传感器与检测技术课程设计报告

北方民族大学课程设计报告院（部、中心）电气信息工程学院姓名马贵书学号20100260专业测控技术与仪器班级测控技术与仪器101同组人员马贵书马宝福韦芳南王思博课程名称传感器与检测技术设计题目名称噪音测量仪的设计起止时间2012.12.27---2013.1.1成绩指导教师签名盛洪江北方民族大学教务处制2教师评语：报告成绩（30%）平时成绩（50%）答辩成绩（20%）总评成绩3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。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、OP07C放大、TLC549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TLC549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：传声器；OP07C运算放大器；TLC549转换器；单片机；LCD1062引言噪声即噪音。是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。噪声通常是指那些难听的，令人厌烦的声音。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89S52单片机为核心，采用TLC549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。4目录摘要....................................................................................................................3引言........................................................................................................................3一、噪声相关资料.......................................................................................................51.1噪声简介..............................................................................................................51.2声压级测量机理.................................................................................................6二、仪器整体方案设计...............................................................................................62.1噪声监测系统任务分析......................................................................................62.2整体设计方案......................................................................................................6三、硬件电路具体设计...............................................................................................73.1传声器.................................................................................................................73.2信号放大器.........................................................................................................83.3A/D转换电路的设计..........................................................................................83.4单片机系统的设计.............................................................................................93.5显示电路的设计................................................................................................10四、主程序...................................................................................错误!未定义书签。五、安装与调试....................................错误!未定义书签。参考文献.....................................................................................................................18结论.............................................................................................................................18附录1..........................................................................................................................195一、噪声相关资料1.1噪声简介1．噪声概念物理学定义：噪声是发生体做无规则时发出的声音。生理学定义：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。从这个意义上来说，噪声的来源很多。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。2．噪声对人的危害随着工业生产、交通运输、城市建筑的发展，以及人口密度的增加，家庭设施（音响、空调、电视机等）的增多，环境噪声日益严重，它已成为污染人类社会环境的一大公害。噪声具有局部性、暂时性和多发性的特点。噪声不仅会影响听力，而且还对人的心血管系统、神经系统、内分泌系统产生不利影响，所以有人称噪声为“致人死命的慢性毒药”。噪声给人带来生理上和心理上的危害主要有以下几方面：①干扰休息和睡眠、影响工作效率：干扰休息和睡眠；使工作效率降低。②损伤听觉、视觉器官：强的噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤；噪声对视力的损害。③对人体的生理影响：损害心血管；对女性生理机能的损害；噪声还可以引起如神经系统功能紊乱、精神障碍、内分泌紊乱甚至事故率升高。3．人对不同声强的感觉无法忍受：150dB~130dB感到疼痛：130dB~110dB很吵：110dB~70dB较静：70dB~50dB安静：50dB~30dB极静：30dB~10dB无声：0dB61.2声压级测量机理人耳的听阈一般是20mPa(微帕)，痛阈一般是200Pa（帕），其间相差107倍，这样宽广的声压范围很不易测量，而且人耳对声压的相对变化的分辨具有非线性特征。因此，声学中常用声压级LP来反映声压的变化，将声压P的声压级表示成dBPPLP)/lg(200(1.13)其中，基准量P0为20mPa。当P=P0时，LP=0dB，而当P=200Pa时，LP=140dB。二、仪器整体方案设计2.1噪声监测系统任务分析本设计的任务是要完成基于单片机的环境噪声监测仪的设计系统，它的主要是设计以单片机为核心、采用A/D转换技术的便携式环境噪声测量仪，实现环境噪声的实时测量和LED数字显示，给出噪声水平的大致指示。基于本次任务，该设计方案由硬件和软件两部分组成。噪声测量仪的硬件电路系统，包括噪声信号的转换、放大以及单片机系统的硬件电路、LED显示电路等。软件部分主要是用单片机语言编程，实现对信号的采集、转换及显示。在遵循软硬件相结合的原则下，先进行硬件电路的计，再进行软件编程，进行模块化设计，并对各模块进行调试，最后进行软硬件联合调试和故障的排除。2.2整体设计方案按照系统设计功能的要求，初步确定控制系统包括硬件和软件系统两部分。其中硬件系统结构框图如图2-1所示。环境噪声经高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。放大电路由运放OP07C构成，精心调整相关外围元件参数，可使其输出幅频特性满足测量要求的电压信号。通过A/D转换器后，输出电压信号变为电平送给单片机的P1引脚，经软件处理后，噪声声压级显示值由P0口输出，由LCD动态显示。噪声传声器放大器A/D转换电路单片机LCD显示7图2-1噪声监测仪硬件结构框图传声器是将声波信号转换成电信号的传感器，是噪声测量系统中的一个主要环节。根据膜片感受声压的情况不同，传声器可分为三类：压强式传声器，其膜片的一面感受声压；差压式传声器，其膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜片两面压差的大小；压强和压差组合式传声器。在噪声测量中常用的压强式传声器。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。此方案中的A/D转换电路主要是由TLC549构成的电压/频率转换电路。89C52单片机是本设计的核心部分。本设计用的是1602LCD显示屏来实现显示，这个电路的实现部分比较简单。三、硬件电路具体设计3.1传声器传声器（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。根据膜片感受声压的情况不同，传声器可分为三类：声强式传声器，其膜片的一面感受声压；差压式传声器，其膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜片两面差压的大小；压强和差压组合式传声器。在噪声测量中常用的是压强式传声器。通信设备常用到的传声器类型一般是晶体式传声器。晶体式传声器又称压电式传声器，它是利用晶体的压电效应制成的，化工材料酒石酸钾钠和钛酸钡晶体都有较强的压电效应。当晶体