基于LabVIEW和声卡的数据采集分析系统设计

2018-09-12张军黄昆鲁玉梅石月杨霞

科技视界 2018年13期

关键词：采集声卡分析

张军黄昆鲁玉梅石月杨霞

【摘要】本文利用计算机声卡作为数据采集卡，以LabVIEW 2010软件为开发平台，设计了一个数据采集分析系统，实现对外界声音信号的采集、存储、显示、滤波、时域和频域分析等功能。

【关键词】LabVIEW；声卡；采集；分析

中图分类号： TP274.2 文献标识码： A 文章编号： 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

目前主流的数据卡都包含了完整的数据采集功能，但这些卡价格均比较昂贵[1]。相对而言，PC声卡本身就是一个优秀的数据采集系统，它同时具有A/D转换和D/A转换功能，计算机很容易對他进行参数设置和控制，不需要添加额外硬件，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用，软件特别是驱动程序升级方便[2]。本文就是以普通个人计算机的声卡为数据采集设备，以LabVIEW2010为开发平台设计一个低成本高性能的声音信号采集与分析系统。

1 系统整体设计

系统硬件主要由麦克风、声卡和计算机组成。其中麦克风用于采集声音数据信号，将其转换为模拟电信号；声卡作为数据采集卡，将麦克风送入的模拟电信号通过A/D转换，转换为数字信号送入计算机。系统软件主要利用LabVIEW 2010虚拟仪器开发平台，通过前面板和程序框图设计，对采集的信号进行显示、存储、滤波和分析等。系统整体设计框图如图1所示。

2 系统软件程序设计及实现

LabVIEW软件是美国NI公司研制的具有革命性的虚拟仪器开发环境，主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域。LabVIEW采用强大的图形语言编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点[3]。以LabVIEW为基础的声音信号采集分析系统主要完成信号的采集、显示、存储、时域分析和频域分析等功能。系统软件程序主要由数据采集模块和数据分析模块组成，每个模块又主要分为前面板设计和程序框图设计两大部分。

2.1 数据采集模块前面板设计

数据采集模块主要完成声音信号的采集、显示和存储。前面板设计如图2所示。

根据声卡的技术参数，将声卡设置成双通道、44100Hz的采样频率、16bit的采样精度，在此配置下通过麦克风由MIC In输入音频信号，并保存为声音文件。

2.2 数据分析模块前面板设计

数据分析模块主要完成对采集的声音信号进行滤波、时域分析和频域分析。本系统采用Butterworth滤波器进行低通滤波，采样频率根据需要进行设定，频率的上限设为20kHz，下限设为20Hz。

（1）时域分析

LabVIEW对滤波后的声音信号进行时域分析，可实时显示声音信号的波形，并实现对信号的谐波分析、波峰和波谷、幅值和电平、基本平均直流-均方根值和单频信息的测量显示。声音信号的时域分析前面板设计如图3所示。

（2）频域分析

频域分析主要是对声音信号进行频谱分析，通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，其目的在于了解信号的频率成份以及每种成份的强度大小。频谱分析包括了对滤波后的声音信号进行FFT变换、幅度谱分析、相位谱分析和功率谱分析。声音信号的频域分析前面板设计如图4所示。

2.3 系统程序框图设计

系统程序框图主要由声音信号的采集和分析两大部分组成。采用了while循环结构、声卡采集函数、滤波函数、频谱测量函数、时域分析函数等来实现，如图5所示。

3 结束语