基于PXI設備和Labview的耳聲發射測量儀校準系統研究

閆穎 陳曉梅

【摘要】耳聲發射測量儀測量值的準確與否直接影響聽覺疾病的檢測和診斷。基于PXI設備和單片機開發板，搭建耳聲發射測量儀校準系統。采用NI公司的PXI-8108控制器和PXI-4461數據采集卡，利用圖形化語言Labview進行采集平臺數據處理模塊的開發，解決了目前耳聲發射儀檢測費力費時的缺點，確保耳聲發射測量儀系統的可靠性。實驗證明，設計及實現的系統可以方便，高效的校準耳聲發射測量儀。

【關鍵詞】耳聲發射測量儀;PXI;Laview

前言

耳聲發射測量儀是聲學測量中的基本儀器，廣泛應用于聽力普查中。目前對耳聲發射測量儀的檢測需要頻繁的更換檢測儀器來檢測其各個技術參數，費力費時，并且不能保證耳聲發射測量儀整個系統的可靠性。針對上述問題，本文提出基于瞬態誘發耳聲發射（TEOAE）的校準系統，搭建并設計軟硬件平臺，實現一套可靠性高，自動化度較高的系統。

1.硬件設計

根據耳聲發射測量儀的原理，總體設計方案的基本思想是模擬人耳反應系統提取耳聲發射信號特征。本文重點設計基于TEOAE的校準系統，其結構示意圖如圖1所示。

圖1 基于TEOAE的校準系統結構示意圖

1.1 NI-PXI 設備

PXI設備是整個校準系統的核心，主要分為PXI控制器和聲學采集卡兩部分。本系統采用了NI公司的PXI-8108控制器和PXI-4461數據采集卡。NI PXI-8108是一種可用于PXI和CompactPCI系統的高性能控制器。其控制器是雙核的，頻率為2.53 GHz，DDR2內存頻率為800 MHz。NI PXI-4461是24位模擬輸入/輸出數據采集模塊，同步生成和采集高精度的動態信號[1，2]。

圖2 單片機波形觸發器流程圖

1.2 單片機開發板

TEOAE信號是由短刺激（click刺激聲或短純音刺激聲）信號重復觸發產生的[3，4]，這要求生成設備具有可重復觸發輸出的功能，PXI-4461數據采集卡不能滿足此項需求。本文提出在基于單片機開發板情況下，結合PXI-4461數據采集卡共同設計波形觸發器，實現TEOAE信號的生成。設計的單片機波形觸發器主要工作流程圖如圖2所示。

單片機波形觸發器的模擬電壓波形通過SD卡存儲在設備上，或者通過USB連接到電腦上，通過上位機程序修改和下載波形。整個單片機波形觸發器系統的控制核心是Atmel公司生產的一款低價高速的8位微控制器，內置8路AD轉換和串口等常用外設的AVR系列芯片——MEGA32，用C語言對此芯片進行開發調試。其中單片機波形觸發器和上位機PXI-8108控制器之間的通信協議全部為ASCII字符形式，以H開始，Z結束。本單片機波形觸發器上帶有液晶顯示、按鍵輸入、蜂鳴器和指示燈等，方便操作。

2.軟件設計

軟件部分主要由NI公司開發的Labview編程語言[5]進行實現，其整個軟件設計如圖3所示。

圖3 校準系統軟件結構圖

本文重點研究信號采集驅動模塊及信號生成驅動模塊的軟件設計。

2.1 信號采集驅動模塊

信號采集驅動模塊主要是利用硬件4461數據采集卡對刺激信號進行采集和數據的保存。虛擬儀器中Labview采集信號的主要流程如下：

a.創建單個或多個虛擬通道，并將其添加至任務。

b.設置采樣時鐘的源、頻率、采樣模式，以及采集或生成的采樣數量，并創建所需的緩沖區。

c.使任務處于運行狀態，開始測量，將采集到的數據輸入到緩沖區。

d.讀取用戶指定任務或虛擬通道中的采樣，并對采集到的信號進行圖形顯示和EXCEL保存。

e.停止清除任務，釋放任務保留的資源。

2.2 基于單片機的信號生成模塊

信號生成驅動模塊主要是通過軟件設置使相對應的硬件設備輸出TEOAE信號。主要方法是由PXI設備生成特定的波形數據，保存到EXCEL文件中，然后經過電腦的串口通信協議把波形數據傳送到單片機的儲存卡中，當單片機接收到特定的命令后，根據需求輸出相應的波形數據。對單片機開發板的控制采用上位機和下位機之間互相的通信機制，當單片機通過串口連接到電腦后，電腦和單片機之間通過指令的發送和反饋建立通信協議，對單片機開發板進行串口檢測、狀態查詢和波形下載等一系列的控制。

3.實驗分析

為了驗證校準系統的有效性，本文對設計的校準系統進行測量對比實驗，分別用校準系統和示波器，對短純音刺激聲信號的上升時間、下降時間和持續時間這三個指標參數進行實驗對比，檢查結果是否一致。其中用校準系統和用示波器所獲取的短純音的聲信號如圖4所示。實驗結果表明，校準系統和示波器對三個波形參數的測量結果基本一致，且在允差范圍之內，證明了該校準系統校準結果的有效性。

圖4-1 示波器短純音信號獲取實驗結果

圖4-2 校準系統短純音信號獲取實驗結果

4.結論

本研究基于PXI的數據采集平臺及NI公司的Labview圖形化軟件，可以實時，準確的采集耳聲發射測量儀校準系統的數據。該系統設計方法具有硬件接口簡單，軟件編程方便，實用的特點，在實際數據采集及儀器校準方面具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]鄭對元.精通LabVIEW虛擬儀器程序設計[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2]屈爾慶.基于.LabVIEW的信號發生器的設計[J].現代電子技術，2010，33（011）：106-107.

[3]鄭玲，葉大田，楊福生等.瞬態誘發耳聲發射（TEOAE）的建模與仿真[J].中國生物醫學工程學報，2002，21（1）：45-52.

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[5]龍華偉，顧永剛.LabVIEW 8.2.1與DAQ數據采集[M].北京：清華大學出版社，2008.