基于单片机的环境噪声监测仪的设计

基于单片机的环境噪声监测仪的设计【摘要】噪声对人体健康有着严重的危害，因此减少噪声危害已成为当前一项重要的任务。环境噪声监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节。凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音都叫做噪声。从这个意义上来说，噪音的来源很多，如，街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，都是噪声。本文详细介绍了噪声监测系统的测量原理和系统组成，包括：噪声信号的转换、放大、V/F转换、数据采集和显示系统的设计。外界噪声信号通过传声器转换成音频信号，电信号经过放大和V/F变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的噪声分贝值通过LED显示，从而实现噪声的实时监测。该系统具有实现简单，精确度高，可用于实际进行噪声的实时监测等特点。【关键词】运算放大器V/F转换器单片机LEDDesignofanenvironmentnoiseinstrumentonthebasisofsinglechipcomputer[Abstract]Thenoisedoesthehealthofpeoplealotofharm,socuttingdownthedangerofthenoisehasbecomeatermofimportanttasknow.Measuringnoiseofenvironmenthasplayedanimportantroleinimprovingthelivingqualityandstrengtheningtheenvironmentsafeguard.Inthepaper,themeasurementprincipleandthesystemconstitutionareintroducedindetail,including:thenoisesignalconvertingsystem,signalmagnifyingsystem,V/Fconvertingsystem,datacollectionandindicationsystem.Thispaperintroducesthewaystoconvertthereal-timemonitoringofthenoiseintoacousticfrequencyelectricalsignalbyusingmicrophone,operationalamplifierandV/Fconverter,whichwillactasSingleChipMicoyo’sinputsignal.ThentheSCMwillchangeitintoanoiseDBvalue,whichwillbedisplayedonLED.Thissystemissimple0andhashighprecision,soitisalwaysusedinmonitoringtheurbannoisereal-time.[Keywords]amplifierV/FconverterSingleChipComputerLEDI目录第1章引言............................................................11.1课题产生的背景..................................................11.2有关噪声的基础知识..............................................21.3噪声监测系统的研发现状..........................................71.4本课题的主要任务及意义..........................................7第2章噪声监测系统的总体方案设计......................................92.1噪声监测系统任务分析............................................92.2硬件系统设计方案................................................92.3软件系统设计方案...............................................10第3章噪声监测系统的硬件设计.........................................123.1传声器.........................................................123.2信号放大器.....................................................143.3交直流转换电路的设计...........................................163.4电压-频率转换电路的设计........................................173.5单片机系统的设计...............................................203.6显示及指示电路的设计...........................................26第4章噪声监测系统的软件设计.........................................294.1噪声监测系统的软件设计方案.....................................294.2系统内部RAM的分配.............................................314.3中断服务程序的设计.............................................314.4查表子程序.....................................................354.5显示子程序.....................................................364.6指示范围子程序.................................................37第5章系统调试与分析.................................................395.1调试分析的一般过程.............................................395.2硬件调试.......................................................395.3软件调试.......................................................405.4噪声监测器的系统调试...........................................405.5调试故障及原因分析.............................................41II5.6测试结果分析...................................................41结论................................................................43社会经济效益分析......................................................44参考文献..............................................................45致谢................................................................46信息工程学院基于单片机的环境噪声监测仪的设计第1页共46页第1章引言1.1课题产生的背景噪声即噪音，是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。噪音的波形是杂乱无章的。从环境保护的角度看，凡是影响人们正常学习、工作和休息的声音，凡是人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。如机器的轰鸣声，各种交通工具的马达声、鸣笛声，人的嘈杂声及各种突发的声响等，均称为噪声。噪声污染属于感觉公害，它与人们的主观意愿有关，与人们的生活状态有关，因而它具有与其他公害不同的特点。噪音污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工、社会噪音如音乐厅、高音喇叭、早市和人的大声说话等。环境噪声监测是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节，在各大城市的繁华街区和居民区，已有大型环境噪声显示器竖立街头。但目前国内的便携式噪声测试仪，多为价格昂贵的进口专用设备，除卫生、计量等环保专业部门拥有外，无法作为民用品推广普及。本文介绍一种以89C52单片机为核心，采用V/F转换技术构成的低成本、便携式数字显示环境噪声测量仪。该仪器工作稳定、性能良好，经校验定标后能满足一般民用需要，可广泛应用于工矿企业、机关学校等需要对环境噪声进行测量和控制的场合。噪声测量一般有如下几个方面的目的：测量声压级以了解噪声对环境的污染情况，检验噪声是否符合有关标准；进行噪声信号的频谱分析，以了解噪声的频率结构；测量噪声源的声功率或声功率级，以客观了解噪声源特性。按测量环境来分，噪声测量分实验室测量和现场测量两种。所谓噪声的实验室测量是指将被测对象放在消声室或混响室中测量，其测量的精度比较高。但由于条件的限制，大多情况下只能进行现场测量。为了更客观地表示仪器设备的噪声源特性，往往需要测量噪声源的声功率级。因为在一定的工作状态下，仪器的声功率级是一个恒量，它不象声压级随距离的改变而改变。但声功率级是不能直接测出的，它是在特定条件下，由测得的声压级计算而得到的。此处仅对常用的自由场法作一简单的介绍。设PL是以噪声源为中心，r为半径的球面S上数个测点测出的平均声压级。r应选择得足够大，一般为被测对象尺寸的两倍。设参考面积S0为1㎡，则在自由场中的声功率级WL为信息工程学院基于单片机的环境噪声监测仪的设计第2页共46页)(11lg20lg10000dBKrLKSSLLPPW(1-1)如仪器放在坚硬的地面上，此时声源以半球面辐射。于是式（1-1）化为8lg202lg10002KrLKrLLPPW(1-2)式中，0K为非标准气压和温度状态时的修正量；PL按下式求得：0lg20ppLp(1-3)式中，2/12)(nppi，为n个测点平均声压；ip为第i个测点的声压；0p为基准声压。为了满足自由场条件，此时，距离声源为1r和2r两点处的声压级应满足下列关系：1221lg20rrLLpp(1-4)当212rr时，)(6lg201221dBrrLLpp，即在自由场中距离加倍，噪声级减少6dB，据此，可以判断声场是否为自由场。本文所述的测量系统主要是考虑人耳对噪声的主观评价。因此采用声功率级测量，即外界噪声信号通过传声器转换成音频信号，经过放大和V/F变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的DB值通过LED显示，从而实现噪声的实时监测。1.2有关噪声的基础知识一、振动与声振动与声是紧密相连的，不同的声音就是不同的振动方式，声源体发生振动会引起四周空气振荡，这种振荡方式就是声波。声音是以声波的形式进行传递和存在的。声波借助空气向四面八方传播。声波在传播中遇到障碍物时，它的能量一部分会被障碍物吸收，另一部分会被反射回来。若在一个封闭的室内，产生的反射声波会被周围的墙壁、天花板和其它障碍物所吸收和反射，形成一系列逐渐衰减的反射声波。声波是一种机械波，具有纵波一般的波动特性，例如，反射、折射、绕射、干涉等。机械振动常常引起声波辐射