基于LabVIEW和聲卡的數據采集分析系統設計

張軍 黃昆 魯玉梅 石月 楊霞

【摘 要】本文利用計算機聲卡作為數據采集卡，以LabVIEW 2010軟件為開發平臺，設計了一個數據采集分析系統，實現對外界聲音信號的采集、存儲、顯示、濾波、時域和頻域分析等功能。

【關鍵詞】LabVIEW；聲卡；采集；分析

中圖分類號： TP274.2 文獻標識碼： A 文章編號： 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

目前主流的數據卡都包含了完整的數據采集功能，但這些卡價格均比較昂貴[1]。相對而言，PC聲卡本身就是一個優秀的數據采集系統，它同時具有A/D轉換和D/A轉換功能，計算機很容易對他進行參數設置和控制，不需要添加額外硬件，不僅價格低廉，而且兼容性好、性能穩定、靈活通用，軟件特別是驅動程序升級方便[2]。本文就是以普通個人計算機的聲卡為數據采集設備，以LabVIEW2010為開發平臺設計一個低成本高性能的聲音信號采集與分析系統。

1 系統整體設計

系統硬件主要由麥克風、聲卡和計算機組成。其中麥克風用于采集聲音數據信號，將其轉換為模擬電信號；聲卡作為數據采集卡，將麥克風送入的模擬電信號通過A/D轉換，轉換為數字信號送入計算機。系統軟件主要利用LabVIEW 2010虛擬儀器開發平臺，通過前面板和程序框圖設計，對采集的信號進行顯示、存儲、濾波和分析等。系統整體設計框圖如圖1所示。

2 系統軟件程序設計及實現

LabVIEW軟件是美國NI公司研制的具有革命性的虛擬儀器開發環境，主要應用于儀器控制、數據采集、數據分析、數據顯示等領域。LabVIEW采用強大的圖形語言編程，面向測試工程師而非專業程序員，編程非常方便，人機交互界面直觀友好，具有強大的數據可視化分析和儀器控制能力等特點[3]。以LabVIEW為基礎的聲音信號采集分析系統主要完成信號的采集、顯示、存儲、時域分析和頻域分析等功能。系統軟件程序主要由數據采集模塊和數據分析模塊組成，每個模塊又主要分為前面板設計和程序框圖設計兩大部分。

2.1 數據采集模塊前面板設計

數據采集模塊主要完成聲音信號的采集、顯示和存儲。前面板設計如圖2所示。

根據聲卡的技術參數，將聲卡設置成雙通道、44100Hz的采樣頻率、16bit的采樣精度，在此配置下通過麥克風由MIC In輸入音頻信號，并保存為聲音文件。

2.2 數據分析模塊前面板設計

數據分析模塊主要完成對采集的聲音信號進行濾波、時域分析和頻域分析。本系統采用Butterworth濾波器進行低通濾波，采樣頻率根據需要進行設定，頻率的上限設為20kHz，下限設為20Hz。

（1）時域分析

LabVIEW對濾波后的聲音信號進行時域分析，可實時顯示聲音信號的波形，并實現對信號的諧波分析、波峰和波谷、幅值和電平、基本平均直流-均方根值和單頻信息的測量顯示。聲音信號的時域分析前面板設計如圖3所示。

（2）頻域分析

頻域分析主要是對聲音信號進行頻譜分析，通過傅里葉變換將時域信號轉換為頻域信號，其目的在于了解信號的頻率成份以及每種成份的強度大小。頻譜分析包括了對濾波后的聲音信號進行FFT變換、幅度譜分析、相位譜分析和功率譜分析。聲音信號的頻域分析前面板設計如圖4所示。

2.3 系統程序框圖設計

系統程序框圖主要由聲音信號的采集和分析兩大部分組成。采用了while循環結構、聲卡采集函數、濾波函數、頻譜測量函數、時域分析函數等來實現，如圖5所示。

3 結束語

本文采用普通個人計算機聲卡和LabVIEW 2010軟件開發平臺，實現了聲音信號的實時采集、顯示與存儲、時域分析和頻域分析。實踐表明，聲卡優越的數據采集性能和LabVIEW強大的數據采集處理能力相結合，使整個采集系統的性價比高，人機界面交互性好，性能穩定，完全能滿足日常數據采集和分析的基本要求。

【參考文獻】

[1]陳捃，黃勇勤，王永濤.基于虛擬儀器的實時數據采集系統的設計[J].武漢理工大學學報，2007，29（6）：122-124.

[2]張重雄，張思維.虛擬儀器技術分析與設計[M].北京：電子工業出版社，2012.

[3]劉蕓，孫欽利，邢俊紅.基于LabVIEW的聲卡數據采集系統設計[J].現代電子技術，2007，14（253）.

[4]程金光，張榮福，郁浩，郭世平.基于LabVIEW的聲音數據采集分析系統[J].電子測量技術，2016，02（39），94-98.