基于单片机的环境噪声监测仪的设计 - 图文

信息工程学院 基于单片机的环境噪声监测仪的设计

图1-1 声级计原理方框图

1-传声器，2-前置放大器，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

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。

声级计面板上一般还备有一些插孔。这些插孔如果与便携式倍频滤波器相联，可组成小型现场使用的简易频谱分析系统，如果与录音机组合，则可把现场噪声录制在磁带上贮存下来，以便待以后再进行更祥细的研究，如果与示波器组合，则可观察到声压变化的波形，并可用照相机将波形摄制下来，还可以把分析仪、记录仪等仪器与声级计组合、配套使用，这要根据测试条件和测试要求而定。

采用1kHz纯音输入0.2秒到0.25秒或0.5秒以上，即可得到真实声压级或平均声压级。考虑到人耳对不同频率的响度感觉，在噪声测量中，常取40方（phon）等响曲线的反曲线对声压级进行计权校正，即用A计权网络测得A声级，写成dB（A）。表1-1给出倍频带中心频率与A声级的校正量之间的关系。

表1-1 倍频带中心频率与A声级校正量的关系

倍频带中心频率（Hz） A声级校正量（dB） 倍频带中心频率（Hz） A声级校正量（dB） 31.5 －39.4 1k 0 63 -26.2 2k 1.2 125 -16.1 4k 1.0 250 -8.6 8k -1.1 500 -3.2 16k -6.6

四、 噪声简介

（一）噪声概念

物理学定义：噪声是发声体做无规则振动时发出的声音。

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。

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总体讲，噪音是物体振动产生。 （二）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。 ② 损伤听觉、视觉器官；

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。

（三）防治噪声污染的一些办法 ① 营造隔音林；

② 将噪声污染严重的企业搬离市区； ③ 源头处预防，传播过程消减 。 （四）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。

①利用噪声除草； ②利用噪声发电； ③利用噪声来制冷； ④利用噪声除尘； ⑤利用噪声克敌； ⑥利用噪声诊病； ⑦利用噪声有源消声。 （五）人对不同声强的感觉 无法忍受：150dB～130dB； 感到疼痛：130dB～110dB； 较静：70dB～50dB； 安静：50dB～30dB； 极静：30dB～10dB； 无声：0dB。

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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。

1.4 本课题的主要任务及意义

一、 设计任务

查阅资料，了解课题背景，了解环境噪声的特点。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。进行系统硬件电路设计，包括传声器测量系统设计、单片机系统硬件设计。审查后，焊接或在面包板上搭接电路。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。 二、 课题意义

噪声是日常生活中常见的物理现象。在大多数情况下，噪声是有害的。噪声在生理和心理上也会危害人类的健康，因而已被列入需要控制的危害之一。但噪声也有可以被利用的一面。

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，可供进行理论计算和分析。但这

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些毕竟还是建立在简化和近似的数学模型上，还必须用试验和测量技术进行验证。随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种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，改进设计。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。 三、 论文内容安排

本文对噪声监测系统的各个不同部分分别进行了介绍。首先在第1章绪论中简要地介绍研究噪声监测的意义以及有关于噪声的一些的基础知识。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、V/F转换电路以及数据的采集，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，说明了硬件调试、软件调试及软硬联调的过程，并介绍了调试过程中出现的问题和解决的办法。

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