开放实验项目实施方案.doc

开放实验项目实施方案项目名称：一种基于声卡和MATLAB的信号采集和分析系统的研制项目进程及时间安排：一、准备阶段： 通过网络检索，对工程问题中信号采集与分析手段的现状作一个简单的调研，仔细分析基于声卡和MATLAB 的信号采集与分析方法的需求。 查阅相关文献资料，了解基于声卡和MATLAB 的信号采集与分析方法的具体实施流程，分析现阶段此方法实施过程中可能产生的难点，存在的一些突破点，以明确项目开展的目标。项目实施前期，阅读有关书籍资料，充分掌握声卡的结构及工作原理，MATLAB数据采集工具箱和信号处理与分析工具箱中各工具的功能用法，在此基础上设计基于声卡和MATLAB 的信号采集和分析的系统，使其能实现简单、方便、经济的信号采集与分析。准备阶段的时间安排为2011年9月25日2011年10月7日，该阶段由全体组员参与，不进行分工。二、实施阶段：综合考虑声卡和MATLAB各自的功能，设计基于声卡和MATLAB的信号采集和分析系统的大致框图如图1：图1. 基于声卡和MATLAB的信号采集和分析系统框图（1）信号采集： 对于信号源的选取，我们首先考虑采用简单规律的信号，例如正弦、脉冲、斜坡、阶跃，随机信号等。在以上信号的采集与分析的基础上，进一步扩大信号源的采集范围。按声音所占频带宽度区分，分别采集窄带语音、宽带语音、数字音频广播、高保真立体声音频等相关音频资料作为信号源。我们考虑将笔记本自带的麦克风作为信号采集传感器，利用麦克风将音频信号转换为模拟信号（电压信号）。信号调理是将转换后的电压信号进行降压处理，使其变化范围在-1V+1V之间以满足声卡的输入要求。 模拟信号从话筒或线路输入，接到声卡的LINE IN 插口，在声卡中经过A/ D 转换后由数字信号处理(DSP) 芯片压缩处理以数字文件存入硬盘。至此，音频信号已转换为电脑可以识别的数字信号。信号采集主要运用MATLAB中的数据采集工具箱。拟采用具体步骤如下：创建设备对象；给设备对象添加通道；设定设备属性值（采样频率和采样时间），控制数据采集；数据采集及结果处理；清除内存中的设备对象。根据以上步骤，运用MATLAB编程实现信号的采集。MATLAB数据采集程序流程图如图2所示：图2. MATLAB数据采集程序流程图 考虑通过以上步骤将经过声卡后形成的数字信号采集到MATLAB软件环境中，完成信号采集工作。该部分内容由组员刘云飞负责实施，计划实施时间为2011年10月8日2011年10月18日。（2） 信号分析MATLAB软件的信号处理与分析工具箱为动态数据分析提供了十分丰富的函数，利用这些函数可以快捷而又方便地完成动态数据分析。对信号的分析与处理考虑开展如下工作：从数据采集部分获取数据，或者从数据文件读取数据；对数据进行滤波，消除随机噪声；保存滤波后所有数据和部分数据对应的时域谱和频谱数据；显示全部数据的时域图和频谱图；对数据做局部分析，包括对信号的时域和频域分析；其他功能，对一些特殊信号采用个别分析与处理方法。其中对信号的时域与频域分析采用的具体分析方法如下： 选取不同的信号源，运用MATLAB编程做出对应信号的时域图、频域图、幅值，相位图等，观察各图谱的形状、变化走势，进而分析并总结每一类信号的特征性质。项目实施过程中，信号的分析与处理计划在2011年10月19日2011年11月11日进行，由组员杨宵和王颖主要负责开展。（3） 系统界面设计利用MATLAB软件的数据采集工具箱和信号处理与分析工具箱能够实现对信号的采集与分析，但是程序方式不便于采集参数的设置以及分析结果的图形显示。因此，我们在以上各部分工作的基础上，考虑运用MATLAB的图形用户接口建立数据采集分析界面，更好的实现人机交互。借助专用于G U I 程序设计的向导设计器GUIDE，根据系统使用需要设置各种图形对象，如图形窗口、图轴、菜单、按钮、文本框等，从而构建数据采集分析界面。我们考虑设计的用户界面能够实现如下功能： 信号滤波后的时域图和频域图的显示； 单、双通道功率谱平均和的显示(对数或线性)； 传递函数的幅度频谱与相位频谱的显示(对数或线性)； 相干函数计算与显示；信号采集时间和采集频率的设置； 信号分析的时域范围及频域范围的选择； 信号分析方法的设置； 采集数据的存盘与重载等。 计划实现的数据采集分析界面如图3所示：图3.数据采集分析界面 系统界面设计主要由组员王俊逸负责完成，计划实施时间为2011年11月12日2011年11月30日。（4） 系统测试及优化在完成以上项目内容的基础上，试用信号采集与分析系统。选取不同类型、不同频带宽度的声音信号，用导线输入到PC机声卡的LINE IN 中。运用数据采集分析界面，通过设置合适的参数对音频信号进行分析处理，得到一定的时域图和频谱图。参照各频谱图对信号的频率、幅值等各参数做进一步的分析处理。从而验证我们所研制的基于声卡和MATLAB 的信号采集和分析系统。针对试验过程中出现的问题，提出一些解决措施。尝试实现准备阶段提出的系统存在的一些突破点。最后，通过陈老师指导进一步的修改和完善基于声卡和MATLAB的信号采集和分析系统。该部分内容计划在2012年2月1日2月1