基于PXI设备和Labview的耳声发射测量仪校准系统研究

闫颖 陈晓梅

【摘要】耳声发射测量仪测量值的准确与否直接影响听觉疾病的检测和诊断。基于PXI设备和单片机开发板，搭建耳声发射测量仪校准系统。采用NI公司的PXI-8108控制器和PXI-4461数据采集卡，利用图形化语言Labview进行采集平台数据处理模块的开发，解决了目前耳声发射仪检测费力费时的缺点，确保耳声发射测量仪系统的可靠性。实验证明，设计及实现的系统可以方便，高效的校准耳声发射测量仪。

【关键词】耳声发射测量仪;PXI;Laview

前言

耳声发射测量仪是声学测量中的基本仪器，广泛应用于听力普查中。目前对耳声发射测量仪的檢测需要频繁的更换检测仪器来检测其各个技术参数，费力费时，并且不能保证耳声发射测量仪整个系统的可靠性。针对上述问题，本文提出基于瞬态诱发耳声发射（TEOAE）的校准系统，搭建并设计软硬件平台，实现一套可靠性高，自动化度较高的系统。

1.硬件设计

根据耳声发射测量仪的原理，总体设计方案的基本思想是模拟人耳反应系统提取耳声发射信号特征。本文重点设计基于TEOAE的校准系统，其结构示意图如图1所示。

图1 基于TEOAE的校准系统结构示意图

1.1 NI-PXI 设备

PXI设备是整个校准系统的核心，主要分为PXI控制器和声学采集卡两部分。本系统采用了NI公司的PXI-8108控制器和PXI-4461数据采集卡。NI PXI-8108是一种可用于PXI和CompactPCI系统的高性能控制器。其控制器是双核的，频率为2.53 GHz，DDR2内存频率为800 MHz。NI PXI-4461是24位模拟输入/输出数据采集模块，同步生成和采集高精度的动态信号[1，2]。

图2 单片机波形触发器流程图

1.2 单片机开发板

TEOAE信号是由短刺激（click刺激声或短纯音刺激声）信号重复触发产生的[3，4]，这要求生成设备具有可重复触发输出的功能，PXI-4461数据采集卡不能满足此项需求。本文提出在基于单片机开发板情况下，结合PXI-4461数据采集卡共同设计波形触发器，实现TEOAE信号的生成。设计的单片机波形触发器主要工作流程图如图2所示。

单片机波形触发器的模拟电压波形通过SD卡存储在设备上，或者通过USB连接到电脑上，通过上位机程序修改和下载波形。整个单片机波形触发器系统的控制核心是Atmel公司生产的一款低价高速的8位微控制器，内置8路AD转换和串口等常用外设的AVR系列芯片——MEGA32，用C语言对此芯片进行开发调试。其中单片机波形触发器和上位机PXI-8108控制器之间的通信协议全部为ASCII字符形式，以H开始，Z结束。本单片机波形触发器上带有液晶显示、按键输入、蜂鸣器和指示灯等，方便操作。

2.软件设计

软件部分主要由NI公司开发的Labview编程语言[5]进行实现，其整个软件设计如图3所示。

图3 校准系统软件结构图

本文重点研究信号采集驱动模块及信号生成驱动模块的软件设计。

2.1 信号采集驱动模块

信号采集驱动模块主要是利用硬件4461数据采集卡对刺激信号进行采集和数据的保存。虚拟仪器中Labview采集信号的主要流程如下：

a.创建单个或多个虚拟通道，并将其添加至任务。

b.设置采样时钟的源、频率、采样模式，以及采集或生成的采样数量，并创建所需的缓冲区。

c.使任务处于运行状态，开始测量，将采集到的数据输入到缓冲区。

d.读取用户指定任务或虚拟通道中的采样，并对采集到的信号进行图形显示和EXCEL保存。

e.停止清除任务，释放任务保留的资源。

2.2 基于单片机的信号生成模块

信号生成驱动模块主要是通过软件设置使相对应的硬件设备输出TEOAE信号。主要方法是由PXI设备生成特定的波形数据，保存到EXCEL文件中，然后经过电脑的串口通信协议把波形数据传送到单片机的储存卡中，当单片机接收到特定的命令后，根据需求输出相应的波形数据。对单片机开发板的控制采用上位机和下位机之间互相的通信机制，当单片机通过串口连接到电脑后，电脑和单片机之间通过指令的发送和反馈建立通信协议，对单片机开发板进行串口检测、状态查询和波形下载等一系列的控制。

3.实验分析

为了验证校准系统的有效性，本文对设计的校准系统进行测量对比实验，分别用校准系统和示波器，对短纯音刺激声信号的上升时间、下降时间和持续时间这三个指标参数进行实验对比，检查结果是否一致。其中用校准系统和用示波器所获取的短纯音的声信号如图4所示。实验结果表明，校准系统和示波器对三个波形参数的测量结果基本一致，且在允差范围之内，证明了该校准系统校准结果的有效性。

图4-1 示波器短纯音信号获取实验结果

图4-2 校准系统短纯音信号获取实验结果

4.结论

本研究基于PXI的数据采集平台及NI公司的Labview图形化软件，可以实时，准确的采集耳声发射测量仪校准系统的数据。该系统设计方法具有硬件接口简单，软件编程方便，实用的特点，在实际数据采集及仪器校准方面具有一定的参考价值。

参考文献

[1]郑对元.精通LabVIEW虚拟仪器程序设计[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]屈尔庆.基于.LabVIEW的信号发生器的设计[J].现代电子技术，2010，33（011）：106-107.

[3]郑玲，叶大田，杨福生等.瞬态诱发耳声发射（TEOAE）的建模与仿真[J].中国生物医学工程学报，2002，21（1）：45-52.

[4]宫琴，叶大田.瞬态诱发耳声发射信号的检测、分析与应用[J].航天医学与医学工程，2003，16（2）：147-151.

[5]龙华伟，顾永刚.LabVIEW 8.2.1与DAQ数据采集[M].北京：清华大学出版社，2008.