【導(dǎo)讀】為了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)城市區(qū)域環(huán)境噪聲，依據(jù)GB/3096-93《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，開發(fā)了一種基于LabVIEW的新型環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀。以聲壓傳感器和PC機(jī)為。入控件和顯示控件合理布局。實(shí)現(xiàn)環(huán)境聲級(jí)超限報(bào)警并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。并簡(jiǎn)單說明了實(shí)現(xiàn)時(shí)頻分析的LabVIEW. 推廣到振動(dòng)等信號(hào)監(jiān)測(cè)與分析。

　　

【正文】 覽可顯示示例數(shù)據(jù)，直至再次運(yùn)行 VI。如截止頻率值非法，結(jié)果預(yù)覽不顯示合法數(shù)據(jù)。 綜上得出該模塊的具體流程設(shè)計(jì)圖如圖 45 所示： 圖 45 噪聲信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頻譜顯示模塊 功能選擇模塊設(shè)計(jì) 噪聲 信號(hào)傳輸模塊的設(shè)計(jì) 噪聲 采集模塊通過 DAQ 采集卡獲得，采集到的數(shù)據(jù)及其頻譜特性以直觀的圖形方式呈現(xiàn)于用戶面前。該模塊還提供保存所有或部分?jǐn)?shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)波形分析模塊的功能 。下面為信號(hào)輸入模塊流程圖 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 46 信號(hào)采集部分流程圖模塊圖 DAQ 采集卡儲(chǔ)存的 噪聲 信息通過以上程序被讀入到 LABVIEW 中。 圖 47 信號(hào)頻譜監(jiān)測(cè)流程 通過該流程實(shí)現(xiàn)信號(hào)在前面板上頻率、幅度的實(shí)時(shí)顯示，使得試驗(yàn)過程清晰、明了。 圖 48 信號(hào)幅值和電平測(cè)量 這部分的設(shè)計(jì)主要是對(duì)信號(hào)的峰峰 值、均方根的測(cè)量為噪聲信號(hào)的分析計(jì)算做準(zhǔn)備 。 噪聲 信號(hào)分析處理模塊的設(shè)計(jì) 從采集模塊獲得 的噪音信號(hào) 數(shù)據(jù)， 通常采用電容傳聲器將被測(cè)聲壓 P(t)利用一定的數(shù)學(xué)關(guān)系是轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓 u(t)，計(jì)算出其聲級(jí)、等效聲級(jí)等對(duì)信號(hào) 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段處理，甚至對(duì)該段數(shù)據(jù)按頻段進(jìn)行分析。 LabVIEW 完全圖形化的編程環(huán)境和數(shù)據(jù)流的驅(qū)動(dòng)方式使用戶可以非常直觀的觀察到程序代碼的并行執(zhí)行。該系統(tǒng)充分利用 LabVIEW 的多線程 (Multithreading)技術(shù)，為整個(gè)系統(tǒng)中的用戶接口、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析以及文件讀寫等多個(gè) 操作自動(dòng)分配優(yōu)先級(jí)，讓它們相互獨(dú)立運(yùn)行，避免了單線程系統(tǒng)中的調(diào)用阻塞，且不東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 會(huì)浪費(fèi) CPU 時(shí)間。例如，用戶接口操作被分配在一個(gè)特定的線程并被賦予較低的優(yōu)先級(jí)，移動(dòng)面板窗口這樣的事件不會(huì)影響數(shù)據(jù)采集等對(duì)時(shí)間要求非常嚴(yán)格的操作，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。 對(duì)最后的結(jié)果顯示做準(zhǔn)備其轉(zhuǎn)換關(guān)系式為，下面為本設(shè)計(jì)核心部分流程圖。 圖 49 噪聲信號(hào)處理模塊 該 模塊 上半部分 是 噪聲 虛擬測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的核心，是實(shí)現(xiàn)對(duì) 噪聲 信號(hào)實(shí)時(shí)分類，儲(chǔ)存的保證。而 LABVIEW 作為測(cè)量領(lǐng)域的專業(yè)軟件，其內(nèi)部集成了 600 多個(gè)分析函數(shù)，用于信號(hào)生成，頻率分析，信號(hào)處理等數(shù)據(jù)分析功能，因而能很好的支持 噪聲 虛擬測(cè)量?jī)x對(duì) 噪聲 信號(hào)的分析和處理。下面將詳細(xì)介紹以上?？旄鞑糠值墓δ堋? 圖 410 噪聲信號(hào)運(yùn)算分析模塊 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 411 噪聲信號(hào)最大、最小等效聲級(jí)顯示及超限報(bào)警模塊 圖 412 噪聲信號(hào)實(shí)時(shí)顯示儲(chǔ)存模塊 通過 噪聲 信號(hào)實(shí)時(shí)顯示儲(chǔ)存模塊可以實(shí)時(shí)檢測(cè) 噪聲信號(hào)的各種頻譜信息 ， 以及噪聲的級(jí)別 。本測(cè)量?jī)x運(yùn)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊可將分析后的 噪聲 信號(hào)以一維數(shù)組的形式儲(chǔ)存到文本文件中， 隨時(shí)對(duì)噪聲信號(hào)做出準(zhǔn)確的檢測(cè)。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 前面板設(shè)計(jì) 圖 413 前面板設(shè)計(jì)示意圖 點(diǎn)擊運(yùn)行按鍵虛擬儀器便開始工作。用戶可以在前面板上調(diào)節(jié)各種屬性以便取得所需的信號(hào)。首先設(shè)置常用信號(hào)的類型、頻率、幅度 。東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第 5 章 設(shè)計(jì)調(diào)試及技術(shù)難題 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn) 及程序調(diào)試 LabVIEW 程序調(diào)試 (1)找出語(yǔ)法錯(cuò)誤 如果一個(gè) VI 程序存在語(yǔ)法 錯(cuò)誤，則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這時(shí)該按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它，LabVIEW 彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用 Find 功能，出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。 (2)設(shè)置執(zhí)行程序高亮 在 LabVIEW 的工具條上有一個(gè)畫著燈泡的按鈕，這個(gè)按鈕叫做 “ 高亮執(zhí)行 ”按鈕上。點(diǎn)擊這個(gè)按鈕使它變成高亮形式，再點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕， VI 程序就以較慢的速度運(yùn)行，沒有被執(zhí)行的代碼灰色顯示，執(zhí)行后的代碼高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值。這樣，你就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動(dòng)狀態(tài)跟蹤程序 的執(zhí)行。 (3)斷點(diǎn)與單步執(zhí)行 為了查找程序中的邏輯錯(cuò)誤，有時(shí)希望流程圖程序一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行。使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。使用斷點(diǎn)工具時(shí)，點(diǎn)擊你希望設(shè)置或者清除斷點(diǎn)的地方。斷點(diǎn)的顯示對(duì)于節(jié)點(diǎn)或者圖框表示為紅框，對(duì)于連線表示為紅點(diǎn)。當(dāng) VI 程序運(yùn)行到斷點(diǎn)被設(shè)置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)，以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點(diǎn)被執(zhí)行，下一個(gè)將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。你也可以點(diǎn)擊暫停按鈕，這樣程序?qū)⑦B續(xù)執(zhí)行直到下一個(gè)斷點(diǎn)。 (4)探針 可用探針 工具來查看當(dāng)流程圖程序流經(jīng)某一根連接線時(shí)的數(shù)據(jù)值。從 Tools工具模板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左建點(diǎn)擊你希望放置探針的連接線。這時(shí)顯示器上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)探針顯示窗口。該窗口總是被顯示在前面板窗口或流程圖窗東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 口的上面。在流程圖中使用選擇工具或連線工具，在連線上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在連線的彈出式菜單中選擇 “探針 ”命令，同樣可以為該連線加上一個(gè)探針。 系統(tǒng)調(diào)試 利用 LabVIEW 的多線程（ Multithreading）技術(shù)，循環(huán)偵測(cè)并響應(yīng)各消息隊(duì)列，為整個(gè)系統(tǒng)中的用戶接口、鼠標(biāo)和鍵盤操作、信號(hào)產(chǎn)生、波形繪 制、以及后期處理等多個(gè)操作自動(dòng)分配優(yōu)先級(jí)，讓它們相互獨(dú)立運(yùn)行，避免了單線程系統(tǒng)中的調(diào)用阻塞，且不會(huì)浪費(fèi) CPU 時(shí)間。用戶接口操作被分配在一個(gè)特定的線程并被賦予較低的優(yōu)先級(jí)，移動(dòng)面板窗口這樣的事件便不會(huì)影響波形連續(xù)輸出等對(duì)時(shí)間要求非常嚴(yán)格的操作，從而保證了系統(tǒng)的精度和可靠性。 打開設(shè)計(jì)成品，點(diǎn)擊運(yùn)行按鍵虛擬儀器便開始工作。用戶可以在前面板上調(diào)節(jié)各種屬性以便取得所需的信號(hào)。首先設(shè)置常用信號(hào)的類型、頻率、幅度，本設(shè)計(jì)中因?yàn)槭莾?nèi)部標(biāo)定信號(hào)所以鋸齒波最好，信號(hào)頻率只需設(shè)置一個(gè)啟始頻率就可以動(dòng)態(tài)的測(cè)試程序。運(yùn)行 后顯示屏上會(huì)顯現(xiàn)模擬波形、心律次數(shù)等。 技術(shù)難題及解決方法 技術(shù)難題一 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中有關(guān) 噪聲 測(cè)量的相關(guān)知識(shí)是最先捆饒我的難題。由于 我之前沒有接觸過有關(guān)噪聲方面的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，對(duì)噪聲的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)參數(shù)等概念相當(dāng)模糊，沒有這方面的知識(shí) 作為基礎(chǔ)是無(wú)法進(jìn)入課題的設(shè)計(jì)的。 所以要進(jìn)入手機(jī)第一步就是自己 查閱 相關(guān)資料，透徹了解自己研究對(duì)象的相關(guān)知識(shí)。為我形成 噪聲 信號(hào)的分析分類的設(shè)計(jì)思路提供了幫助。 技術(shù)難題二 我在具體設(shè)計(jì)的過程中，由于第一次用 LabVIEW 軟件編程，有時(shí)操作起來非常困 難。對(duì)于 噪聲 信號(hào)的運(yùn)算，分析部分的編程不知道如何在 LabVIEW 中實(shí)現(xiàn)，并且軟件中的元件不能靈活的應(yīng)用到設(shè)計(jì)中。這是令我很困擾的問題。后來通過學(xué)會(huì)使用 LabVIEW 中的幫助功能和閱讀《 Labview 程序設(shè)計(jì)》 、 LabVIEW東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 網(wǎng)上論壇等 對(duì)自己設(shè)計(jì)中多用到的元件進(jìn)行了一定程度的認(rèn)識(shí)后，相應(yīng)的問題得到了解決。 技術(shù)難題三 本設(shè)計(jì)需要用到計(jì)算機(jī)聲卡作為硬件設(shè)備之一，之前對(duì)聲卡知識(shí)一點(diǎn)不懂，它怎樣跟 LabVIEW 建立連接，其驅(qū)動(dòng)的建立等等令我感到很困擾，最后通過請(qǐng)教老師，同學(xué)、網(wǎng)絡(luò)論壇，自己查閱相關(guān)資料 ，使相應(yīng)問題得到了解決。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 結(jié) 論 該虛擬儀器技術(shù)的級(jí)計(jì)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境噪聲的聲級(jí)、瞬時(shí)聲級(jí)、連續(xù)等效聲級(jí)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)最大聲級(jí)、最小聲級(jí)以及噪聲等級(jí)的記錄及準(zhǔn)確顯示。前面板上監(jiān)測(cè)噪聲信號(hào)的頻譜圖及幅度譜顯示穩(wěn)定清楚，可以很清楚的觀察對(duì)噪聲監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)過程。 同時(shí)，該虛擬儀器技術(shù)的聲級(jí)計(jì)還可以由操作者自行選擇系統(tǒng)標(biāo)定的環(huán)境類型，系統(tǒng)可以自動(dòng)判別在該環(huán)境下噪聲是否越線，其中每個(gè)環(huán)境下晝間和夜間的最大噪聲報(bào)警限度是不一樣的，若越過晝間，晝間報(bào)警燈報(bào)警顯示，若越過夜間最大噪聲 報(bào)警線，夜間報(bào)警燈亮，作為報(bào)警顯示并能夠記錄存、儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)。 該虛擬儀器技術(shù)聲級(jí)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了聲級(jí)檢測(cè)分析的功能，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的相關(guān)性能指標(biāo)。東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 參考文獻(xiàn) [1] 鐘國(guó)策．聲級(jí)計(jì)的工作原理 [J]．電聲技術(shù)， 2020(1)： 65— 66． [2] 陳錫輝，張銀鴻． LabVIEW 8． 2O 程序設(shè)計(jì)從入門到精通 [M]．北京：清華大學(xué)出版社， 2020． [3] 楊樂平，李海濤，趙勇，等． LabVIEW 高級(jí)程序設(shè)計(jì) [M]．北京：清華大學(xué)出版社， 2020． [4] 中國(guó)科學(xué)研究院，北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中 心． GB3096— 2020，聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) Es]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 2020． [5] 美國(guó)國(guó)家儀器（ NI）公司 LabVIEW 專區(qū)． [EB/OL] [6] 劉祥樓，吳賀．基于LabVIEW 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的開發(fā) EJ]．化工自動(dòng)化及儀表， 2020(6)： 65— 67． [7] 孫艷，黃玉金．基于聲卡的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng) [J]．安全與環(huán)境工程， 2020(6)：42— 43． [8] 劉祥樓，吳賀，王永濤，等．基于 LabVIEW 環(huán)境的 VI 一 1 型虛擬測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā) [J]．化工自動(dòng)化及儀表， 2020(2)： 76— 78． [9] 劉君華，郭會(huì)軍．基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計(jì) [M]．北京：電子工業(yè)出版社，2020． [10]林君，謝宣松．虛擬儀器原理及應(yīng)用 EM]．北京：科學(xué)出版社， 2020． [11]National Instruments 一 2040 User Manual (EightChannel Simultaneous Sample andHold Accessory), Austin,Texas USA. September 1994:1 40． [12] Goldsmith, Long. Modeling of formation and break age of receptorligand bonds in shear flow. In Annual Fall Meeting of the Biomedical Engineering Society. San Diego． 1997:114116． 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 附錄 1 基于虛擬儀器技術(shù)的聲級(jí)計(jì)前面板 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 附錄 2 基于虛擬儀器技術(shù)的聲級(jí)計(jì)總體設(shè)計(jì)流程圖 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30