智能环境噪声测量仪

智能环境噪声测量仪的设计学生姓名：专业：学号：指导教师：本课题的研究目的噪声是日常生活中常见的物理现象。在大多数情况下，噪声是有害的。噪声在生理和心理上也会危害人类的健康，因而已被列入需要控制的危害之一。但噪声也有可以被利用的一面。无论是利用噪声还是防止噪声，都必须确定其量值。在长期的科学研究和工程实践中已逐步形成了一门较完整的噪声工程学科，可供进行理论计算和分析。但这些毕竟还是建立在简化和近似的数学模型上，还必须用试验和测量技术进行验证。随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种仪器设备提出了低噪声的要求，需要进行噪声的分析与设计，并通过实验来验证，改进设计。总之，噪声的测量不仅在噪声研究领域里占有重要的地位，而且已经广泛应用于机械制造、建筑工程、地球物探、生物医疗等各个领域。系统硬件方案设计本次设计包括以下几个模块噪声信号的转换、放大模块交直流转换V/F转换模块控制模块显示模块设计结构简图噪声传声器交直流转换V/F转换电路单片机LED显示噪声监测仪硬件结构框图传声器模块传声器（Microphone）又称话筒，俗称“麦克风”。传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。传声器包括声波接收器和力-电换能器两个部分。由声音造成的空气压力使传感器的振动膜振动，进而经变换器将此机械运动转换成电参量的变化，是噪声测量系统中的一个主要环节。膜片式传声器实物外形如图信号放大模块功率放大器的作用相当于扬声器的音量调节器。音频功率放大电路的作用主要是将信号处理器发送过来的信号功率放大，使其信号的功率达到设计要求。对该部分电路的要求是输出功率大。在电路设计过程中进行对比，通过比较发现LM386集成电路使用简单，基本没有外围器件，而且它还有体积小、电源范围宽、外接元件少、电压增益可调整、频率响应好、输出功率大、总谐波失真小等优点。因此选用LM386来组成音频功率放大电路。LM386由于传声器输出的电信号比较弱，只有毫伏级，为了使数据采集卡能很好的采集到相应数据，必须经过电压放大器进行电压放大，采用LM386芯片电压增益200倍的接法，即在1和8引脚间接10uF的电容，如右图所示。交直流转换电路的设计由AD536构成真有效值TRMS/DC转换电路，AD536内含有源整流器（绝对值电路），平方/除法电路，镜像电流源及缓冲放大器。图中的R2和R3为偏置电阻，两电阻的公共连接端接到AD536的COM，由于AD536的COM内部为CMOS电路，阻抗较高，流经COM端的电流仅为数uA。C1为输入隔直电容，CAV为平均电容，它与内部的电阻r（25KΩ）构成低通滤波器，以获得平均值电压，有效值电压通过AD536的第6脚输出。C21µC31µVin+VsVsCAVCOMbufoutRLbufinIoutAd536CAV1µVinC11µR11K~10Koutput+5VR220KR310KAD536构成真有效值电压表AD536V/F转换模块V/F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。V/F转换芯片LM331LM331内部由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。控制模块主控芯片AT89S52AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。单片机最小系统显示及指示电路的设计本设计中采用LED共阴极4封装型显示器显示。LED显示器是单片机应用系统常用的输出器件。它是由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画点亮。控制不同的组合的二极管导通就能显示出各种字符。它的结构和外型图如右图所示：共阴型数码管结构和外型图指示电路的设计：本设计主要是考虑人耳对噪声的主观评价，对于不同分贝的声音，人产生的感觉是不一样的，因此用三个发光二极管来指示声压级的范围，指示电路的设计如右图所示，图左边的三个端口分别连接AT89S52的P1.0、P1.1和P1.2口，通过单片机编程来控制声压级的指示范围。系统软件方案设计在单片机系统的程序的设计开发中，单片机就如同整个系统的交通中枢，而程序就是组成交通中枢的条条大道，各个部分的模块化的程序就是整个系统的组成成份。子程序包括：中断服务程序的设计、查表子程序、显示子程序、指示子程序。主程序流程图开始设置SP8155初始化定时、计数器T0、T1初始化开中断读计数器置表首地址取表中双字节数xi(TH0)(TH1)i=i+1YN允许高位显示送显示值交换显示位扫描结束吗？NY根据显示值点亮相应的指示灯关中断V/F转换子程序V/F转换子程序主要是指在系统开始运行时，把模拟信号转换成数字信号并传递到单片机所涉及到的程序设计。显示子程序显示子程序主要是来判断是否需要显示,以及如何去显示,也是十分重要的程序之一。显示子程序入口置表扫描次数允许高位显示送显示值延时交换显示位扫描结束吗?返回NY指示子程序本噪声监测系统采用三个不同颜色的发光二极管（分别为蓝、红、黄色），指示所测噪声处于不同的声压级范围。此指示程序的作用是：当声压级为40-59db时，蓝色灯点亮；当声压级为60-79db时，红色灯点亮；当声压级为80-96db时，黄色灯点亮。高位数据送累加器P1.0口置0，蓝色灯亮开始返回A累加器的内容等于4或5？A累加器的内容等于6或7？A累加器的内容等于8或9？P1.1口置0，红色灯亮P1.2口置0，黄色灯亮设计结果由于条件有限，本设计中采用晶体式传声器，其测量精度不是很高，再加上声音信号不容易控制，而且很不稳定。再加上硬件电路中的一些系统误差，所以测量结果不是十分精确。但是，当将被测量的声音信号的音量变大时，LED的显示值变大，反之则变小。而且此系统的测量范围为40db-96db，完全符合设计要求，而且指示灯也能指示一定的声压级范围。故本次设计符合设计的要求，能实现对噪声信号的采集、处理及显示，功能性较强，具有一定的实践意义。感谢各位老师！