基于LabVIEW的脉搏信号检测与分析系统
作者：吉林医药学院杨风健
应用领域:自动化测量
挑战：根据人体阻抗特性，通过拾取阻抗变化测量人体脉搏信号。利用LabVIEW强大数字信号处理功能还原脉搏波形，并对波形的特征信息进行提取及存储。采集足够的数据后，主要运用该语言的数学程序库以及数值分析计算功能进行回归分析，建立相关数学模型，揭示脉搏信号与心血管类疾病的联系。
应用方案：使用NI公司的LabVIEW 8.5作为软件开发平台，结合自行设计的脉搏信号采集装置，开发了一个具有信号分析、处理、显示以及对数据进行回归分析等功能的脉搏信号测量系统。
使用的产品：LabVIEW8.5学生版
介绍
在世界范围内，心血管类疾病患者与日俱增，已成为人类健康的头号
杀手。美国心脏协会报告称，每年大约有240万美国人死于心血管疾病，其中尤以高血压患者所占比率最高，现象最为普遍。中国卫生部公布中国心血管疾病患者已超过1.5亿，心血管病是目前中国人群最主要的死因。因此预防此类疾病的产生显得尤为重要。
人体脉搏系统是心血管系统的重要组成部分，从脉搏波中提取人体的生理和病理信息作为临床诊断和治疗的依据，受到中外医学界的重视，脉搏波所呈现出的形态、强度、速率、节律等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中的许多生理病理的血流特征。中医的诊脉理论认为脉搏波的传播与心血管系统的血液运动、血管壁运动规律有着密切的联系。
正文：
脉搏信号形成机理
血液在心血管组成的循环系统中按照一定的方向周而复始的流动，称为血液循环，其动力来源与心脏，心脏通过做有秩序的收缩和舒张活动，使血液源源不断地从心脏射入动脉，心脏每收缩一次，动脉内的压力就发生一次周期性的波动，这种周期性的压力变化引起动脉血管发生波动，称为脉搏。脉搏可以沿着动脉管壁向外周血管传播，这种空间上传播的波动称为脉搏波。
阻抗法测量原理
生物电阻抗测量，或简称阻抗技术，是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术。它通常是借助置于体表的电极系统向检测对象送入一微小的交流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。
将受检部位（本设计为手臂）如图1 等效为一圆柱形均匀导体, 血管位于其中央。
图1 人体组织与血管简化模型
根据物理学上的定义，导体的电阻R 取决于该导体的电阻率、长度及其截面积的大小。
R = ρL/S= ρL2 /V
式中,ρ为电阻率；S为导体截面积；L为导体长度；V为导体体积。假设圆柱导体的长度不变，导出电阻变化ΔR 与容积变化ΔV 的关系式为：
ΔR = - ρL2ΔV/V2 = - RΔV/V
上式表明容积的变化与电阻的变化密切相关,负号表示容积的增加
将导致电阻的降低,也就是说人体受检部位就相当于一个阻值发生周期性变化的电阻，只要测得阻值的变化波形即可测得脉搏信号。给人体输入激励电流，通过人体阻抗转换为电压信号，测量此电压信号的周期性变化即可反映出阻抗的变化，最终测得脉搏信号。
脉搏信号采集设计思想
脉搏信号具有同其它生物电信号相同的特点，信号微弱、频率较低并且极易受到干扰。假设人体受检部位的等效阻值为1000欧姆，那么随着脉搏波的传递，阻抗的变化量约为1欧姆，并且此变化量的大小与检测位置、个体差异及电极系统情况都有较大关系，直接测量此信号具有较大难度。对人体而言，所产生的电信号不仅仅是脉搏信号，还要受到与之频率及幅值特性相近的其他生物电信号的干扰，同时，来自外界的工频干扰、日光灯干扰等对脉搏信号高质量提取造成了很
大的影响。
应用虚拟仪器技术分析生物电信号，能有效降低信号处理的复杂性和困难度，能很好的解决上述存在的问题，使生理信号的处理分析变得更加方便和简单。鉴于LabVIEW的强大数字信号处理及数学分析功能，为节省开发时间，提高开发效率，采用LabVIEW编写软件应用程序，开发基于LabVIEW的脉搏信号检测与分析系统。
脉搏信号提取基于调制和解调的原理，系统整体框图如图2，本设计中测量位置为手臂，通过激励电极（E1,E4）给人体输入100KHz、0.6mA的载波，在E1与E4间距离设置为15cm时，在此高频信号的激励下，人体等效阻抗约为200欧姆左右。此时人体脉搏信号被调制在激励信号中，输出信号为调幅波，相对于脉搏信号而言，载波信号的振荡频率为高频信号，将此调幅波通过测量电极（E2,E3）输入给脉搏信号调理电路，进行模拟解调，滤除高频载波，便可得到脉搏波。同时对调理电路中的模拟解调前的采样点进行高速采样，经串口与LabVIEW通信，利用软件对信号进行解调、信号处理、特征值提取、波形显示、回归分析等操作。
图2 系统整体框图
LabVIEW程序设计
为有效的排除外界干扰，减少模拟电路处理信号带来的信号失真，尽可能的再现真实的脉搏信号，进而研究影响人体脉搏信号的各种因素，应用LabVIEW虚拟仪器开发软件应用程序，应用程序通过串口与硬件进行通信，并且考虑到计算机的干扰较大，采用光耦6N137将计算机的地与单片机的地进行隔离，防止计算机地线上的噪声耦合信号调理电路，降低模拟电路的噪声，提高整个系统的抗干扰性能。
本系统设置了个人信息录入模块，并将该信息（年龄、性别、体重、身高、是否为高血压患者、血压值）存档，界面如图3。
图3 个人信息录入模块界面
通过串口接收到的数据，对调幅波进行同步解调，为尽可能不失真的还原波形，采用最大平坦型巴特沃斯滤波器进行滤波处理，利用峰值检测、微分处理等方法提取波形特征信息，通过波形实时显示模块进行显示，模块界面如图4，此模块中还可以显示心率，并且当心率不在正常范围时报警提示，可以选择将该波形数据存储，进行后续处理分析。在人体情绪上有波动或肢体上的微小动作会对信号产生较大影响，需要待被测试者进入身心平静状态后测量才比较准确。
图4 波形实时显示模块界面
LabVIEW的数学库及信号处理库中提供了各种数学处理、信号分析工具（如图5），能够完成复杂的数值分析、数学计算及信号处理等功能，用户可以自定义各种复杂的算法，而传统仪器不具有这样的特性，针对性不强，并且开发传统仪器的周期及成本较高，虚拟仪器可自定义的特点很好的解决上述存在的问题。
图5数学及信号处理库
回归分析是处理变量之间相关关系的数学工具,它可以帮助人们从一组实验数据出发,分析变量间存在什么样的关系,进而建立这些变量间的回归方程。系统应用的最终目的是进行人体试验，采集数据到一定数量时，在结果分析模块内（如图6），可选择自变量、因变量（主波强度、重搏波强度、主波与重搏波强度比、上升沿斜率）以及自变量的个数。本设计中首先读入测试数据，通过数学库中“删除超出区间数”工具剔除异常数据，根据需要配置“曲线拟合”面板，即可对拟合曲线进行显示，并给出回归系数，建立回归方程。通过积累一定量数据之后，总结各种因素对脉搏信号影响规律，研究正常人与高血压患者之间的波形差异，以及不同程度病情的高血压患者波形演变规律。
图6结果分析模块界面
系统工作流程
使用本系统进行脉搏信号测量需进行如下步骤：
1. 选择好测量位置，佩带电极。
2. 输入个人信息，配置串口。
3. 启动电源，被测试者应当尽量保持静止，波形稳定后可进行数据的操作。
结论
以自行设计的脉搏信号采集装置为基础，应用虚拟仪器作为开发平台，该平台具有可自定义、编程简单直观、易于理解等特点。并且LabVIEW 是专门针对数据采集、仪器控制、信号分析和数据处理等任务,提供了丰富完善的功能图标,用户只需直接调用,进行接口处理即可，无需编写大量代码，极大地节省开发时间，降低开发及维护成本。应用此平台开发出了完善可靠的检测分析软件，成功实现了脉搏信号提取及显示，并具有回归分析等功能，为后续的科研及教学工作提供了良好的基础。
系统的应用完善是长期的过程，总结潜在规律是建立在大量人体实验基础上，精确的模型建立需获取足够多的数据，这是一项长期而艰巨的工作。通过实践，也定会有更多需要增添或者改进的功能，进一步的完善整个系统的性能。(end)
基于LabVIEW的低通滤波器设计 学号： 201220120214 姓名：敖智男 班级： 1221202 专业：测控技术与仪器 课程教师：方江雄 2015年6月14 日
目录 一．设计思路 (2) 二．设计目的 (2) 三．程序框图主要功能模块介绍 1.测试信号生成模块 (3) 2.滤波功能模块.................................................................. .3 3.频谱分析模块 (4) 4.While循环模块 (5) 四．进行频谱分析.................................................................6、7五．主要设计步骤..................................................................8、9六．运行结果.. (10) 七．设计心得 (11)
低通滤波器是指对采样的信号进行浦波处理，允许低于截至频率的信号通过，高于截止频率的信号不能通过，提高有用信号的比重，进而消除或减少信号的噪声干扰。 一．设计思路 本VI设计的低通滤波器主要是先将正弦信号和均匀白噪声信号叠加，利用Butterworth低通滤波器进行滤波处理，得到有用的正弦信号:再对经过低通滤波器处理后的信号及信号频谱与滤波前的进行比较分析，检测滤波后的信号是否满足用户的要求。 二．设计目的 基于LabVIEW虚拟平台，将“正弦波形”函数和“均匀白噪声”函数产生的信号进行叠加以产生原始信号，让其先通过一个高通滤波器，滤除白噪声的带外杂波，以便在后续程序中低通滤波器可以输出正弦波；然后经过低通滤波器滤波处理，对滤波前后的信号和信号频谱进行比较，从而对低通滤波器的滤波效果进行检验。
利用labview进行信号的时域分析 信号的时域分析主要是测量测试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值表示信号的某些时域特征，是对测试信号最简单直观的时域描述。将测试信号采集到计算机后，在测试VI 中进行信号特征值处理，并在测试VI 前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给测试VI 的使用者提供一个了解测试信号变化的快速途径。信号的特征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。 用于信号时域分析的函数，VIs,Express VIs主要位于函数模板中的Signal Processing子模板中，其中多数对象位于Waveform Measurements子模板，如图所示 LabVIEW8.0中用于信号分析的Waveform Measurements子模板 基本平均值与均方差VI 基本平均值与均方差VI-------Basic Averaged DC—RMS.vi用于测量信号的平均以及均方差。计算方法是在信号上加窗，即将原有信号乘以一个窗函数，窗函数的类型可以选择矩形窗、Haning窗、以及Low side lob窗，然后计算加窗后信号的均值以及均方差值。 演示程序的前面板和后面板如下图所示 Basic Averaged DC—RMS演示程序的前面板
Basic Averaged DC—RMS演示程序的后面板 平均值与均方差值 平均值与均方差值VI------Averaged DC—RMS.vi同样也是用于计算信号的平均值与均方差值，只是Averaged DC—RMS.vi的输出是一个波形函数，这里我们可以看到加窗截断后，正弦信号的平均值和均方差随时间变化的波形。 编写程序演示Average DC----Averaged—RMS.vi的使用方法，程序的后面板和前面板如下图所示 Averaged DC—RMS演示程序的后面板
电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》评分表课程名称：LabVIEW编程实训 题目：基于labview的语音信号采集系统设计 班级：1601131自动化学号：160113113姓名：刘德旺 指导老师： 年月日
常熟理工学院电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》技术报告题目：基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 姓名：刘德旺 学号：160113113 班级：自动化131 指导教师：陈飞 起止日期：2016年6月20日－7月8日
LabVIEW编程实训答辩记录 自动化专业 1601131班级答辩人刘德旺 题目基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答
目录 1．任务书 (1) 2．基于LABVIEW的数据采集系统概述 (3) 2.1虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别 (3) 2.1.1LabVIEW虚拟仪器简介 (3) 2.1.2LabVIEW虚拟仪器特点 (3) 2.2 LabVIEW图形化程序的组成与特点 (4) 2.2.1前面版 (4) 2.2.2程序框图 (4) 2.2.3图标和连接器 (5) 3．语音信号采集总体设计方案与硬件配置 (6) 3.1语音信号采集系统的功能分析 (6) 3.2语音信号采集系统的总体构成 (6) 3.3语音信号采集系统的硬件配置 (6) 4．语音信号采集系统的软件设计与功能实现 (11) 4.1语音信号采集系统的软件前面板设计 (11) 4.1.1语音信号采样信息界面 (11) 4.1.2语音采集控制按钮界面 (11) 4.1.3时域波形和频域波形显示界面 (11) 4.2语音信号采集系统的软件程序框图设计 (12) 5．语音信号采集系统的运行与分析 (18) 6．收获与体会 (21) 参考文献 (23)
利用LabVIEW实现信号处理 摘要 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析正是信号处理中的一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员携带。而基于LabVIEW设计的虚拟频谱分析仪，用软件代替硬件，价格低，便于工程技术人员完成现场信号的采集、处理及频谱分析。 现今最有代表性的图形化编辑软件——LabVIEW，用之模拟从DAQ板卡中采集到一路带有均匀白噪声的正弦信号，显示其波形，并分析、显示其幅频特性曲线以及相频特性曲线。另外本文还根据LabVIEW中的子程序，实现了语音信号的录音与播放。 关键词虚拟仪器数据采集总线LabVIEW 1.1 LabVIEW简介 LabVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench——实验室虚拟仪器工程平台)的概念,是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合,是构建虚拟仪器的理想工具。LabVIEW和仪器系统的数据采集、分析、显示部分一起协调工作, 是简化了而又更易于使用的基于图形化编程语言G的开发环境。 LabVIEW集成了很多仪器硬件库,如GPIB/VXI/PXI/基于计算机的仪器、RS232/485协议、插入式数据采集、模拟/数字/计数器Ｉ/Ｏ、信号调理、分布式数据采集、图像获取和机器视觉、运动控制、PLC/数据日志等。 与传统的编程方式相比,使用LabVIEW设计虚拟仪器,可以提高效率4～10倍。同时,利用其模块化和递归方式,用户可以在很短的时间内构建、设计和更改自己的虚拟仪器系统。 1.2用LabVIEW设计虚拟仪器的步骤 LabVIEW编程一般要经过以下几个步骤。 1、总体设计：根据用户需求，进行VI总体结构设计，确定面板布局与程序流程，并保证所使用的虚拟仪器硬件在LabVIEW函数库中有相应的驱动程序。 2、前面板设计：在LabVIEW的前面板编辑窗口内，利用工具模板和控件模板进行VI 前面板的设计。 3、方框图编程：在LabVIEW的方框图编辑窗口内，利用工具模板和函数模板进行方框
实验一 LabVIEW中的信号分析与处理 一、实验目的： 1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法； 2、熟悉数字滤波器的使用方法； 3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。 二、实验原理： 1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号；将时域信号变换到频域，以显示在时域无法观察到的信号特征，主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信号都是数字信号，对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法：·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性，其输出为单边幅频图和相频图。 ·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果，其输出为双边频谱图，在使用时注意设置FFT Size为2的幂。 ·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱，主要用于对一维数组进行频谱分析，需要注意的是，需要设置其dt（输入信号的采样周期）端口的数据。 2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波，只允许特定频率成份的信号通过。滤波器的主要类型分为低通、高通、带通、带阻等，在使用LabVIEW中的数字滤波器时，需要正确设置滤波器的截止频率（注意区分模拟频率和数字频率）和阶数。 3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度（THD），该vi还可分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。 三、实验容： (1) 时域信号的频谱分析 设计一个VI，使用4个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），将这4个正弦信号相加并观察其时域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析，观察其幅频和相频图，并截图保存。
基于L a b V I E W 的数据采集与信号处理系统的设计 杜 娟1,邱晓晖1,赵 阳2,颜 伟2,缪 飞1 (1.南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003;2.南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏南京210042) [摘要] 介绍了虚拟仪器领域中最具代表性的图形化编程开发平台L a b V I E W,并对基于L a b V I E W 编程环境实现数据采集进 行了研究,设计实现了一种基于L a b V I E W 8.5环境,以E M I 噪声分析仪为下位机的数据采集与信号处理系统的设计方法.该设 计方法主要实现了以R S 232为代表的串口通讯,数组转换及频谱分析等功能,结果表明应用该设计方法设计出的系统具有简 洁友好的人机界面,可直接在前面板上完成各种操作与观测.该设计方案较之目前大多数的设计方法相比有效地降低了程序的 运算量,节省了运算时间,成功实现了实时无差错的采集到由下位机发来的完整数据. [关键词] L a b V I E W,串口通讯,数组转换 [中图分类号]T M 461;T N 713+.7 [文献标识码]A [文章编号]1672-1292(2010)03-0007-04 D a t a A c q u i s i t i o n a n dS i g n a l P r o c e s s i n g S y s t e m B a s e do nL a b V I E W D u J u a n 1,Q i u X i a o h u i 1,Z h a o Y a n g 2,Y a n We i 2,Mi a o F e i 1 (1.C o l l e g e o f C o m m u n i c a t i o na n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g U n i v e r s i t y o f P o s t a n dC o m m u n i c a t i o n s ,N a n j i n g 210003,C h i n a ; 2.S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n dA u t o m a t i o nE n g i n e e r i n g ,N a n j i n g N o r m a l U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210042,C h i n a )A b s t r a c t :L a b V I E W i s i n t r o d u c e di n t h i s p a p e r a s a k i n d o f m o s t r e p r e s e n t a t i v e g r a p h i c a l p r o g r a m m i n g p l a t f o r m s i n V i r - t u a l i n s t r u m e n t f i e l d ,a n dr e a l i z i n g d a t a a c q u i s i t i o n b a s e do n L a b V I E W p r o g r a m m i n g e n v i r o n m e n t i s s t u d i e d ,t h e n a d e - s i r e m e t h o d o f D a t a a c q u i s i t i o n a n dS i g n a l p r o c e s s i n g s y s t e m u s e dE M I n o i s e a n a l y z e r a s t h en e x t b i t m a c h i n e b a s e d o n l a b v i e w 8.5i s i n t r o d u c e d .T h es y s t e m r e a l i z e dR S 232s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ,a r r a yc o n v e r s i o na n ds p e c t r a l a n a l y s i s f u n c t i o n s .T h e r e s u l t s h o w s t h a t t h e s y s t e m d e s i g n e d b y t h i s m e t h o d h a s a s i m p l e a n df r i e n d l y i n t e r f a c e ,a n d t h a t u s e r s c a n d o e v e r y o p e r a t i o na n do b s e r v a t i o n i n t h e f r o n t p a n e l d i r e c t l y .T h i s s c h e m e r e d u c e s t h e c a l c u l a t i o n p r o c e d u r e e f f e c - t i v e l y a n d s a v e t i m e ,a c h i e v e s t h e r e a l -t i m e a n d e r r o r -f r e e c o l l e c t e d t h e d a t a i n t e g r i t i l y . K e yw o r d s :l a b v i e w ,s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ,a r r a y c o n v e r s i o n 收稿日期:2010-06-02. 基金项目:中国博士后基金(20080431126)、毫米波国家重点实验室开放基金(K 200903)、江苏省博士后基金(0702033B )、江苏省自然科 学基金(B K 2008429). 通讯联系人:邱晓晖,博士,副教授,研究方向:现代信号处理.E -m a i l :q i u x h @n j u p t .e d u .c n L a b V I E W (L a b o r a t o r y V i r t u a l I n s t r u m e n t E n g i n e e r i n g W o r k b e n c h )是基于图形编译G (G r a p h i c s )语言的虚拟仪器软件开发平台,具有数据采集、数据分析、信号发生、信号处理、输入输出控制等功能,是公认的标准数据采集和仪器控制软件.在L a b v i e w 环境下开发的应用程序称为V I (V i r t u a l I n s t r u m e n t ).一个完整的L a b V I E W 程序主要由前面板、程序框图和图标/连接端口3部分组成[1],前面板是交互式图形化用户界面,用于设置输入数值和观察输出量;程序框图是定义V I 功能的图形化源代码,包括前面板上没有但编程必须有的对象,如函数、结构和连线等,利用图形语言对前面板的控制量和指示量进行控制;图标/连接端口是用于把程序定义成一个子程序,以便在其他程序中加以调用.L a b V I E W 中自带450多个内置函数,专门用于从采集到的数据中挖掘有用的信息,用于分析测量数据及处理信号. 1 系统硬件结构部分 传导电磁干扰综合测量与分析系统可以对被测设备进行噪声诊断与抑制,包括硬件部分和软件部分[2,3].硬件部分的原理图如图1所示.系统硬件又分为模拟部分和数字部分,模拟部分由中心控制模块、第10卷第3期2010年9月 南京师范大学学报(工程技术版)J O U R N A LO FN A N J I N GN O R M A LU N I V E R S I T Y (E N G I N E E R I N GA N DT E C H N O L O G YE D I T I O N ) V o l .10N o .3S e p t ,2010
学号：14112203211 毕业设计(论文) 题目: 基于LabVIEW的语音信号分析系统的设计 作者贾邦稳届别2015 届 院别信息与通信工程学院专业电子信息工程 指导教师彭仕玉职称副教授 完成时间2015 年 5 月
摘要 虚拟仪器与传统仪器相比，实现了仪器的智能化、模块化、多样化等功能，体现出多功能、低成本等操作优点，应用前景广阔。随着计算机的出现及计算机技术的快速发展，语音信号处理技术更是得到了飞速发展，得到了广泛的应用，如语音合成技术、语音压缩编码和语音识别技术。 本设计利用虚拟仪器软件平台LabVIEW 设计了一个语音信号分析系统。先介绍了四种采集语音信号的方法，并选择采用录音机录制的方法采集语音信号，然后设计基于LabVIEW的时域信号的FFT分析模块，接着设计截止频率为3000Hz的Butterworth低通滤波器对语音信号进行滤波去噪，最后根据以上设计进行语音信号的时频分析、特性分析等。 关键词：虚拟仪器；LabVIEW；语音信号；时频分析；数字滤波器
Abstract Compared with traditional instruments, virtual instruments achieve the intelligent, modularity, diversity and other functions of the instrument, and reflect the operating advantages, such as multi-purpose, low cost, etc. So it has broad application prospect. With the advent of computers and the rapid development of computer technology, speech signal processing technology has been develop rapidly, and used widely, such as speech synthesis technology, speech coding and speech recognition technology. This design projects a speech signal analysis system based on the virtual instrument software platform LabVIEW. The first step is to introduce the methods of four kinds of voice signal acquisition, and select the method of recording voice signal by recorder . The second step is to design FFT analysis of time-domain signals which based on LabVIEW. Then design Butterworth low pass filter to realize the filtration of speech signals which cutoff frequency is 3000hz. Finally it is to achieve time-frequency analysis and characteristic analysis according to the the above designs. Key words：Virtual instruments；LabVIEW；Speech signal；time-frequency analysis；digital filter.
2012年第05期 吉林省教育学院学报 No.05，2012 第28卷JOURNAL OF EDUCATIONAL INSTITUTE OF JILIN PROVINCE Vol .28（总305期） Total No .305 收稿日期：2012—03—01 作者简介：满江红（1971—），男，吉林长春人。中国网通集团有限公司长春分公司网络建设部，技术主管，研究方向：综合通信技术。 基于LabVIEW 的信号与系统实验平台的设计 满江红 （中国网通集团有限公司长春分公司，吉林长春130000） 摘要：近年来，随着电子、计算机和网络技术的发展及其在测量仪器上的应用，产生了一种新的测试理论和方法———虚拟仪器（VirtualInstrument ，VI ）。所谓虚拟仪器，就是指用户通过计算机平台，根据自己的需求设计仪器的测试功能。虚拟仪器的出现打破了人们对仪器的传统观念，在测试系统和仪器设计中用户可以尽量用软件代替硬件，而无需购买大量的、昂贵的实验仪器设备。 关键词：LabVIEW ；信号与系统实验平台；设计中图分类号：TN911．6 文献标识码：A 文章编号：1671—1580（2012）05—0153—02 基于Lab VIEW 构建虚拟实验室正逐渐被越来越多的高校所采用， 本课题能避开硬件系统的不足，巧妙地运用软件来仿真硬件才能实现的实验结果， 大大降低了实验设备要求，节约了人力和财力，而且有很多的库函数可以在实验时直接调用，避免了用硬件做实验的局限性，可以更方便地做信号系统实验。 一、 LabVIEW 简介LabVIEW 是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。LabVIEW 提供很多外观与传统仪器（如示波器、信号发生器等）类似的控件，可以方便地创建用户界面。通过使用图标和连线编程对前面板上的对象进行控制，这就是图形化源代码，又称“G 代码”或 “程序框图代码”。LabVIEW 的核心是VI 。VI 有一个人机对话的用户界面— ——前面板（FrontPanel ）和相当于源代码功能的框图程序（Diagram ），前面板接受来自框图程序的指令。LabVIEW 还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等 二、整体设计该信号与系统实验台的整体设计方案是：根据LabVIEW 自上而下的设计思想，构建出整个实验平台的系统结构框图，先设计系统的主界面，再设计各 个实验子界面和实验模块，最后通过调用子VI 程序 来实现链接。主界面包括运行按钮， 停止按钮和三个实验模块选项栏，实验模块包括初级实验、中级实 验和高级实验。 （一 ） 平台系统结构图平台系统结构图如下所示： 图1平台系统结构图 （二）人机界面 点击运行按钮就出现操作界面，界面上包括初级实验、中级实验、高级实验等三部分，当点击相应实验就会出现各个实验题目，然后点击进入就可以进行相应实验了，实验完成点击停止按钮就可以结束本次实验。人机界面如下图所示： 3 51
基于Labview的信号采集与处理 实验目的：了解、掌握连续时间信号数字化处理的原理、过程及分析方法； 实验环境：Labview软件平台、信号采集卡（DAQ, Data Acquisition），信号源及示波器等； 实验方案： 信号处理示意图 信号采集与恢复流程图 实验准备： 连接信号源、采集卡、示波器，要求用示波器观测处理前后的信号波形。 连线：采用采集卡的输入端口信号源（68正，34负）和输出端口示波器（22正，55负） 其中输入端口连信号源，输出端口连示波器
做实验前必须先确定采样频率（10倍），采样点数（时域默认3000点）以及恢复滤波器的截止频率（相当于第二个）等。 实验内容： 1．实现正弦波信号的采样恢复处理。信号频率分别选500Hz, 1kHz,, 观察信号的时、频域分布，并比较分析信号处理前后的波形变化。 2．实现周期性方波信号的采样恢复处理。信号的基波频率分别选1kHz, 10kHz, 观察信号的时、频域分布，并比较分析信号处理前后的波形变化。 3．把基波频率为10kHz的周期性方波信号进行采样，最终输出为10kHz 的正弦信号，在示波器中进行观察分析。 4．一个频率为2kHz的正弦波混杂了一个50Hz的工频干扰，试用数字滤波器进行滤波处理，输出纯净的正弦波形。 （注：市电电压的频率为50Hz，它会以电磁波的辐射形式，对人们的日常生活造成干扰，我们把这种干扰称之为工频干扰。） 思考题： 1．对欲采集处理的信号首先必须确定哪些技术指标？ 2．采样点数的选取怎样影响信号的频率特性？ 3．信号经过采集处理，恢复后与原信号有何不同？ 4．通过本次实验有什么收获和建议？请写出你的实验小结。
第一章系统开发平台 1.1硬件平台 硬件平台是虚拟仪器的物理基础，所以为了完成虚拟仪器的设计，首先必须要选择合适的硬件平台。本文设计的系统，硬件平台主要由两部分组成：数据采集卡（DAQ）、PC机。硬件平台的结构如图1-1所示。 图1-1 硬件结构平台 1.1.1数据采集卡的选取 由于计算机所能识别的信号是数字信号，振动、温度、湿度等信号经过传感器和放大器可以输出为模拟电信号，必须经过离散化和数字化才能被计算机所识别，数据采集卡就是实现这一转换功能，为整个后续对信号处理中起到了乘前启后的关键作用。一般常用的数据采集卡（DAQ）的结构如图1-2 所示。 图1-2（a）共用一个A/D
图1-2（b）多个A/D 一般数据采集设备的两个主要指标： 1.采样率 对数据采集设备来说，采样率是A/D芯片转换的速率，不同的设备具有不同 的采样率，进行测试系统设计时应该根据测试信号的类型选择适当的采样率，盲 目提高采样率，会增加测试系统的成本。 2.分辨率 分辨率是数据采集设备的精度指标，用A/D转换的数字位数表示。如果把数 据采集设备的分辨率看作尺子上的刻度，同样长度的尺子上刻度线越多，测量就 越精确。同样的，数据采集设备A/D转换的位数越多，把模拟信号划分得就越细， 可以检测到的信号变化量也就越小。在图1-3所示中用一3位的A/D转换芯片去转换振幅为5V的正弦信号，它将峰—峰为10V的电压分成32=8段，则每次采样的模拟信号转换为其中的一个数字段，用000~111之间的码来表示。而用它得到 正弦波的数字图象是非常粗糙的。若改用16位的A/D转换芯片，则将10V电压2=65536段，经过A/D转换之后的数字图象是相当精细，完全能反映出原分成16 始的模拟信号。 图1-3 A/D芯片的位数对反映原始信号的影响
基于LabVIEW的数据处理和信号分析 Liu Y an Y ancheng Institute of Technology, Y ancheng, 224003, China E-mail: yanchengliu@https://www.doczj.com/doc/ef8275877.html, ·【摘要】虚拟仪器技术是一种数据采集和信号分析的方法，它包括有关硬件，软件和它的函数库。用虚拟仪器技术进行数据采集和信号分析包括数据采集，仪器控制，以及数据处理和网络服务器。本文介绍了关于它的原则，并给出了一个采集数据和信号分析的例子。结果表明，它在远程数据交流方面有很好的表现。 【关键词】虚拟仪器，信号处理，数据采集。 ·Ⅰ.引言 虚拟仪器是一种基于测试软硬件的计算机工作系统。它的功能是由用户设计的，因为它灵活性和较低的硬件冗余，被广泛应用于测试及控制仪器领域，。与传统仪器相比，LabVIEW 广泛应用于虚拟仪器与图形编程平台，并且是数据收集和控制领域的开发平台。它主要应用于仪器控制，数据采集，数据分析和数据显示。不同于传统的编程，它是一种图形化编程类程序，具有操作方便，界面友好，强大的数据分析可视化和工具控制等优点。用户在LabVIEW 中可以创建32位编译程序，所以运行速度比以前更快。执行文件与LabVIEW编译是独立分开的，并且可以独立于开发环境而单独运行。 虚拟仪器有以下优点： A：虚拟仪表板布局使用方便且设计灵活。 B：硬件功能由软件实现。 C：仪器的扩展功能是通过软件来更新，无需购买硬件设备。 D：大大缩短研究周期。 E：随着计算机技术的发展，设备可以连接并网络监控。 这里讨论的是该系统与计算机，数据采集卡和LabVIEW组成。它可以分析的时间收集信号，频率范围：时域分析包括显示实时波形，测量电压，频率和期刊。频域分析包括幅值谱，相位谱，功率谱，FFT变换和过滤器。另外，自相关工艺和参数提取是实现信号的采集。 ·II.系统的设计步骤 软件是使用LabVIEW的AC6010Shared.dll。包中的三个功能被使用。分别用AC6010- AD.VI，与AC6010- DI.VI和AC0610- DO.VI实现数据采集，数据输入和数据输出。测试范围的选择，对测试通道和测试时间的设置是由与AC6010- AD.VI完成的。在这里，测试范围为3-5V电压。由于LabVIEW的强大，一些额外的功能可以被添加到系统中。用户必须做几个步骤：
实验一LabVIEW中的信号分析与处理 一、实验目的： 1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法； 2、熟悉数字滤波器的使用方法； 3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。 二、实验原理： 1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号；将时域信号变换到频域，以显示在时域无法观察到的信号特征，主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信号都是数字信号，对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法： ·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性，其输出为单边幅频图和相频图。 ·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果，其输出为双边频谱图，在使用时注意设置FFT Size为2的幂。 ·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱，主要用于对一维数组进行频谱分析，需要注意的是，需要设置其dt（输入信号的采样周期）端口的数据。 2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波，只允许特定频率成份的信号通过。滤波器的主要类型分为低通、高通、带通、带阻等，在使用LabVIEW中的数字滤波器时，需要正确设置滤波器的截止频率（注意区分模拟频率和数字频率）和阶数。 3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度（THD），该vi还可分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。 三、实验内容： (1) 时域信号的频谱分析 设计一个VI，使用4个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），将这4个正弦信号相加并观察其时域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析，观察其幅频和相频图，并截图保存。
课题名称基于LabVIEW8.0的虚拟函数信号发生器的设计 指导教师姓名肖俊生 学生姓名刘增辉 专业自动化 学号 0967106205
基于LabVIEW的虚拟函数信号发生器的设计 摘要 本文实现了基于LabVIEW8.5的虚拟正弦波、方波、三角波、锯齿波以及任意信号波形的信号发生。操作人员可以根据需要,改变波形的频率、幅值、相位、偏移量等参数，并可保存波形的分析参数到指定文件。本论文首先简介了虚拟函数信号发生器的开发平台，及虚拟信号发生器的设计思路，并且给出了基于LabVIEW的虚拟信号发生器的前面板和程序设计流程图，讲述了功能模块的设计步骤，提供了虚拟发生器的前面板。本仪器系统操作简便，设计灵活，具有很强的适应性。 【关键词】：虚拟仪器，LabVIEW，信号发生器 第一章虚拟仪器（Virtual Instrument） 1.1 虚拟仪器概念 虚拟仪器的起源可追溯到20世纪70年代。“虚拟”的含义主要是强调了软件在这类仪器中的作用，体现了虚拟仪器与主要通过硬件实现各种功能的传统仪器的不同。由于虚拟仪器结构形式的多样性和适用领域的广泛性，目前对于虚拟仪器的概念还没有统一的定义。美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，NI）认为，虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机操纵的模块化仪器系统。 虚拟仪器主要由通用的计算机资源（例如微处理器、内存、消声器）、应用软件和仪器硬件（例如A/D\、D/A、数字I/O、定时器、信号调理等）等构成。使用者利用应用软件将计算机资源和仪器硬件结合起来，通过友好的图形界面来操作计算机，完成对测试信号的采集、分析、判断、显示和数据处理等功能。虚拟仪器中的硬件主要用于解决信号的调理以及输入、输出问题。而软件主要用于实现对数据的提取、分析处理、显示以及对硬件的控制等功能，这些功能在传统电子仪器中往往通过硬件来实现。图1-1给出了一种利用数据采集卡实现的虚拟
信号与系统课程设计周期三角波的合成设计与实现
目录 引言 (3) 2虚拟仪器开发软件LabVIEW8.6入门 (4) 2.1LabVIEW8.6介绍 (4) 2.1.1LabVIEW的定义： (4) 2.1.2LabVIEW的用途： (4) 2.1.3LabVIEW的发展历程： (4) 2.2利用LabVIEW8.6编程完成的一些习题设计 (5) 3利用LabVIEW8.6实现周期性三角波信号的叠加的设计 (22) 3.1 周期性三角波信号的叠加的基本原理 (22) 3.2 周期性三角波信号的叠加的编程设计及实现 (23) 结论 (28) 参考文献 (29)
引言 “最初只存在机器语言，计算机的世界里一片黑暗。可是不久，汇编语言问世了，给计算机的世界投下了一缕曙光。后来，Fortran 的出现带来了光明。”LabVIEW 图形化编程语言的出现终于把人们——尤其是工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放出来，使他们能够真正专心于自己所关注的事情。 虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。计算机与仪器硬件又称为VI 的通用仪器硬件平台。 传统仪器 虚拟仪器 能厂商定义功能 用户定义功能 关键字：虚拟仪器 LabVIEW 图形化 计算机 P R O C E S S O R B U S C o n d i t i o n i n g T i m i n g A / D D /A D I /O T I /O DISPLAY AND CONTROL 488 P O R T 礟 M a t h M E M O R Y 礟R O M
2虚拟仪器开发软件LabVIEW8.6入门 2.1LabVIEW8.6介绍 2.1.1LabVIEW的定义： LabVIEW（Lab oratory V irtual I nstrument E ngineering W orkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。 LabVIEW程序被称为VI（Virtual Instrument），即虚拟仪器。 LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。 LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。 2.1.2LabVIEW的用途： LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统 2.1.3LabVIEW的发展历程：
信号与线性系统课程设计 报告 课题名称：基于LABVIEW的心电信号的分 析 班级:通信102班 姓名：杨成方 学号：102140 成绩： 指导教师：王宝珠 日期：2012.12.30
基于LABVIEW的心电信号的分析 摘要： 心电信号分析系统是读取心电信号文件，并对其做一定的数字信号处理，以及进行频谱分析等。 Labview是一种带有图形控制流结构的数据流模式,程序执行是由数据驱动，同时也是一种图形化的编程语言。本设计采用Labview综合运用其丰富的VI库来实现心电信号的读取、线性插值、滤波、谱分析。该课题利用VI库中索引数组、数组子集、字符串--数值转换、While循环、For循环、chebyshev滤波器等，得到了简单的读取、插值、滤波、谱分析等功能，对心电信号做简单的数字信号处理。 关键词：Labview,心电信号，VI库，谱分析 1课程设计的目的、意义 本课题主要研究基于Labview的数字心电信号初步分析及其各种滤波器的应用。通过完成本课题的设计，了解基于LabVIEW虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉并掌握LabVIEW的使用及练习使用其不同的功能，了解人体心电信号的时域特征和频谱特征，通过对心电信号的滤波处理、频谱分析，进一步了解数字信号的分析方法，进一步加深对各种滤波器（巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫)的理解。此外，通过本课题的设计，培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 心电信号分析是一门比较实用的电子工程的专业课程。当今社会，心血管疾病是发病率和死亡率最高、对人类生命威胁最大的疾病。心电信号预处理就是对心电信号的时域特征、频域特征进行了解，以便以后对心电信号的自动识别起到一定的基础作用。另外，Labview具有强大的虚拟仪器功能和软件开发功能，运行速度快、兼容性和移植性好、方便易用，适合于课程设计短期内完成。 2 设计任务及技术指标 课题所用信号是美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库（一个权威性的国际心电图检测标准库），近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH 数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。 为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的源心电信号数据。利用labvIEW提供的文件I/O函数，读取txt数据文件中的信号，并且还原实际波形。 2.1设计任务 设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统，对原始心电信号做输入
第七章信号分析与处理 7．１概述 LabVIEW 6i版本中，有两个子模板涉及信号处理和数学，分别是Analyze子模板和Methematics子模板。这里主要涉及前者。 进入Functions模板Analyze》Signal Processing子模板。 其中共有6个分析VI库。其中包括： ①．Signal Generation（信号发生）：用于产生数字特性曲线和波形。 ②．Time Domain（时域分析）：用于进行频域转换、频域分析等。 ③．Frequency Domain（频域分析）： ④．Measurement（测量函数）：用于执行各种测量功能，例如单边FFT、频谱、比例加窗以及泄漏频谱、能量的估算。 ⑤．Digital Filters（数字滤波器）：用于执行IIR、FIR 和非线性滤波功能。 ⑥．Windowing（窗函数）：用于对数据加窗。 在labview\examples\analysis目录中可找到一些演示程序。 7．２信号的产生 本节将介绍怎样产生标准频率的信号，以及怎样创建模拟函数发生器。参考例子见examples\analysis\sigxmpl.llb。 信号产生的应用主要有： ●当无法获得实际信号时，（例如没有DAQ板卡来获得实际信号或者受限制无法访 问实际信号），信号发生功能可以产生模拟信号测试程序。 ●产生用于D/A转换的信号 在LabVIEW 6i中提供了波形函数，为制作函数发生器提供了方便。以Waveform>>Waveform Generation中的基本函数发生器（Basic Function Generator.vi）为例，其图标如下： 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
利用ＬabＶIＥW实现信号处理
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利用LaｂVＩEW实现信号处理 摘要 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析正是信号处理中的一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成,价格昂贵,体积庞大,不便于工程技术人员携带。而基于ＬａｂVIＥW设计的虚拟频谱分析仪,用软件代替硬件，价格低，便于工程技术人员完成现场信号的采集、处理及频谱分析。 现今最有代表性的图形化编辑软件——LaｂVＩEW，用之模拟从DAQ板卡中采集到一路带有均匀白噪声的正弦信号,显示其波形，并分析、显示其幅频特性曲线以及相频特性曲线。另外本文还根据LａbVIEＷ中的子程序，实现了语音信号的录音与播放。 关键词虚拟仪器数据采集总线LabVIEW １.1 LabVIEW简介 ＬabVＩEW (ｌaｂｏｒatory vｉrtｕａl instrument enｇineering wｏkbｅncｈ——实验室虚拟仪器工程平台）的概念,是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合,是构建虚拟仪器的理想工具。LaｂVIＥW和仪器系统的数据采集、分析、显示部分一起协调工作, 是简化了而又更易于使用的基于图形化编程语言G的开发环境。 ＬabVIEW集成了很多仪器硬件库，如GPIB/ＶＸI/PXI／基于计算机的仪器、RＳ232／４8５协议、插入式数据采集、模拟/数字/计数器Ｉ／Ｏ、信号调理、分布式数据采集、图像获取和机器视觉、运动控制、ＰLC/数据日志等。 与传统的编程方式相比,使用LabＶIＥＷ设计虚拟仪器,可以提高效率4～１0倍。同时,利用其模块化和递归方式,用户可以在很短的时间内构建、设计和更改自己的虚拟仪器系统。 1.２用LaｂVIEＷ设计虚拟仪器的步骤 ＬabVIEＷ编程一般要经过以下几个步骤。 １、总体设计:根据用户需求，进行ＶI总体结构设计，确定面板布局与程序流程,并保证所使用的虚拟仪器硬件在LaｂＶＩEW函数库中有相应的驱动程序。 2、前面板设计:在ＬabVIEW的前面板编辑窗口内，利用工具模板和控件模板进行ＶI 前面板的设计。 3、方框图编程:在LabVＩＥW的方框图编辑窗口内，利用工具模板和函数模板进行方