噪声监测仪毕业设计论文

噪声监测仪毕业设计论文内容摘要：

噪声是声波的一种具有声音的所有特征。 从物理学的观点来看，噪声是指声波的频率和强弱变化毫无规律，杂乱无章的声音。 从心理学的观点来看，凡是人们不需要的使人烦燥的声音叫做噪声。 它在周围环境造成的不良影响叫噪声污染。 本标 准为贯彻《中华人民共和国环境保护法》及《中华人民共和国环境噪声污染防治条例》，保障城市居民的生活声环境质量而制订标准值。 分为 0、 4类。 各类标准的适用区域 [3]： 0 类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于 0 类标准 5dB 执行。 1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。 乡村居住环境可参照执行该类标准。 2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。 3类标准适用于工业区。 4 类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。 穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声 (指不通过列车时的噪声水平 )限值也执行该类标准。 城市 5类噪声的标准值如图 11 所示 表 11 城市 5类环境噪声标准值 类别 0 1 2 3 4 昼间 50 55 60 65 70 夜间 40 45 50 55 55 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 7 噪声的危害 一般认为凡是干扰人们休息、学习和工作的声音即不需要的声音统称为噪声。 噪声的危害是多反面的，而且具有普遍行，达到无孔不入的地步，严重的甚至人与死地 [4]。 噪声对人的危害有 A 妨碍人们交谈、睡眠、休息、工作，致使人们 烦躁、精神分散，引发事故 B 使人的听力受到损害，甚至造成永久性听力衰退，形成噪声性耳聋； C 噪声可以导致心跳加速、心率不齐、血管痉挛、血压升高等心血管系统疾病 D 导致病理性变化，产生头痛、昏晕、耳鸣、多梦、失眠、心慌、记忆力减退神经衰弱症； E 形成心理影响，主要表现为使人烦恼、易激动、易怒、甚至失去理智等 本课题主要研究内容 1 对系统的整体规划和结构设计 2 系统的硬件电路、检测电路、模数转换电路、数据处理电路、无线通信电路。 3 以 AT89C52 单片机为主控芯片的无线通信部分硬件电路设计，主 要包括无线发射模块，无线接收模块。 4 详细介绍单片机及单片机得外围电路，放大电路的设计， A/D 转换电路，无线模块与单片机的连接。 5 接收器的显示电路设计 6 噪声检测测部分，数据处理部分，通过 Proteus 进行软件仿真 7 软件设计，系统软件的编制，按照硬件的实现功能，主要包括噪声检测，单片机的信号处理，无线通信信息的传输，及显示器。 所有的程序使用单片机 C51 语言来完成，软件用 keil uVision2 来编写 8 硬件电路和软件程序的综合调试。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 8 第 2 章 噪声污染检测系统的总体方案设计 噪声检测系统 的设计思路 本设计的任务是要完成基于单片机的无线环境噪声检测仪的设计系统，它的主要是设计以AT89C52 单片机为核心、采用 A/D 转换技术、无线传输技术的环境噪声检测仪，实现环境噪声的实时测量和报警提示，给出噪声水平的大致指示。 噪声通过声音传感器将声音信号转换成电信号经放大限幅后进入 A/D 进行转换成数字信号，之后送入单片机处理。 处理后与 PTR2020 无线模块进行数据的发送。 发送后的信号被无线接收器接收，然后把接收到的信号送到终端显示电路，从而实验噪声的远程检测和报警显示。 这样可以知道这个地域的噪声已经超过了标 准，应当采取一些措施适当的控制，以免危害人的健康。 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、数模转换、单片机系统的硬件电路、无线模块发送电路、无线接收电路以及声报警显示电路等。 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。 系统结构设计方案 根据目前各种环境报警装置的研究发展现状，考虑到既要降低成本，又要保 证系统的实用性，本系统运用模块化设计思想，采用无线传输与单片机技术相结合，实现环境噪声报警控制。 通过单片机与无线收发模块相结合进行信号的传输。 无线收发模块是目前无线传输技术中应用较为广泛的模块之一，它有收发一体的无线模块，也有单片的发射接收模块。 根据本系统的应用环境及设计需要，选择单片发射接收模块。 收发模块利用目前国家允许的常用频率 315Hz为无线遥控使用的频率，所以不用建立专用通信网络，即可实现数据的实时传输。 该系统由噪音传感器检测到的声音信号、无线收发模块、无线网络、单片机微控制器、报警显示系统组成，系 统方案框图如图 21 所示。 噪 音 信 号单 片 机 处理无 线 接 收无 线 网 络无 线 发 射报 警 、 显示 装 置 图 21 系统方案图 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 9 系统硬件总体结构图 远程噪声污染检测报警系统集信息采集、无线通信与单片机控制技术与一体。 系统上电后，首先初始化系统，然后进入噪声信号检测，一旦检测到有效信号，信号通过信号放大器将信号放大后，然后通过 A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号，然后通过无线发射模块发射出去；接收端收到信号后送接收器处理，由接收器控制液晶显示器和蜂鸣器进行噪声显示和声音报警。 整个统的结构如图 22 所示 A T 8 9 C 5 2 单 片机P T R 2 0 0 0信 号 放 大 器 A / D 转 换 器P T R 2 0 0 0L E D 显 示 电路 、 报 警 电 路声 音 传 感 器 图 22 系统总体结构 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 10 第 3 章 噪声检测系统的硬件设计 噪声信号采集系统设计 数据采集是指从传感器或者其他待测的设备等模拟被测单元或数字被测单元中自动采集信息的一个过程。 数据采集是结合计算机的测量硬件相关产品来实现灵活、用户自定义的测量系统。 一个完备的数据采集系统应包括传感器或变换器、放大器等。 本系统中被检测的信号为模拟量，要经过 A/D 转换器转换成数字量，才能实现单片机得控制。 数据采集模块将传感信号经过 A/D 转换送给单片 机进行处理，然后由无线收发模块完成数据无线传输工作。 声音传感器 声音传感器属于电阻应变片式传电阻应变片式传感器感器主要作用是将声音信号转换为电信号进行传输和检测，原理图如图 31所示。 其工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形 (伸长或缩短 )的变化而发生变化。 图 31 声音传感器内部原理图 声音传感器是依靠敏感的电阻应变片对声波所引起的弹性形变来实现信号变换，声波通过震动促使应变片与极板进行接触从而使电路导通，这样就能将声音的变化转换 为电压的便化从而实现了声音信号到电信号的转变。 根据上述的工作原理设计一个声音转换装置如图 32 工作原理：驻极体内部的 高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷 (Q)，由于没有放电回路，这个电荷量是不变的。 在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是极化膜和背极间的电容是随声波变化。 当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。 由于实际 驻极体内部 电容器的电容量很小，输出齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 11 的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达 数百兆欧以上。 所以 ，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。 因此，驻极体内部使用了阻抗非常高的场效应管进行阻抗匹配。 最后通过场效应 管 将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。 由于场效应管是有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此， 用 R1 为 驻极体加一个直流偏置 以使其正常 工作。 由于声音通过驻极体转换成的是一个交流电压信号，为了使其减小直流干扰，所以用 C1 将信号耦合到后级电路。 图 32 声音转换器装置图 放大电路 由于声音传感器属于电阻应变片 式传感器产生的电压（流）等电学物理量的信号值都相当微弱的，难以带动执行机构去实现控制动作，所以要结合放大电路一起使用。 放大电路的原理图如图 32所示。 声音传感器输出的电压信号经过此放大电路得到放大，并且被 A/D转换芯片读取进行转换。 本实验的放大器选择 NE5532。 NE5532 是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。 这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。 特点介绍： •小信 号带宽： 10MHZ 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 12 •输出驱动能力： 600Ω ， 10V 有效值 •输入噪声电压： 5nV/√Hz( 典型值 ) •直流 电压增 益： 50000 •交流电压增益： 220010KHZ •功率带宽： 140KHZ •转换速率： 9V/μs •大的电源电压范围： 177。 3V 177。 20V 图 33 放大电路 分析 33图是一个双运放 NE5532 放大器。 前级是射随放大器，后级是电压放大器。 电信号原则电放大器输入内阻越高越好 ，输出越低越好，射随器就解决这问题。 电源电压设为 5V，由于输出端要与 ADC0804 连接，单片机的电压不能超过 5V。 放大的倍数可以调节电阻的值。 设定 R1=50K、 R2=5K。 这两个电阻可构成电压负反馈。 信号模数转换系统的设计 ADC0804 简介及各引脚功能 集成 A/D 转换器品种繁多，选用时应综合考虑各种因素选取集成芯片。 一般逐次比较型 A/D 转换器用得较多， ADC0804 就是这类单片集成 A/D 转换器。 ADC0804 是一个 8位、单通道、低价格 A/D 转换器，主要特点是：模数转换时间大约 100us；方便的 TTL齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 13 或 CMOS 标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时（ 0V～ 5V）输入信号电压范围是 0V～ 5V；不需要调零，等等；芯片内具有三态输出数据锁存器，可以直接连接在数据总线上。 实物图和引脚分布图如图 34 和图35 所示。 图 34 ADC0804实物图 图 35 ADC0804引脚分布图 各引脚名称及作用如下： （引脚 1）：片选信号。 低电平有效，高电平时芯片不工作， （引脚 2）：外部读数据控制信号。 此信号低电平时 ADC0804 把转换完成的数据加载到 DB口。 （引脚 3）：外部写数据控制信号。 此信号的上升沿可以启动 ADC0804 的 A/D 转换过程。 CLK IN（引脚 4）：时钟输入引脚。 ADC0804 使用 RC 振荡器作为 A/D 时钟， CLK IN是振荡器的输入端。 （引脚 5）：转换结束输出信号。 ADC0804 完成一次 A/D 转换后，此引脚输出一个低脉冲。 对单片机可以称为中断触发信号。 Vin（ +）（引脚 6）：输入信号电压的正极。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 14 Vin（－）（引脚 7）：输入信号电压的负极。 可以连接到电源地。 A GND（引脚 8）：模拟电源的地线。 Vref/2（引脚 9）：参考电源输 入端。 参考电源取输入信号电压（最大值）的二分之一。 例如输入信号电压是 0V～ 5V 时，参考电源取 ；输入信号电压是 0V～ 4V时，参考电源取 2V。 ADC0804 的工作原理 数字芯片在操作时首先要分析它的操作时序图， ADC0804的启动转换时序图如图 36所示。 图 36 启动转换时序图 分析图 35可知， CS 先为低电平， WR 随后置低，经过至少  wt WR L 时间后， WR 拉高，随后 A/D 转换器被启动，并且经过（ 1～ 8 个 A/D 时钟周期 +内部 cT ）时间后，模 /数转换完成，转换结果存入数据锁存器中，同时 INTR 自动变为低电平，通知单片机本次转换已结束。 由于本系统使用的 ADC0804 未用终端读取 A/D 数据，因此在启动 A/D 转换后，稍等一会时间，然后再直接读取 A/D 的数字是出口即可。 读取结束后再启动一次A/D 转换，如此循环下 去。 图 36是 A/D0804 读取数据的时序图 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 15 图 37 ADC0804读取数据时序图 分析图 37可知，当 INTR 变为低电平后，将 CS 先置低，接着再将 RD 置低，在 RD置低至少经过 ACt 时间后，数字输出口上的数据达到稳定状态，此时直接读取数字输出端口数据便可得到转换 后的数字信号，独奏数据后，马上将 RD 拉高，然后再将 CS 拉高，INTR 是自动拉高，不必人为干涉。 图 36和图 37是 ADC0804 启动转换和读取数据的时序图，这是启动一次和读取一次数据的时序图，当需要连续装转换并且连续读取数据时，就没有必要每次都把 CS 置低再拉高，因为 CS 是片选信号，置低表示该芯片可悲操作或处于能够正常工作状态，所以在本系统中一开始就将 CS 置低，以后只需要操作 WR 、 RD 即可。 ADC0804 的实现过程 本系统的 ADC0804 外围电路以及和单片机的连接如图 38所示。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 16 图 38 ADC0804的接法 分析图 38如下： ADC0804 的片选段 CS 连接在 U3 锁存器的 Q7 输出端，可以通过控制锁存 器来控制CS，这样的原因是可以为单片机的主控芯片节省 I/O 口； CLKR 、 CLR 、 GND 之间用电阻和电容组成 RC振荡电路，用来给 ADC0804 提供工作所需的脉冲，其脉冲的频率为  1 ，其中 10Rk， 150C pF ； /2REFV 端用两个 1k 的电阻分压得到 /2CCV 电压即 ，将该电压作为 A/D 芯片工作时内部参考电压； WR 、 RD 分别接单片机的 和 引脚，数字输出端接单片机的 P1 口； AGND 、 DGND 同时接地，这样是为了达到精度高和稳定性好的目的。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 17 AT89C52 主控芯片 AT89C52 的功能 本系统采用 CPU为 89C52 的单片机， 89C52 本身带有 8K 的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的 8031CPU 外加 EPROM 为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点，而且完全兼容 MCS51 系列单片机的所有功能。 89C52 管脚图如图 39所示。 图 39 89C52管脚图 AT89C52 的 主要功能 包括： （ 1） 兼容 MCS51 指令系统 （ 2） 8k 可反复擦写 (1000 次 )ISP Flash ROM （ 3） 32 个双向 I/O 口 （ 4） 工作电压 （ 5） 3 个 16 位可编程定时 /计数器 （ 6） 时钟频率 033MHz （ 7） 全双工 UART 串行中断口线 （ 8） 256x8 bit 内部 RAM （ 9） 2 个外部中断源 （ 10） 低功耗空闲和省电模式 （ 11） 中断唤醒省电模式 （ 12） 3 级加密位 （ 13） 看门狗（ WDT）电路 （ 14） 软件设置空闲和省电功能 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 18 可以看出 AT89C52 提供以下标准功能： 8K 字节 Flash 闪速存储器， 256K 字节内部RAM， 32 个 I/O 口线，看门狗（ WDT），两个数据指针， 3 个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。 同时， AT89C52 可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模。