基于虚拟仪器技术的声级计设计（设计）.doc

1、东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘 要为了能够实时监测城市区域环境噪声，依据GB/3096-93声环境质量标准，开发了一种基于LabVIEW的新型环境噪声自动监测仪。以声压传感器和PC机为硬件基础，应用虚拟仪器技术，实现了传统仪器功能的高度集成，实现了面板输入控件和显示控件合理布局。实时检测并记录周围环境噪声的声级、瞬时声级、连续等效声级、最大和最小声级；图形化实时显示噪声的时域波形和频谱；自动实现环境声级超限报警并记录相关数据。并简单说明了实现时频分析的LabVIEW各子VI功能用法，不仅可以用于对生存空间环境噪声进行定量监测与分析，还能推广到振动等信号监测与分析。关键词：虚拟仪器；Lab

2、VIEW；环境噪声；监测仪AbstractFor the purpose of measuring environmental noise of urban area at any moment, a new kind of virtual environmental noise automatic measuring instrument has been developed based on the LabVIEW. This design is according to GB3096-2008 nvironmental quality standard for noise. The ha

3、rdware system is based on sound pressure sensor and personal computer. With the application of the virtual instrument technology, high integration was realized for the functions of the traditional sound level meter by software. The layout of controls and indicator in front panel is rational. Using t

4、he VI, it can be measured and noted that the ambient noise dB(A) level, the transient dB(A) level, equivalent continuous dB(A) level and the maximum and minimum dB(A) levels at any moment. The VI can real-time display the ambient noise signal waveform and frequency spectrum. At the same time it can

5、give the alarm when the dB(A) level state exceeds standard automatically and recode the correlation data. By means of the system, the noise of life environment could be not only inspected, but also extended to observe and analyze signals such as the vibration .Key words: virtual instrument; LabVIEW;

6、 environmental noise; measuring instrum目 录第1章 概述11.1 设计任务11.2 开发环境1第2章 基于虚拟仪器技术的声级计设计理论基础32.1 噪声检测标准32.2 虚拟仪器技术基础4第3章 系统总体设计113.1 声级计原理113.2总体设计思想12第4章 系统的具体设计144.1 噪声采集模块设计144.2 噪声信号处理模块设计154.3 声级显示模块设计164.4功能选择模块设计184.5前面板设计22第5章 设计调试及技术难题235.1 系统实现及程序调试235.2 技术难题及解决方法24结 论26参考文献27致 谢28附录1基于虚拟仪器技术

7、的声级计前面板29附录2基于虚拟仪器技术的声级计总体设计流程图30II第1章 概述1.1 设计任务1.1.1 设计的提出声级计广泛应用于机械电子产品噪声、环境噪声、交通噪声等的现场测量，还可用于听力校准以确定噪声对人耳听觉的危害程度。但普通声级计只能进种计权下噪声声压级的测量，并且其噪声的频谱分析、图形显示、数据存储和打印等功能只能通过外接配套设备才能实现，当应用于工业过程监测虚拟仪器将传统的由硬件实现的数据分析、处理和显示等功能改为由功能强大的计算机软件来完成 ，使计算机与相应的信号分析与处理技术，编制具有测量功能的程序就可以构成相应的测试仪器 J，降低了仪器的开发和维护费用，缩短了技术更新

8、周期；基于相同的硬件系统，通过编制不同的软件来实现多种测量仪器的功能，显著提高了仪器的柔性和性价比。1.1.2 设计技术指标（1） 瞬时声压级、等效声压级、统计声压级的时时监测、显示、记录。（2） 声压信号的时域分析和频域分析。（3） 超限报警。1.2 开发环境1.2.1 软件环境LabVIEW是目前唯一的编译型图形化编程语言，使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，用图标表示功能模块，用图标之间的连线来表示各模块间的数据传递。同时，LabVIEW继承了高级编程语言的结构化和模块化编程的优点，支持模块化与层次化设计，这种结构的设计增强了程序的可读性，其界面非常直观形象。虚拟仪器是以计算机作

9、为仪器的硬件支撑，充分利用计算机的运算、存储、调用、显示及文件管理等功能，把传统仪器的专业化功能软件化，使之与计算机结合起来融为一体，这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统仪器相同，同时又充分享用了计算机资源的仪器系统。传统仪器通常由信号采集、信号分析、信号输出三部分组成；虚拟仪器同样可以划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块。1.2.2 硬件环境计算机与声压传感器通过DAQ数据采集卡连接组成环境噪声测量仪，对采集到的环境噪音信号实施显示、存储、分析及过线报警。1.2.3 设计的实现本设计是基于LabVIEW的设计1。LabVIEW是美国NI公司推出的一种通用虚拟仪器(Virtu

10、al Instrument即VI)开发软件，他包含丰富的功能函数库和完备的总线设备驱动程序。LabVIEW的一大特色是其基于图形的编程方式是采用数据流（Data Stream）而非传统的文本方式的编程方法。这种编程方式强调信号处理的实际过程，有利于简化编程，缩短开发时间和降低开发难度。LabVIEW的编程包括前面板设计和后台设计。前面板对应一台仪器的面板，实现对仪表的控制和信号的表达功能。LabVIEW提供了一套丰富的控制模板库，用户通过这些模板来设计面板的内容。后台对应一台仪器的内部工作部分，用于实现仪表对信号的采集处理等操作。对应的LabVIEW提供了一套功能模板库，用来帮助用户实现程序改

11、造、仪器控制数据分析等功能。LabVIEW集众多优点于一身，它是一款能够使设计人员进行快速简便的设计自己产品的软件，其功能全面而强大，LabVIEW完全能够完成本设计。第2章 基于虚拟仪器技术的声级计设计理论基础2.1 噪声检测标准2.1.1环境噪声新标准我国新颁发的GB 3096-2008、GB 12348-2008和GB 22337-2008等三个环境噪声标准（以下简称“新标准”），已经在2008年10月1日开始实施。新标准中，都涉及到室内环境噪声的测量。作为环境噪声的监测机构，如何按新标准的要求对室内环境噪声测量，进行认真而正确的运作，这在全检测行业来说，是一个急需研讨的实际课题。 但是

12、，在新标准颁布前，我国仅有城市区域环境噪声标准、GB3096-93、城市区域环境噪声测量方法GB/T14623-93，以及工业企业厂界噪声标准GB12348-93、工业企业厂界噪声测量方法GB/T14623-93（以下简称“原标准”）。在其适用范围上，基本是环境保护部门的依法行政的依据。进入新千年后，室内环境噪声污染监测需求量大，检测机构呈现多元化，从而促进了噪声监测市场的建立和发展。然而，这两个标准在适用性和操作的可行性上都有很大的局限，很难满足不同环境条件的、不同委托方对噪声监测的具体要求，特别是在为维护人身健康权的环境噪声危害争议的司法判决上，存在依据标准不当的困境。因此，急需满足上述要

13、求的一系列环境噪声标准的颁布，达到适应委托检测方的需要，推动环境噪声监测市场健康发展的目的。2.1.2 新标准的特点同原标准相比，新标准在很多方面，有了很大的进步，也在一定程度上满足了检测机构开展室内环境噪声的实际需要，具体表现在如下几个特点上。 （1）把声环境标准分为“声环境质量标准”和“噪声排放标准”。由环境保护部和国家质量监督检验检疫总局共同颁发的新标准中，把GB3096-93、GB/T14623-93合并为一个标准GB3096-2008，名称改为“声环境质量标准”，把GB12348-93和GB12349-93合并为一个标准GB12348-2008，名称改为“工业企业厂界环境噪声排放标准

14、”，同时还新出台了GB22337-2008社会生活环境噪声排放标准，使声环境标准形成了环境标准体系的基本框架，这是对声环境标准标准体系建设的一大进步。 （2）对声环境标准的基本概念，给出明确定义。在 GB3096-2008中的第3部分，给出了“昼间等效声级”和“夜间等效声级”、“昼间”和“昼间”、“A最大声级”、“累积百分声级”、“城市”、“乡村”、“交通干线”、“噪声敏感建筑物”、“突发噪声”等11个基本概念；在 GB12348-2008中第3部分，新给出了“工业企业厂界环境噪声”、“厂界”、“频发噪声”、“偶发噪声”、“倍频带声压级”、“稳态噪声”、“非稳态噪声”、“背景噪声”等8个基本概

15、念（还包括“A声级”、“等效声级”、“噪声敏感建筑物”、“昼间”和“昼间”、“最大声级”等5个基本概念）；在 GB22337-2008中的第3部分，新给出了“社会生活噪声”、“边界”等2个基本概念（还包括“A声级”、“等效声级”、“噪声敏感建筑物”、“背景噪声”、“倍频带声压级”、“昼间”和“昼间”等6个基本概念）。它是适用各个标准的关键词，展现了新标准的规范化，同时对正确执行本标准，具有指导意义。 （3）增加了室内环境噪声限值，为室内环境噪声监测提供直接依据。GB12348-2008和GB22337中，明确规定了“结构传递固定设备室内噪声排放限值”，使检测机构对室内环境噪声的监测有了实用的标

16、准依据。特别是居民楼中的水泵、电梯和变压器等设备产生的室内环境噪声污染，国家环境保护总局（环函（2007）54号）对此做出解释，可参照执行GB12347-93。这种“参照适用”标准的“解释”，由于GB12347-2008的颁布，提供了可行的适用标准。这就使环境检测机构进行室内环境噪声污染的监测更具有可行性。2.2 虚拟仪器技术基础2.2.1 设计理论的分析本设计是虚拟仪器的设计。所谓虚拟仪器3，是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为信号输入/输出的接口，完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机化仪器系统。利用虚拟仪器软件开发平台（如LabVIEW、Lab Window

17、s/CVI），在计算机的屏幕上模拟各种仪器的面板（包括显示器、指示灯、旋钮、开关、按钮等）以及相应的功能。人们通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮、开关和按键，进行仪器功能选用、设置工作参数、启动或停止仪器的工作等。在计算机控制下，通过调用不同功能软件，对输入信号进行采集与控制，完成各种各样的信号分析、处理，实现各种测试功能。用户在屏幕上通过虚拟仪器的面板对仪器操作就如同在真实仪器上操作一样直观、方便、灵活。2.2.2 虚拟仪器的特点虚拟仪器的出现和兴起，改变了传统仪器的概念、模式和结构，并以其特有的优势显示出强大的生命力。虚拟仪器的主要特点有：（1）尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主

18、要是软件。（2）可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。（3）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。2.2.3 虚拟仪器(VI)与传统仪器的区别虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助用户创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时

19、间少，以及出色的集成这四大优势。虚拟仪器比传统仪器在概念和功能上有重大突破。通常，在完成某个测试任务时，需要许多仪器，如示波器、电压表、频率分析仪、信号发生器等，对复杂的数字电路系统还需要逻辑分析仪、IC测试仪等。这么多的仪器不仅价格昂贵、体积大、占用空间，而且相互连接起来也费事费时。而虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、DSP技术结合，在系统内共享软硬件资源，既有普通仪器的功能，又有一般仪器所没有的特殊功能。它把由厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，用户可根据测试功能的需要，自己设计所需要的仪器系统，只要将具有一种或多种功能的通用模块相组合，并且调用不同功能的软件模块，就能组成不

20、同的仪器功能。将传感器采集的电信号放大和整形后，经A/D变换存入内存，再由计算机软件处理，并显示输出，就可以组成虚拟示波器、虚拟计数器、频谱分析仪、虚拟多用表等。利用DSP及相应的算法，将所生成的数据送入D/A变换器，再经信号调理产生所需的信号，又可构成虚拟信号发生器。当测试要求改变时，只要增加或更换仪器软硬件模块，就可以构成新的仪器，而不必重新购买整台仪器。因此虚拟仪器充分发挥了计算机的作用，便于与计算机通信相结合来建立计算机网络，组建复杂的测试系统。2.2.4 虚拟仪器的基本功能任何一台仪器或系统可概括为由三大功能模块组成5：信号的采集、数据的处理、结果的输出与表达。虚拟仪器也不例外。它也

21、是按照“信号的调理与采集（ADC），数据的分析与处理（DSP），结果的输出（DAC）及显示”的结构模式来建立通用仪器硬件平台的，在这个通用仪器硬件平台上，调用不同的测量软件就构成了不同功能的仪器。因此，虚拟仪器系统是由计算机、仪器硬件和应用软件三大要素构成的，计算机与仪器硬件又称为VI（虚拟仪器）的通用仪器硬件平台。1. 信号调理与采集功能对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能。此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成的。仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、A/D转换器、数字I/O、定时器、D/A转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如GPIB、VXI、PXI

22、、STD、PCI总线仪器和网络化仪器等。2. 数据分析和处理功能虚拟仪器充分利用了计算机的高速存储、运算功能，并通过软件实现对输入信号的分析处理，如数字滤波、统计处理、数值计算、信号分析、数据压缩、模式识别等数字信号处理。3. 参数设置和结果表达功能虚拟仪器充分利用计算机的人机对话功能，完成仪器的各种工作参数的设置，如功能、频段、量程等参数的设置，对测量结果的表达与输出有多种方式，如屏幕显示，电、磁、光存储，绘图打印，网络传输等。2.2.5 虚拟仪器的开发平台根据仪器的三大功能4，设计仪器必须解决好人机接口（用户接口）和机机接口（计算机与仪器模块接口）问题，因此虚拟仪器软件由两大部分构成，即应

23、用程序和I/O接口仪器驱动程序。(1) 应用程序（包含两方面功能的程序）：首先它可以实现虚拟面板功能的软件程序；其次它还可以定义测试功能的流程图软件程序。(2) I/O接口仪器驱动程序：完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。虚拟仪器可以在相同的硬件平台下，通过不同测试功能软件模块的组合，实现功能完全不同的各种仪器，即虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的。软件是虚拟仪器的核心，体现了测试技术与计算机技术深层次的结合。开发虚拟仪器必须选用合适的软件开发平台，目前的虚拟仪器软件开发平台有如下两类：(1) 基于文本式编程语言开发工具：如VC+，VB，Lab Windows/CVI及Delphi等。(

24、2) 基于图形化编程语言开发工具：如LabVIEW（NI公司），HPVEE（HP公司）。本文虚拟仪器的设计所涉及的是提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境并且基于图形化的软件编程平台LabVIEW。2.2.6 软件的选择LabVIEW7（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国NI公司（National Instrument Company）推出的一种基于G语言（Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。G语言作为LabVIEW的核心与C语言、BASIC语言一样，是

25、一种带有各种函数库的编程语言，它提供了专门用于数据采集和仪器控制的函数库与开发工具。LabVIEW自带的函数库可以用于数据采集、GPIB和串行仪器的控制、数据分析、数据显示和数据存储。LabVIEW还提供了一些常用的程序调试工具，可在程序中设置断点、单步执行程序、查看数据流的运行方式等，大大简化了程序的开发与调试工作。应用LabVIEW开发的程序的外观和操作方式都与实际仪器类似，所以使用G语言编制的程序称为虚拟仪器程序（Virtual Instruments，简称VI）。G语言与其他基于文本的编程语言的重要区别就是G语言是图形化的编程语言。 2.2.7 LABVIEW软件的特点LabVIEW软

26、件工具的特点可归纳如下：(1) LabVIEW是基于图形化的软件编程平台，是应用于测控领域的专用软件开发工具。(2) 采用图形化（数据流图式的语言）的编程语言，交互式编程环境，不仅人机界面使用“所见即所得”得可视化技术建立，而且程序代码也是图形化的代码，使编程过程更加接近人的思维，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言。(3) 采用数据流编程模式，是能够同时运行多个程序的多任务系统。(4) 提供了丰富的用于数据采集、分析、表达及数据存储的函数库。(5) 提供传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独具特色的高亮执行和探针工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的

27、细节，使程序的调试和开发更为便捷。(6) 32bit的编译器编译运行32bit的编译程序，保证用户数据采集、测量和测试方案的高速执行。(7) 内置了PCI、DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232和RS-485的在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，支持数据采集卡和GPIB、串口设备、VXI仪器、PLC、工业现场总线以及用户特殊的硬件板卡。免费提供世界各大厂商1000多种仪器的驱动程序，方便用户迅速组建自己的应用系统，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口的设备与仪器。(8) 具有强大的外部接口能力，可以实现LabVIEW与外部的应用软件（如Word、Excel等）、C语

28、言、Window SAPI、MATLAB等编程语言之间的通信。可用的外部接口诸如DDLs（动态连接库）、CIN代码调用、DDE（共享库）、MATLAB、ActiveX等。(9) 强大的Internet功能，内置了便于应用TCP/IP，DDE，ActiveX等软件标准的库函数。支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发。(10) LabVIEW支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序可直接移植到其他平台上。LabVIEW增强了用户构建自己系统的能力，为用户提供了实现仪器编程与数据采集系统的便捷途径。使用LabVIEW进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统可以大大缩短

29、系统的开发时间，提高生产效率高达410倍。2.2.8 LabVIEW的基本功能任何一台仪器或系统可概括为由三大功能模块组成：信号的采集、数据的处理、结果的输出与表达。虚拟仪器也不例外。它也是按照“信号的调理与采集（ADC），数据的分析与处理（DSP），结果的输出（DAC）及显示”的结构模式来建立通用仪器硬件平台的，在这个通用仪器硬件平台上，调用不同的测量软件就构成了不同功能的仪器。因此，虚拟仪器系统是由计算机、仪器硬件和应用软件三大要素构成的，计算机与仪器硬件又称为VI（虚拟仪器）的通用仪器硬件平台。(1) 信号调理与采集功能对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能。此项功能主要是由虚拟仪

30、器的硬件平台完成的。仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、A/D转换器、数字I/O、定时器、D/A转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PCI总线仪器和网络化仪器等。(2) 数据分析和处理功能虚拟仪器充分利用了计算机的高速存储、运算功能，并通过软件实现对输入信号的分析处理，如数字滤波、统计处理、数值计算、信号分析、数据压缩、模式识别等数字信号处理。(3) 参数设置和结果表达功能虚拟仪器充分利用计算机的人机对话功能，完成仪器的各种工作参数的设置，如功能、频段、量程等参数的设置，对测量结果的表达与输出有多种方式，如屏幕显示，电、磁、光

31、存储，绘图打印，网络传输等。声卡的工作原理其实很简单，其工作流程图如图1所示。我们知道，麦克风和喇叭所用的都是模拟信号，而电脑所能处理的都是数字信号，声卡的作用就是实现两者的转换。从结构上分，声卡可分为模数转换电路和数模转换电路两部分,模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用的模拟信号。声卡一般有 Line In 和 Mic In 两个信号输入插孔，若由Mic In 输入，由于有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，本文使用 Line In，其噪声干扰小且动态特性良好。声卡测量信号

32、的引入应采用音频电缆或屏蔽电缆以降低噪声干扰。若输入信号电平高于声卡所规定的最大输入电平，则应在声卡输入插孔和被测信号之间配置一个衰减器，将被测信号衰减至不大于声卡最大允许输入电平。 此外，将声卡的 Line Out 端口接到耳机上还可以实时的监听声音信号LabVIEW 对声音采集的设置默认于其所处的操作系统，本文使用的是最普通的声卡，对于高级的声卡采集信号时，要注意关闭如混响之类的一些特效，避免影响测量结果的真实性。该部分根据用户设置的声音格式从声卡获得数据。提供各种声音信号格式的存储以及转到信号分析模块的功能分为四步：（1）打开文件：用 Sound File Open.vi 打开所要写入的

33、声音文件。根据所写后缀名的不同可以用不同的文件格式保存，如书写的后缀为.mp3以mp3的格式存储，.wav则存储为wav格式。初始化/配置声卡：用LabVIEW 自带的 SoundInputConfigure.vi 来配置声卡采样所需的各个参数，如：设备 ID、采样数、采样模式等。本文设置采样频率为 22.05KHz，采样位数为16位，采样方式为双声道.（2）读取数据：用 Sound Input Read.vi 连续的读取声卡缓冲区的数据。把读取的数据送入 graph 控件来显示，用 Sound File Write.vi 数据写入第一步已经打开的声音文件。(3) 停止采集以及关闭文件：先用

34、Sound Input Stop.vi 停止采集数据，然后用 Sound Input Clear.vi 清除声卡缓冲区中的数据，最后用 Sound File Close.vi 关闭打开的声音文件。第3章 系统总体设计3.1 声级计原理由传声器将声音转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配。放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权（或外接滤波器），然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器（或外按电平记录仪），在指示表头上给出噪声声级的数值。为了模拟人耳听觉在不同频率（20Hz-20KHz）有不同的灵敏性，在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把

35、电信号修正为与听感近似值的网络，这种网络叫作计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级（叫线性声压级），而是经过听感修正的声压级，叫作计权声级或噪声级。由于人耳对各频段噪声的感知能力是不一样的，对3kHz左右的中频最灵敏，对低频和高频则差一些，因此不计权信噪比未必与人耳对噪声大小的主观感觉能很好的吻合。如何将测量值与主观听感统一起来呢？于是就有了均衡网络，或者叫加权网络，对低频和高频都加以适度的衰减，这样中频便更突出。把这种加权网络接在被测器材和测量仪器之间，于是器材中频噪声的影响就会被该网络“放大”，换言之，对听感影响最大的中频噪声被赋予了更高的权重，此时测得的信噪比就叫

36、计权信噪比，它可以更真实地反映人的主观听感。根据所使用的计权网不同，分别称为A声级、B声级和C声级，单位记作dB（A）、dB（B）和dB（C）。A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性，B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强度噪声的频率特性，C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性。声级计使用主要包括两方面（1）声级计的校准：声级计使用前后要进行校准，以保证测量数据的精确。一般声级计能产生一个标准电信号用于校准内部的电子线路，只进行电校准有时无法达到测量精度要求。通常使用活塞发声器、声级校准器或其他声级校准仪器进行声学校准。（2）声级计的读数：声级计的噪声测量值为输入衰减器、输出

37、衰减器和电表读数之和。声级计读数直接给出声压级，测量范围约为20130dB。声级计的指示电表有“快档”和“慢档”两种响应速度。一般测量时使用“快档”，“慢档”指示是在表针起伏大于dB，而小于dB时用来读出平均值。对于稳态噪声，两种速度响应读数一样。对于脉冲噪声，应使用脉冲声级计，取电表指针最大偏转位置读数，或使用其峰值保持功能。对于间歇噪声，用快档读取每次出现的最大值，以数次测量的平均值表示。并记录间歇的时间和出现频率。数字式声级计，噪声计可直接从仪表窗口读数。也可以利用仪器的记忆功能，回到实验室对数据分析处理。3.2总体设计思想通常人们是通过声级计嘲测量噪声声级高低的。根据(GB309620

38、08)(声环境质量标准可知。声压级等作为声环境质量主要技术参数，其数学关系式 ( 3-1 )式中：为声压级(单位dB)；为参考声压(其值为2Pa)；P为被测声压有效值（单位Pa） ( 3-2 )式中：P( t )为瞬时声压(单位Pa)通常采用电容传声器将被测声压P(t)转换为相应的电压u(t)，其转换关系式为 u(t)=SP(t) (3-3)式中：S为声压灵敏度，单位mVPa，传统声级计通常采用电容传声器，其声压灵敏度一般为50 mVPa，而声级，瞬时声级的计算公式为 (3-4) (3-5) 其中 (3-6)等效声级的计算公式 (3-7)式中：以为采样总数；为第i次测得A声级。根据上述设计理论

39、基础，结合相关需求分析及LabVIEW的特点确定仪器的总体设计思想为：实现多功能，首先要实现常规环境噪声评价的相关参数检测功能，其次要实现相关数据的分析和处理功能，再者要实现状态指示。创建友好界面，方便用户操作的同时，更加直观的展示相关信息。实现重要检测数据的储存。根据虚拟仪器原理可知，虚拟仪器的开发的核心是系统软件，根据总体设计思想，将该系统按功能分成状态选择，信号检测，数据处理，信息显示，数据储存和仪器标定示等模块，系统框图如图3-1所示信 号 检 测数 据 处 理仪 器 标 定数 据 存 储信 息 显 示状 态 选 择图3-1 虚拟环境噪声监测仪系统框图第4章 系统的具体设计4.1 噪声

40、采集模块设计由于是实现环境信号的处理，所以必须要能够采集到噪声信号2。采集噪声信号一般使用的声压传感器，输出方式为单导联输出。从传感器采集到的原始信号在进入数据采集卡(Data Acquisition Boards简称DAQ卡) 之前，需要进行放大处理。用声压传感器自带的放大器可将原始信号放大1000倍，处理后的信号即进入DAQ卡。DAQ卡由PCI总线连接到微型计算机上，并最终将原始信号及信号处理结果实时地显示在显示终端上。在LabVIEW中提供了波形函数，为制作函数发生器提供了方便。用LabVIEW自带节点公式WaveformWaveform Generation中的基本函数发生器（Basi

41、c Function Generator.vi）。其功能是建立一个输出波形，该波形类型有：正弦波、三角波、锯齿波和方波。这个VI会记住产生的前一波形的时间标志并且由此点开始使时间标志连续增长。它的输入参数有波形类型、样本数、起始相位、波形频率等。本设计的函数产生部分便利用这个接点公式。噪声的能量主要集中在某些频段，通过频谱分析可以定量地分析噪声污染情况。图4-1为其基本函数发生模块： 图4-1 基本函数发生模块各端口的含义如下：输入端口：偏移量：是信号的直流偏置（默认值为0.0）。重置信号：该端口为布尔值。若为True，则令信号相位等于端口phase的设定值，同时将时间归零（默认值为FALSE

42、）。信号类型：波形产生类型（默认值为正弦波）。频率：生成波形频率，单位为Hz（默认值为10）。幅值：生成波形的幅度，指峰值（默认值为1）。相位：生成波形的初始相位，单位为度（默认值为0）。错误输入（无错误）：是描述这个VI或函数运行前的错误的。采样信息：包含采样频率（采样点数/秒，默认值为1000）和波形采样点数（默认值为1000）的采样信息的控制簇。方波占空比（%）：方波占空比（默认值为50%）。输出端口：信号输出：波形数据输出端，数据类型为簇，包括指定信号的一维波形数组及起始时间t0和采样时间间隔dt三项簇成员，其中dt取决于采样频率。相位输出：波形相位，单位为度。错误输出：错误输出包含的

43、错误，是描述这个VI或函数运行前的错误的。4.2 噪声信号处理模块设计本设计是基于LabVIEW的虚拟环境噪声测量仪，主要是分析环境噪声信号的最大值，最小值等问题，这里采用的是波形波峰检测.VI。波形波峰检测.VI在波形模拟波形波形测量波形监测波形波峰检测.VI。波形波峰检测.VI如图4-2所示： 图4-2 波形波峰的检测各端口的含义如下：输入端口：波峰/波谷：指出是检测波峰还是波谷。信号输入：输入包含最高点值或电压的信号。阈值：小于这个阈值的点或电压就不检测。这个VI只检测那些当大于这个阈值的波峰位置。宽度：规定连续数据点的数目，用二次最小二乘法拟合。该值应不超过约1 / 2半宽峰/谷。大宽

44、度，可以明显的降低振幅波峰漂移位置。对于噪声数据，这一改造并不重要，因为噪音会掩盖实际的高峰。错误输入：描述该VI或函数运行前发生的错误情况。默认是没有错误。如果有错误发生。然后这VI误差值输出。初始化（T）：初始化，当真(默认)，指定VI从开始处理数据。这个VI要求一些内部设置必须在开始正常运行。数据结束（T）：当为真（默认），说明处理文件结束并清理内部数据。 输出端口：找到个数：在当前的数据块中发现波峰/波谷的数目，找到这个数组的位置、大小、振幅。位置：位置指在当前的数据块发现包含指定位置波峰或波谷的位置。因为峰值检测算法适合二次找到峰，它实际上是插值之间的数据点。 振幅：当前的数据块的波

45、峰/波谷的振幅值。二阶导数：二阶导数测得的振幅在当前块的数据的每个波峰或波谷发现。二阶导数给出一个近似衡量每个波峰或波谷的值。如果你是探测波峰，这些值都是负的，如果您是探测波谷，值都是正的。错误输出：误差列包含的错误信息，如果错误显示，错误发生在这个VI或功能运行时。误差列载有同样的错误信息。否则，它描述错误状态。 4.3 声级显示模块设计波形显示的目的主要是为了动态的去观测波形，由于本设计是基于内部标定信号的，采用的是基本信号发生器模块，所以波形信号稳定，而波形Graph适用于显示稳定的波形，故选择波形Graph作为波形显示件。在LabVIEW中waveform.graph.Vi其基本单元如

46、下图所示所示：该波形图可显示包含任意个数据点的曲线。波形图接收多种数据类型，从而最大程度地降低了数据在显示为图形前进行类型转换的工作量。波形图如图4-3所示，接收多种数据类型以显示单条曲线。对于一个数值数组，其中每个数据被视为图形中的点，从x=0开始以1为增量递增x索引。波形图接受包含初始x值、x及y数据数组的簇。波形图也接收波形数据类型，该类型包含了波形的数据、起始时间和时间间隔(t)。图4-3波形图显示波形图还接收动态数据类型，用于Express VI。动态数据类型除包括对应于信号的数据外，还包括信号信息的各种属性，如信号名称、数据采集日期和时间等。属性决定了信号在波形图中的显示方式。当动

47、态数据类型中包含单个数值时，波形图将绘制该数值，同时自动将图例及x标尺的时间标识进行格式化。当动态数据类型包含单个通道时，波形图将绘制整个波形，同时对图例及x标尺的时间标识自动进行格式化。要实现对噪声信号进行实时检测并在前图面板上显示噪声信号的频谱图，幅度谱最关键的就是要在流程图中接入幅值和电平测量虚拟仪器。其基本单元图4-4所示：图4-4幅值和电平测量对于该虚拟仪器显示Express VI设定的测量以及测量结果。单击测量栏中的任何测量项，结果预览中可显示相应的数值或图表。比较Express VI的操作数1输入与另一个信号输入，而非与值或被比较常量进行比较。如选择该选项，则Express VI可包含操作数2