噪音检测报警系统的设计与研究-毕业设计

I噪音检测报警系统的设计与研究学生：XX指导老师:XX内容摘要：本文以AT89S52单片机为控制核心,通过播音判断电路寻找广播间歇时段,实时采集噪声环境内的噪音信号,根据A/D转换后的噪音电平值计算出复杂环境下噪声信号的平均功率;根据噪声信号的功率大小自适应地控制大厅环境内的广播音量,实现了复杂噪声环境下自适应音量控制系统。该系统的硬、软件设计简单,性能良好,价格低廉。实验结果表明,该系统实现了预期功能,自适应效果良好,性价比较高,具有良好的推广价值。关键词:语音判断噪音采集自适应音量控AT89S52单片机IIAnadaptivevolumecontrolAT89S52MCUsystembasedonnoisecollectionisintAbstract：roduced.Bylookingforbroadcastingintermittentperiodusingthevoicejudgecircuit,complicatednoisesignalathallenvironmentissampledreal2time.ThroughA/Dconversionandcalculation,theaveragepowerofnoisesignalcanbemeasured.Accordingtotheaveragepowerofnoisesignal,anadaptivevolumecontrolsystematcomplicatednoiseenvironmentisdesigned.Thedesignofhardwareandsoftwareissimpleandcostperformanceisgood.Experimentalresultsshowthatthewholesystemcanadaptiveadjustsvolumeaccordingtotheenvironmentnoisesignal,anditsengineeringvalueisgood.Keywords：voicedetectionnoisesamplingadaptivevolumecontrolAT89S52III目录前言.....................................................................11硬件设计方案..........................................................21.1系统组成与工作原理...............................................21.2系统组成框图.....................................................21.3噪音检测电路.....................................................31.4播音判断电路.....................................................31.5A/D接口与CPU控制电路..........................................42软件设计方案..........................................................52.1软件设计思路.....................................................52.2程序流程框图.....................................................52.3程序源码.........................................................63软件综合调试..........................................................93.1系统调试工具keilc51............................................94实验结果.............................................................105结束语...............................................................11参考文献................................................................1341噪音检测报警系统的设计与研究前言噪音能够给人带来生理上和心理上的危害主要有以下几方面:a.损害听力b.噪音损害视力c.有害于人的心血管d.影响人的神经系统,使人急躁、易怒e.影响睡眠,造成疲倦。因此噪声对环境的监测与控制在对人的身体健康和身心健康方面有着重要的作用，加强对环境噪音的检测与控制显得尤其重要。随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，为智能噪音测控系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。同时由于单片机具有集成度高、功能强、体积小、价格低、抗干扰能力等优于一般CPU的优点，因此，在要求较高控制精度和较低成本的工业测控系统中，往往采用单片机作为数字控制器取代模拟控制器。我国环境噪声自动连续监测系统的技术要求已纳人国家标准,国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局在年颁布修改的《声环境质量标准及测量方法》,在测量仪器中增加环境噪声连续自动监测仪器,并要符合有关规定。北京、上海、广州等大城市目前已安装丹麦公司生产的环境噪声连续自动监测系统。国产的环境噪声续自动监测系统已有产品。目前我国环境监测部门的噪声监测仪器大部分都采用具有单片机处理功能的积分统计声级计,属便携式仪器,这些声级计灵敏度随气压、温湿度而变化,影响测量精度,需要经常校准,声级计的关键部件传声器和整机不能在户外长期全天候的工作,并需避雨雪、潮湿、风沙,否则声级计的测量精度明显下降,测量误差会很大甚至停止工作。在车站、码头、机场等公共大厅环境内均安装有公共广播系统,主要用于广播班次、通知等信息。然而大厅内的噪音是各种不同频率和强度声音的无规则的组合,情况是复杂多变的,如旅客的嘈杂声、机车的启动、进站等大强度噪音均会对大厅广播造成干扰,导致旅客听不清广播信息。如果长时间开大广播音量则会引起听觉不适。如果手动实时进行音量调节也不太现实。通常,广播语音信号是间断的,而背景噪音在时间上多少是连续的;且声音信号具有较宽的频带,但能量主要集中在800Hz以下,因此,采用电容驻极式无指向性MIC,可以线性地将此频2段的声波转换为电平信号。根据这些特点,本文以AT89S52单片机为控制核心,通过在播音停顿间隙时刻采集噪音信号,经过A/D转换后计算噪音平均功率;然后根据噪音功率大小,设计并实现了自适应调节广播音量控制系统。1硬件设计方案1.1系统组成与工作原理系统组成框图如图1所示。系统采用AT89S51单片机作为控制核心。大厅内的噪音信号被MIC采集后,经过放大、半波整流,滤波变成直流脉动电压信号,然后通过A/D转换形成数字噪音电平存入AT89S52以备计算。取自大厅广播功放输出的播音信号经过放大限幅、整流滤波后,再与设定值进行二值比较,通过比较判断出此时是否处于播音间隙。CPU只在播音间隙时段启动A/D转换,也就是在这个时段大厅内只有噪音,没有播音,这样就避免了MIC将大厅播音也当做环境噪音采入,保证了两类音源的准确区分。如图2所示。CPU将采集到的最近100个噪音电平值进行计算,得到平均噪音功率值,然后根据不同时刻的噪音平均功率大小控制继电器,切换不同的衰减电阻接入到扬声器回路,最终实现音量的实时控制。1.2系统组成框图MIC放大电路整流滤波AT89C51AD转换功率输出放大限幅整流滤波二值比较衰减电阻切换扬声器3图1.2-1系统框图1.3噪音检测电路由电容驻极式无指向性MIC将噪音声波转换为电压信号后,进入运放NE5532进行信号放大。运放使用12V直流电源,配合调节R13改变放大增益,使线性放大后的交流信号在-6～+6V之间。放大后的信号经过D11、R17组成的半波整流电路,检出0～+6V的直流脉冲信号,再经C14滤除高次谐波后得到相对平滑的直流波动电平。R17与C14组成的RC时间常数约为0.1s,能够较快的反映出噪音信号的直流平均电压,保证了噪声检测的实时性。同时0～+6V的直流电压将覆盖ADC0809的0～+5V的A/D转换区域,基本满足了转换的电平需求。图1.3-1噪声检测部分电路1.4播音判断电路播音口取出音频信号,首先经过运放NE5532放大限幅,然后通过由D21、R24、C23组成的半波整流滤波电路。与噪音检测电路相似,完成对播音信号的直流转换。LM393构成二值判决电路,调节R25确定翻转电平。当LM393的“+”脚电位高于“-”脚电位时,LM393输出高电平;反之,输出低电平。这样,当播音直流信号大于此判决阈值时,LM393输出高电平即认为此时正在播音;当播音4直流信号于此阈值时,LM393输出低电平即认为此时没有播音,可以通知CPU采集噪音值。图1.4-1播音判断电路部分电路图1.5A/D接口与CPU控制电路A/D接口与CPU控制电路如图5所示。本系统A/D图5A/D接口与CPU控制电路转换采用ADC0809;74LS02或非门为ADC0809提供选通逻辑;AT89S52的ALE引脚为ADC0809提供时钟信号;考虑到只有一路噪音模拟信号需要转换,故将ADC0809的3根地址线接地,即选择通道0的信号转换;转换结果送到AT89S52的P0口。LM393的输出接入AT89S52的P3.2口,CPU通过查询此端口判断是否可以启动A/D转换。AT89S52的P1.5、P1.6端口用于输出控制信号,控制继电器的通断,进而切换不同电阻接入扬声器回路。5图1.5-1A/D接口与CPU控制电路2软件设计方案2.1软件设计思路系统的软件采用C语言编写,对单片机进行编程实现各项功能。为了方便程序调试和提高可靠性,软件采用模块化结构程序设计方法,主要包括初始化程序、主程序、定时中断服务程序、各子程序模块等。主程序完成系统初始化,查询各种状态,打开多路转换开关控制相应操作等功能。2.2程序流程框图6图2.2-1程序流程图2.3程序源码#includereg52.h#includeintrins.h#define_Nop()_nop_()sbitD18B20=P3^7;sbitk1=P1^5;unsignedcharflag;unsignedcharu,d[]=;voidTempDelay(unsignedcharus){while(us--);}voidInit18b20(void)初始化采样根据功率切换电阻开始是否有更大噪音出现10秒到时立刻切换电阻7{D18B20=1;_nop_();D18B20=0;TempDelay(80);_nop_();D18B20=1;TempDelay(14);_nop_();_nop_();_nop_();if(D18B20==0)flag=1;elseflag=0;TempDelay(20);_nop_();_nop_();D18B20=1;}voidWriteByte(unsignedcharwr){unsignedcharidatai;for(i=0;i8;i++){D18B20=0;_nop_();D18B20=wr&0x01;8TempDelay(3);_nop_();_nop_();D18B20=1;wr=1;}}unsignedcharReadByte(void){unsignedcharidatai;for(i=0;i8;i++){D18B20=0;u=1;D18B20=1;if(D18B20==1)u|=0x80;T