噪声检测仪.docx

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吉林建筑大学城建学院电气信息工程学院课程设计

吉林建筑大学城建学院

课程设计

课程名称：

智能噪声检测仪设计

（五号空一行）

所在学院：

电气信息工程学院

（五号空一行）

专业：

测控技术与仪器

（五号空一行

学生姓名：

宋胜冬

（五号空一行）

学号：

140310117

（五号空一

授课教师：

郑伟南、高运泉

（三号空六行）

年月日

说明：

所有页面设置为A4（210×297㎜），其中上、下、左、右边距均为2.50cm。

目录

第1章绪论 1

1.1课题产生的背景 1

1.3噪声监测系统的研发现状 2

第2章噪声监测系统的总体方案设计 3

2.1噪声监测系统任务分析 3

2.2硬件系统设计方案 3

2.3软件系统设计方案 4

第3章噪声监测系统的硬件设计

3.1传声器 13

3.2信号放大器 15

3.3交直流转换电路的设计 18

3.3.1有效值检测电路AD536 18

3.3.2AD536辅助电路的设计 19

3.4电压-频率转换电路的设计 20

3.4.1电压-频率转换芯片LM331 20

3.4.2电压-频率变换器 22

3.5单片机系统的设计 23

3.5.1单片机的选择 23

3.5.2单片机外围电路的设计 26

3.6显示及指示电路的设计 30

3.6.1显示电路的设计 30

3.6.2指示电路的设计 31

第4章系统调试与分析

结论

致谢

参考文献

吉林建筑大学城建学院电气信息工程学院课程设计

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。

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；LED

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吉林建筑大学城建学院电气信息工程学院课程设计

ABSTRACT

Thenoisedoesthehealthofpeoplealotofharm,socuttingdownthedangerofthenoisehasbecomeatermofimportanttasknow.Measuringnoiseofenvironmenthasplayedanimportantroleinimprovingthelivingqualityandstrengtheningtheenvironmentsafeguard.

Inthepaper,themeasurementprincipleandthesystemconstitutionareintroducedindetail,including:

thenoisesignalconvertingsystem,signalmagnifyingsystem,V/Fconvertingsystem,datacollectionandindicationsystem.Thispaperintroducesthewaystoconvertthereal-timemonitoringofthenoiseintoacousticfrequencyelectricalsignalbyusingmicrophone,operationalamplifierandV/Fconverter,whichwillactasSingleChipMicoyo’sinputsignal.ThentheSCMwillchangeitintoanoiseDBvalue,whichwillbedisplayedonLED.

Thissystemissimple0andhashighprecision,soitisalwaysusedinmonitoringtheurbannoisereal-time.

Keywords：

operationalamplifier;V/Fconverter；SingleChipMicoyo;LED

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第1章绪论

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。

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。

1.3噪声监测系统的研发现状

随着噪声污染的日趋严重，噪声监测技术的研究及设备的开发也得到迅速发展，世界发达国家的噪声监测设备的产值平均以10-15%的速度增加，我国在93年噪声振动监测设备产值已达到6.2亿元，“八五”期间用于噪声治理的工程费用达到9.2亿元，上述产值尚不包括配套的噪声振动监测设备，预计我国配套的噪声振动监测设备20亿左右。

高速运输系统和工具等一些新出现的噪声源和计算机、数字处理、新材料等技术发展使噪声监测技术、设备的研究与发展面临挑战，又提供了机遇。

噪声监测技术和设备已开始进入规范化、标准化、系列化和配套化阶段。

噪声监测技术和设备的研究和开发已取得很大进展但应看到仍有一些技术不够成熟，需进一步研究的问题仍然很多。

声级计是一种能够把工业噪声、生活噪声和车辆噪声等，按人耳听觉特性近似地测定其噪声级的仪器。

噪声级是指用声级计测得的并经过听感修正的声压级（dB）或响度级（方）。

根据声级计在标准条件下测量1000Hz纯音所表现出的精度，六十年代国际上把声级计分为两类，一类叫精密声级计，一类叫普通声级计。

我国也采用这种分法。

70年代以来有些国家推行四类分法，即分为0型、1型、2型和3型。

它们的精度分别为±0.46、±0.76、±1.00和±1.5dB。

根据声级计所用电源的不同，还可将声级计分为交流式声级计和用干电池的电池式声级计两类。

电池式声级计也称为便携式声级计，这种仪器体积小、重量轻、现场使用方便。

声级计一般由传声器、前置放大器、衰减器、放大器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成，其原理方框图如图1-1所示。

输入放大器

输入衰减器

前置放大器

传声器

验波器

输出放大器

计权网络

输出衰减器

表头

图1-1原理方框图

第2章噪声监测系统的总体方案设计

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V/F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、交直流转换与电压、频率转换电路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硬件系统设计方案

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LM386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V/F转换器后，输出频率信号变为TTL电平送给单片机的P3.4引脚，经软件处理后，噪声声压级显示值由P1口输出，驱动LED数码管显示。

传声器

交直流转换

V/F

转换电路

单片机

Led

显示

噪

声

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V/F转换电路主要是由LM331构成的电压/频率转换电路。

LM331使用了新型温度补偿能隙基准电路，在规定工作温度范围内和4伏电源电压下都有较高精度。

LM331可得到只有价格高的V/F转换器才有的高水平精度—温度。

由LM331构成的电压/频率转换电路，输出的频率信号变成TTL电平送给单片机的P3.4引脚，作为T0的计数脉冲。

该转换电路线性良好，抗干扰能力强，输出频率范围在10—100kHz以上，优于普通8位并行A/D转换器，有利于提高系统的测量范围。

89C52单片机是本设计的核心部分。

LM331直接与单片机定时/计数器连接，这种方式简单。

2.3软件系统设计方案

环境噪声测量系统的软件采用模块化设计，由主程序、中断服务程序、查表子程序和显示子程序组成。

各程序模块的流程图如图2-2所示。

在图中xi表示读取的计数值，i从0开始。

主程序处于循环工作状态，主要完成定时/计数器和中断系统的初始化，并循环调用查表和显示子程序。

值得指出的是，查表程序程序实现了计数值向声压级的转换。

为了提高系统的抗干扰能力，除了需要在硬件上采取相应的措施外，软件上采用冗余设计法即重复重要的指令，未用空间设置操作指令，以防止程序跳飞而死机。

中断入口

开始

关T0、T1

定时/计数器初始化

读计数器

中断系统初始化

调用查表子程序

调用显示子程序

中断返回

图2-2主程序

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