1、本科毕业论文 基于单片机的环境噪声检测仪的设计 所 在 学 院 机械与工程学院 专 业 名 称 机械 设计 制造与自动化 年 级 学生姓名、学 号 指导教师姓名 、 职称 完 成 日 期 二 一二 年 五 月 摘要 I 摘 要 随着社会发展水平的提高，噪声的危害日益突现，对环境噪声的实时检测越来越得到人们的重视。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 经 过传声器 变 换成音频信号，电信号 通过 放大和 V/ F 变换输入到单片机进行处理，并
2、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， 适 用于实际进行噪声的实时监测等特点。 关键词 ：运算放大器，噪声，单片机， LED Abstract II ABSTRACT With the improvement of social development, harm of noise more emergent, real-time detection of environmental noise and get peoples attention. Environmental noise monitoring, which is i
3、mproving the quality of life, strengthen environmental protection an important part . In the paper, the measurement principle and the system constitution are introduced in detail, including: the noise signal converting system, signal magnifying system, V/F converting system, data collection and indi
4、cation system. This paper introduces the ways to convert the real-time monitoring of the noise into acoustic frequency electrical signal by using microphone, operational amplifier and V/ F converter, which will act as Single Chip Micoyos input signal. Then the SCM will change it into a noise DB valu
5、e, which will be displayed on LED. This system is simple 0and has high precision, so it is always used in monitoring the urban noise real-time. Key words： operational amplifier， noise， Single Chip Micoyo， LED 目录 III 目录 1 引言 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.1.1 噪声污染的危害 . 1 1.1.2 噪声污染的现状 . 2 1.1.3 噪声简介 . 2 1.2 噪声监测
6、系统的发展现状 . 3 1.3 主要任务及意义 . 4 1.3.1 设计任务 . 4 1.3.2 课题的意义 . 4 1.3.3 论文内容安排 . 5 2 噪声监测系统的总体设计 . 6 2.1 噪声监测系统分 析 . 6 2.2 硬件系统设计 . 6 2.3 软件系统设计 . 8 3 噪声监测系统的硬件设计 . 10 3.1 传声器 . 10 3.2 信号放大器 .11 3.3 交直流转换电路的设计 . 12 3.3.1 真有效值 . 12 3.3.2 AD536 芯片 . 14 3.4 单片机系统的设计 . 14 3.4.1 单片机的选择 . 14 3.4.2 89C52 的简介 . 15
7、 3.5 显示及指示电路的设计 . 16 3.5.1 显示电路的设计 . 16 3.5.2 指示电路的设计 . 17 4 噪声监测系统的软件设计 . 19 4.1 程序系统框图 . 19 目录 IV 4.2 系统内部 RAM 的分配 . 21 4.3 中断服务程序的设计 . 21 4.3.1 T0 中断子程序的设计 . 22 4.3.2 T1 中断子程序的设计 . 23 4.4 查表子程序 . 25 4.5 显示子程序 . 26 4.6 指示子程序 . 27 5 系统调试与分析 . 29 5.1 调试步骤 . 29 5.2 硬件调试 . 29 5.3 软件调试 . 30 5.4 噪声监测器的系
8、统调试 . 31 5.5 调试故障及原因分 析 . 32 5.6 测试结果分析 . 32 结论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 附录 噪声监测仪硬件系统原理图 . 37 附录 噪声监测仪软件程序 . 38 附录 噪声监测仪元器件清单 . 47 本科毕业论文 1 1 引言 1.1 课题背景 1.1.1 噪声污染的危害 噪声是指一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。 从物理学角度来说，噪声是指是发声体做无规则振动时所发出的声音。噪声与人们的主观意愿和生活状态有关，有时是一种主观的感受。 所以 ， 只从物理学角度 判断一个声音是 不是 属于噪声 是不完善的 ， 它还包括起着
9、关键性的作用的 主观上的因素。从生理和心理等角度来说，凡是人们所不需要的 一切声音，都可称之为噪声。当噪声对周围人或环境造成不良影响时，就会形成噪声污染。工业革命以来，各种机械设备的创造和使用，给人类带来了进步，但同时也产生了越来越多的噪声污染。目前，噪声已成为污染人类社会环境的一大公害，严重危害到了人们的身心健康，被人称为 “致人死命的慢性毒药 ”。噪声对人体的危害具体可归为以下几方那个面： （ 1） 对视觉和听觉会造成一的影响 。噪声对听觉造成 损伤 时，那时噪音强度超过 100 分贝。轻度耳鸣是轻度听觉损伤表现，还有可能影响语言听力，致使学习、工作、生活中感到听觉 不适 。 如果某 一次
10、 收到 强烈的 噪音 ，会产生暂时性的两耳全聋的 同时 ，还会感到剧烈耳鸣、眩晕。头痛、头晕、 多梦、记忆力减退，发生营养障碍性疾病，心律不齐等，都是噪声对人体的危害。尤其 对婴幼儿、青少年和孕妇的不良影响更 加 严重。 （ 2） 睡眠和工作 的影响。人 在睡觉时 ， 40 50 分贝较轻的噪声也 可以使 人从熟睡状态变到半熟睡状态。人 要想得到充分的休息必须进入熟睡状态 ， 而这时的大脑活动缓慢而有规律。否则就不能很好的休息 。从而影响到工作和学习，久而久之，人就会得神经衰弱症。 （ 3）对人体的生理影响 。 加速心脏衰老 和 增加心肌梗塞发病率 也是噪声的危害 。 据 统计，使血压上升也与
11、 长期接触噪声 有关，因为体内肾上腺分泌增加 。 长期生活 在平均 70 分贝 噪声中 的人，能导致 心肌梗塞发病率增加 30左右。 其中长期生活在火车道旁的居民就是如此 。调查 1100 名纺织 工人 ， 对 高血压 的 进行了本科毕业论文 2 研究，其发病率 为 7.2，如果接触 达 100 分贝的噪声，其 发病率达 15.2。 噪声还可引起如神经系统功能紊乱、精神障碍、内分泌紊乱。 如果长期生活在高噪声的 环境 里 ， 人易导致头晕、头痛、 多梦、全身乏力、记忆力减退以及恐惧、甚至精神错乱。在日本 曾经有过自杀的案例 ， 就是因为火车噪声的刺激 1。 1.1.2 噪声污染的现状 随着社会
12、发展的工业化水平越来越高 ,噪声污染日趋严重，已成为三大环境污染之一。在我国城 市环境噪声污染已经成为干扰人们正常生活的主要环境问题之一。目前 ， 社会生活噪声、工业噪声、交通噪声、建筑施工噪声 构成城市环境噪声来源 ， 分别 占 47%、 8%-10%、 30%、 5%左右 。 近十年来，噪声总体水平在我国重点城市道路交通居高不下，已有 一半 以上的城市交通干线两侧噪声平均值超过 70dB(A)。 道路交通噪声污染每年 的经济损失约 216 亿 ，仅北京市每年因道路交通噪声污染导致的经济损失就达 15-20 亿 元。 据调查，全国对 噪声污染的 不满程度逐年增加，并且一直是各类环境污染投诉的
13、第一位。所以， 为了 给 人们营造一个健康的居住环境，对噪声的实时测试报警就显得十分的重要。 1.1.3 噪声简介 1噪声概念 物理学定义： 一切不规则的或随机的声信号或电信号都可称之为噪声 。 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。 社会，生活，交通，工业，建筑，都有 噪声。 总体讲，噪音是物体振动产生 2。 2噪声对人的危害 随着 经济 的 快速 发展，以及人口密度的 急剧 增加，家庭设施的增多，环境噪声 逐渐增加，是污染人类社会环境的 公害 之一 。 有一种说法叫噪声为 “致人死命的慢性杀手 ”。
14、因为噪声对听力、心血管系统、神经系统、内分泌系统都会有不利影响，其中 局部性、暂时性和多发性 是噪声的特点 。 以下几方面体现了噪声给人带本科毕业论文 3 来生理上和心理上的危害 ： 干扰 休息、 睡眠 ； 使工作效率降低。 损伤听觉、视觉器官：强的噪声 会 引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛 、听力损伤；噪声对视力 也有一定的 损害。 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。 3噪声的利用 噪声一向为人们所厌恶。但是，随着现代科学技术的发展，人们也能利用噪声造福人类。虽然噪音是世界四大公害之一，但它还是有用处的。 如 利用噪声除草
15、 、发电、制冷、除尘、克敌、诊病等。 1.2 噪声监测系统的 发展 现状 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。 声级计一般 包括 传 声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成。为使传声器与衰减器匹配，需传声器将声音转换成电信号，经 前置放大器变换阻抗 来完成 。 噪声声级的数值检测方法，首先是 放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权 (或外接滤波器 )，然后 经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器进行检波， 最后 在
16、指示表头上给出。 A、B、 C 三种计权网络组成 声级计中的频率计权网络。 A 网络 能使电信号的中、低频段有较大的衰减，它是 模拟人耳对等响曲线中 40 方纯音的 响应，其 曲线形状与 340 方的等响曲线相反。而 B 网络使电信号的低频段有一定的衰减，它主要模拟人耳对 70 方纯音的响应 。 C 网络的特点是接近 平直的响应。 声级即 声级计经过频率计权网络测 得的声压级 ， 由于 使用的计权网 的区别 ，分别称为 A 声级、B 声级和 C 声级，单位记作 dB(A)、 dB(B)和 dB(C)。在实际的测量中， A 计权声级最能反应噪声对人吵闹的主观感觉和人耳听力损伤的影响，用户最多用的
17、是 A 计权网络。此外，声级计还可以外接滤波器和记录仪，对噪声进行频谱分本科毕业论文 4 析。 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，精密声级计和 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。 依 据声级计所用电源的不同，声级计 还分为交流 式声级计和用干电池的电池式声级计两类。 其中 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。其原理方框图如图 1 所示。 其中 1-传声器，2-前
18、置放大器， 3-输入衰减器， 4-输入放大器， 5-计权网络， 6-输出衰减器， 7-输出放大器， 8-检波器 9-表头。 图 1 声级计原理方框图 为适应测量现场的需要，声级计一般都备有三脚支架，以便视需要将声级计固定在三脚支架上 3。 1.3 主要任务及意义 1.3.1 设计任务 查阅 相关资料 ，了解课题背景 、 环境噪声的特点。学习、掌握声压计的测量机理、传声器测量基本原理。合理选择噪声测量传感器，掌握其测量原理及应用。学习单片机原理，熟 悉单片机系统设计和软件编程。进行整体方案设计，做出开题报告。完成 系统硬件电路设计，包括传声器测量系统设计、单片机系统硬件设计。 检 查后，焊接或在
19、面包板上搭接电路。编写 程序，仿真调试。仿真调试通过后，固化程序，脱离开发系统运行。在实验室进行环境模拟，测试系统，完成系统联调。 1.3.2 课题 的意义 噪声是指不需要的声音。随着现代工业的发展，噪声污染已成为主要公害之本科毕业论文 5 一。控制噪声、保护环境已成为人们的共识。其中，噪声测量是重要的一环，具有举足轻重的地位 。 及时、准确地掌握城市噪声现状，分析期变化趋势和规律；了解各类噪声尖的污染程度和范围，为城市噪声管理、治理和科学研究提供系统的噪声检测资料。 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
20、计算和分析。但这些毕竟还是建立在近似的数学模型上，还必须用 测量技术 和 试验 进行验证。随着现代工业和现代科学技术的发展，对 很多 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， 完善 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。 1.3.3 论文内容安排 本文按噪声监测系统构造的不同 部分分别进行了介绍。 第 1 章绪论中简要地介绍研究噪声 的危害 以及 一些 基础知识。第 2 章是噪声监测系 统的总体设计，主要包括硬件和软件设计两部分。第 3 章是噪声监测系统硬件设计，本章主要介绍了传声器、功率放大器、交直流转换电路、处理和显示部分的设计。第 4 章是噪声监测的系统软件设计，本章主要介绍单片机编程以及主程序设计，数据的采集、处理、显示等功能。第 5 章是系统调试与结果分析， 介绍了 硬件调试、软件调试及软硬联调的过程，并 说明 了调试过程中出现的问题和 处理 的 方法 。
