基于MATLAB的数据采集与分析系统设计文献综述

物理量
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传感器
信号调理
数据分析
变换器
数据采 集硬件
CPU
SOFTWARE
在采集过程中，将传感器获取的参数通过 A／D 转换送入内存，然后由 CPU 对 其进行分析、运算和处理，如数字滤波、量纲变换、误差修正、数字显示等。
在当今社会各个领域，包括科研和实验研究，数据采集系统【2】有着不可代 替的作用，数据采集和处理进行得越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就 越大．数据采集系统性能的好坏主要取决于它的精度和速度，在保证精度的条件 下，还要尽可能地提高采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。
【4】周渊，李淳，李震《基于 MATLAB 的数据采集与分析系统设计》集成电路与 元器件卷
【5】题原，张劲松《基于 MATLAB 的语音信号采集和分析系统的可视化设计》 文章编号：1007-984X(2006)06-0043-04
【6】余新平，张弦《基于 MATLAB 的实时数据采集与分析系统的实现》2[文献标 识码]A[文章编号]1673—1409(2006)04—0080—04
电脑
声卡
控制程序
分析处理
传感器
结果显示
用以显示最新采集到的数据，通过应用多种时域和频域的分析方法准确地提取信 号的短时能量、短时平均幅度、短时平均过零率等重要的语音特征参数，按照强 度由低到高，将分析后的结果以图形的形式显示出来。这种方式不仅能够实现低 成本、高精度的实时采集,还能将信号资料导入系统进行时域和频域分析。通过 编写程序显示最新采集到的数据，信号分析时，采用滤波方式来去除干扰信号以 更准确的确定频率成份，使主要频段的成分一目了然，并且用户可以自己设定采 样时间和采样频率。
MATLAB 自带的数据采集工具箱(Data AcquiSition Too1box)是为简化和加 快数据采集工作而设计的。使用该工具箱更容易将实验测量得到数据进行分析和 可视化操作。【2】数据采集工具箱提供了一整套的命令和函数，可以用来直接控 制与 PC 机兼容的数据采集硬件设备的数据采集和通讯。这些设备包括：多媒体 声卡，美国国家仪器 E 一系列，1200 一系列接口板，Hew1ett—PackardVxIE 1432系歹 U 接口板以及其它的各种数据采集硬件设备。硬件数据采集设备的内部特性 对 MATLAB 接口完全透明。无论是使用一个或几个硬件设备，数据采集工具箱会 向所有的硬件设备提供单一的和统一的接口。通过调用 MATLAB 命令和函数可以 对与 Pc 机兼容的数据采集硬件设备进行访问并对它的属性进行可视化控制。因 为数据采集工具箱集成于 MATLAB 中，所以在进行数据采集的同时，可以对采集 的数据进行实时分析，或者存储后再进行处理，或者针对数据分析的需要对测试 条件的设立进行不断的更新。
【7】陈德娟《基于 Matlab 的数据采集系统设计》 【8】曲喜强、刘 哲《基于声卡的音频信号采集与分析系统设计》 【9】全必胜,李斌《基于声卡和 MATLAB 的数据采集与分析系统设计》 【10】陈家焱,陈冬娇,董晓峰《基于声卡和 Matlab 的信号采集与分析系统设计》 【11】马超、高世伦《基于 MATLAB 的噪声信号采集与分析系统研究》
数据分析是指用适当的方法对采集来的数据进行分析，以求最大化地开发数 据资料的功能，发挥数据的作用，并将分析结果显示出来。通过数据采集硬件采 集到数据，然后将其传送到 CPU 中，应用不同的软件，将采集到的数据进行实时 分析，并显示出分析结果。常用的信号分析方法有时域分析、频域分析、功率谱 分析等。时域分析主要提供信号的均值、方差和自相关函数等信息;频域分析则 着重于了解信号的频率组成;功率谱分析方法则是从功率的角度了解信号的频率 组成【3】。
【12】雷学堂,徐火希《基于 MATLAB 的语音滤波设计》 【13】雷学堂,徐火希《可直接感受的基于 MATLAB 的语音滤波》 【14】雷学堂《基于 MATLAB 的语音滤波实验设计》文章编号:10024956(2007)04
一 0038 一 04 【15】范影乐，杨胜天，李轶《MATLAB 应用详解【H】，北京:人民邮电出版社
数据采集与分析技术中对声音信号的采集是很重要的一块，雷学堂、徐火希 利用数据采集工具箱(DAQ)和信号处理工具箱开发的一套声音信号采集分析系 统，如图所示：就是通过传感器感应到外部的信号，在计算机内建立模拟的输入 对象，声卡将传感器采集的信号向内存中读入数据，计算机通过控制程序将数据 采集进系统，并将程序嵌入到界面中，
二 正文
数据采集与分析技术中，语音信号的采集与分析技术【11】是一门涉及面很广 的交叉科学，它的应用和发展与语音学、声音测量学、电子测量技术以及数字信 号处理等学科紧密联系。作为高科技应用领域的研究热点，语音信号采集与分析 从理论的研究到产品的开发已经走过了几十个春秋，并取得了长足的进步。它的
快速发展可以说是从 1940 年前后 Dudlcy 的声码器和 Potter 等人的可见语音开始 的，经过数十年的发展，语音信号采集与分析在实用化方面取得了许多实质性发 展，鲁棒的语音识别、基于语音段的建模方法及隐马尔科夫模型都成为研究的热 点。
基于 MATLAB 的数据采集与分析系统设计文献综述
一 前言
数据采集系统涉及多学科，所研究的对象是物理或生物等各种非电或电信号， 如温度、压力、流量、位移等模拟量，根据各种非电或电信号的特征,利用相应 的归一化技术，将其转换为可真实反映事物特征的电信号后，经 A／D 转换器转 换为计算机可识别的有限长二进制数字编码，即数字量，并进行存储、处理、显 示或打印【1】。以此二进制数字编码作为研究自然科学和实现工业实时控制的重 要依据，实现对宏观和微观自然科学的量化认识。典型的数据采集系统组成如图 1 所示。
四 参考文献
【1】程伟，程文波，李灿平《基于 MATLAB 的实时数据采集与分析研究》电子测 量技术，第 31 卷第 8 期
【2】法林，陈文辉，董大群．MATLAB 的数据采集工具箱---一种与硬件设备通 讯的新工具箱[J]，石油仪器，2001．15(1)：56—58
【3】题原，张劲松《基于 MATLAB 的语音信号采集和分析系统的可视化设计》齐 齐哈尔大学学报
三 结语
数据采集与分析系统设计是一门综合性学科，它涉及传感器原理及应用，电 子测量技术以及数字信号处理等多门学科，而数据本身就多种多样，在采集方面 就有很多的方法。传统的数据采集与分析是通过各种专业采集仪器来实现的。每 台仪器只能用于某些特定的测量分析项目，应用范围较窄。通过数据采集硬件设 备将传感器得到的模拟信号读入计算机，在计算机上完成数据的分析与存储，可 以取代各种声学仪器，使整个系统具有操作界面一目了然、参数设定便捷、升级 更新与硬件无关等优点，是一种具有实际应用潜力的数据采集与分析系统。【16】
2001 【16】马明建，周长城．数据采集与处理技术[M]．西安： 西安交通大学出版社 ，
1989．
在实时数据采集与分析中，张劲松、余新平、张弦通过将 MATLAB 与声卡 相结合，将声卡作为 A／D 转换工具，将信号发生器产生的各种信号，用导线 输入到声卡的 LINEIN 中，通过声卡将声音传感器得到的模拟语音信号转
信
传
号
感
源
器
信
号
声
调
卡
机
理
软 件 环 境
MATLAB PC
与信 分号 析采
集
换成数字信号输入计算机，实现对数据的采集，然后利用 MATLAB 强大的数值 计算和信号处理功能，对采集到的数据进行分析，将波形特性在时域图和频谱图 上显示出来。【5-9】和传统的数据采集系统相比，这种数据采集系统廉价而且性能 优越，用户可以根据分析的结果，自己设定采样时间和采样频率。但是同样的输 入信号在不同的采样频率时，其显示的波形略有差异，采样频率越高，其显示的 波形越好，失真越小。但该系统中的最高采样频率受声卡的限制，不能采集到所 有的信号，必须根据现场的实际情况进行改变。
MATLAB(Sa~rix Laboratory)是美国 Mathworks 公 司推出的一套用于工程计 算的可视化高性能语言与软件环境。它以矩阵计算为基础，将计算及可视化程序 设计融合在一个交互式的工作环境中【4】。现已发展成为一个具有高性能数值计 算和可视化功能的科学计算环境。集成了数值计算、矩阵计算、信号处理与图形 编辑等众多功，具有高效的数值计算、符号计算、文字处理、可视化建模以及实 时控制能力，被广泛的应用于信号与图像处理、控制系统设计、通信、系统仿真 等诸多领域。