質量自動測試，提高測試效率；同時，采用自行設計的隔音降噪裝置，解決了報警器生產企業(yè)長期噪聲污染問題。該測試儀經生產實際使用，操作方便，性能穩(wěn)定可靠，具有較高的推廣應用價值。

[1] 毛東興,洪宗輝.環(huán)境噪聲控制工程[M].高等教育出版社.2011.

[2] 周楊.基于虛擬儀器技術的混合信號電路自動測試系統研究[D].吉林大學 2013.

[3] 吉淑嬌,邢笑雪.基于LabVIEW的信號分析與處理平臺開發(fā)[J]. 長春大學學報,2012,(2).

[4] Zhou C.Online virtual measurement system for numerical control machine[J].Journal of Vibration,Measurement and Diagnosis, 2011,31(2).

[5] Xuedong Jing. Evaluation of measurement uncertainties of virtual instrument[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2006,27(11).