基于单片机环境噪音测量仪

毕业设计（论文）课题名称：

基于单片机的环境噪音测试仪

专业电气系工程系

班级车辆电子081

2011届毕业设计任务书

一、课题名称：基于单片机环境噪音测量仪系统的设计

二、指导老师：

三、设计内容与要求

1、课题概述

本课题采用单片机设计一个环境噪音测量仪，实现测量噪音基本功能。通过这个具体控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段，在实践教学环节中，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。

2、设计内容与要求

（1）设计内容：

1)绘制噪音测量仪系统框图，确定设计方案。

2)了解电路所需芯片的功能、参数和工作原理。

3)采用protel完成噪音测量仪的原理图绘制。

4)采用C语言完成软件设计。

5)采用软件完成编译、仿真、下载.

6)完成噪音测量仪的硬件设计方案.

7)调试并实现噪音测量仪控制系统的功能.

（2）设计功能要求：

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,实现对噪音的时实监测。

四、设计参考书

《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机技术与应用》

五、设计说明书要求

1)封面

2)内容摘要

3)目录

4)绪论

5)正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、设计结果的说

明及特点）

6)文献

7)致谢

8)附录（参考文献、图纸、材料清单）

六、毕业设计进程安排

第1周：材料准备与借阅，了解设计思路。

第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。

第4-6周：进行毕业设计，完成说明书初稿。

第7-8周：第一次检查，了解设计完成情况。

第9周：第二次检查学生设计完成情况，并做好毕业答辩准备。

第10周：毕业答辩与综合成绩评定。

七、毕业设计答辩及论文要求

1、毕业设计答辩要求

答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或者毕业论文、专题报告等必要数据交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分写出的书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始数据或者参考文献、实验方法、测试方法、鉴别学生独立工作的能力、创新能力。

2、毕业设计论文要求

文字要求：说明要求打印，不能手写。文字通顺，语言通顺，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

3、图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。

4、曲线图纸要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图等不准手画，必须按国家标准或者工程要求绘制。

摘要

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。其实现简单,精确度高,可用于实际进行噪声的实时监测。

关键词:传声器;运算放大器;转换器;单片机; LED

Abstract

Mon itor ing the no ise under control the m icroprocessorThis paper introduces the ways to convent the real2time monitoring of the noise intofrequen2cy by usingmicrophone, operational amp lifier and V /F converter, which will asmicrop rocessor’sinput signal. Then microp rocessorwill change it in to a dB value, which will be disp layed on LED.This way is simp le, high p recision, so it is always used in monitoring the urban noise.

Keywords:microphone; operational amp lifier; V /F converter; microp rocessor; LED

目录

摘要 ............................................................................................................................ I Abstract ..................................................................................................................... II 第1章引言 (1)

1.1 噪音测量仪的选题背景 (1)

1.2 噪音 (1)

1.3 噪声的分类 (2)

1.4 噪声的危害 (3)

1.4.1 噪声对听力的损伤 (3)

1.4.2 噪声对健康的影响 (3)

1.4.3 噪声对正常生活和工作的干扰 (4)

1.4.4 特强噪声能损害仪器设备和建筑物。 (4)

1.5 噪声的评价 (4)

1.5.1 响度级和响度 (4)

1.5.2 声级 (6)

第2章功能概述和总体方案设计 (7)

2.1 功能概述 (7)

2.1.1 噪声测量原理 (7)

2.2 系统设计方案 (7)

2.2.1传声器 (7)

2.2.2 运算放大器 (7)

2.2.3转换器 (9)

2.2.4单片机 (11)

2.2.5 驱动模块 (11)

2.2.6LED显示 (12)

第3章总电路设计分析 (13)

3.1 系统硬件总电路构成 (13)

3.2 基于单片机环境噪音测量基本构成及原理 (13)

3.3 89S51单片机简介： (14)

3.4 单片机最小系统 (15)

3.5 芯片简介 (16)

3.5.1 LM331 (16)

3.5.2 LM358 (18)

第4章软件电路设计分析 (19)

4.1 频率与声压级检测算法 (19)

4.2 程序流程图 (19)

5.3 设计程序如下： (20)

第5章安装与调试 (26)

5.1 调试设备 (26)

5.2 调试步骤 (26)

5.3 调试过程中出现的问题 (27)

参考文献 (28)

结论 (29)

设计心得 (30)

致谢 (31)

附录一 (32)

附录二 (32)

附录二 (33)

第1章引言

1.1 噪音测量仪的选题背景

当今世界科技飞速发展,人类享受着科技发达带来的现代生活的同时,同样也承受着科带来副产品———各种各样的污染。其中,环境噪声污染就是现代人所不能回避的现实,尤以生活在城市中的人们为甚。为此,本文以8031单片机为控制核心介绍一种环境噪声测量方法。

1.2 噪音

噪声是一种声音，声音是由物体的机械振动而产生的。振动的物体称为声源，它可以是固体、气体或液体。声音可以通过介质（空气、固体或液体）进行传播，形成声波当声波到达人耳，人们就听到声音，声波在传播过程中可能会产生反射、绕射、折射和干涉。声音有强弱之分，并用声压p来表示其大小，单位是Pa (帕)，1 Pa=1N/m2（牛顿/米2），一个大气压等于1.013 ×105 Pa.。声压可以用峰值、平均值和有效值表示。声压的有效值是瞬时声压平方在一段时间平均数的平方根，又称均方根值（RMS），它直接与声波的能量有关，所以用得最多，以下除非另外说明，所论声压均指有效值。

由于声压变化的范围很大，例如人耳刚能听到的最小声压为2×10-5 Pa，而喷气式飞机附近的声压可达数百帕，两者相差数百万倍；同时考虑人耳对声音强弱反应的（对数）特性，用对数方法将声压分为百十个级，称为声压级。

声压级的定义是：声压与参考声压之比的常用对数乘以20，单位是dB（分贝），即：Lp = 20lg P/Po

式中：p为声压（Pa.），p0=2×10-5Pa是参考声压，它是人耳刚刚可以听到声音的声压。

声波振动的快慢用频率f来表示，单位是Hz（赫），它表示物体在1秒内振动的次数。频率的倒数为振动周期T，单位是s（秒）。人类只能听到20Hz~20000Hz的声音，低于20Hz 的声音为次声，高于20000Hz的声音为超声。声波的幅值随时间的变化图称为声波的波形。如果波形是正弦波，则称为纯音，纯音的声波可以用

下述函数描述：

p=P sin（ωt+θ）

式中：P-幅值；ω-角频率，ω=2πf，f-频率；θ-初始相位。

如1000Hz声音就是指频率为1000Hz的纯音。如果波形是不规则的，或随机的，则称为噪声。如果噪声的幅值对时间的分布满足正态（高斯）分布曲线，则称为“无规噪声”。

1.3 噪声的分类

按照声源的不同，噪声可以分为机械噪声、空气动力性噪声和电磁性噪声。机械噪声主要是由于固体振动而产生的，在机械运转中，由于机械撞击、磨擦、交变的机械应力以及运转中因动力不平均等原因，使机械的金属板、齿轮、轴承等发生振动，从而辐射机械噪声，如机床、织布机、球磨机等产生的噪声。当气体与气体、气体与其它物体（固体或液体）之间做高速相对运动时，由于粘滞作用引起了气体扰动，就产生空气动力性噪声，如各类风机进排气噪声、喷气式飞机的轰声、内燃机排气、储气罐排气所产生的噪声爆炸引起周围空气急速膨胀亦是一种空气动力性噪声。电磁性噪声是由于磁场脉动、磁致伸缩引起电磁部件振动而发生的噪声，如变压器产生的噪声。按照噪声的时间变化特性，可分为四种情况：噪声的强度随时间变化不显著，称为稳定噪声（见图1-1a），如电机织布机的噪声。噪声的强度随时间有规律地起伏，周期性地时大时小的出现，称为周期性变化噪声（见图1.1b），如蒸汽机车的噪声。噪声随时间起伏变化无一定的规律，称为无规噪声（图1-1c），

图1-1

如街道交通噪声。如果噪声突然爆发又很快消失，持续时间不超过1s，并且两个连续爆发声之间间隔大于1s，则称为脉冲声（图1-1d），如冲床噪声、枪炮噪声等。城市环境噪声在噪声研究中占有很重要的地位，它主要来源于交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声。由于城市中机动车辆的日益增多和超声速飞机的大量使用，运输工具（如汽车、拖拉机、火车、飞机等）产生的噪声成了城市环境噪声的主要污染源之一。工业噪不仅直接对生产工人带来危害，而且影响附近居民。工业噪声中，纺织厂的噪声90~106dB，机械工业在80~120dB，大型球磨机、大型鼓风机在130dB以上。工业噪声是造成噪声性的主要原因。建筑施工噪声是由于建筑工地使用各种打桩机、搅拌机、切割机等施工机械引起的噪声。社会活动和家庭生活噪声也是普遍存在的，例如为了宣传活动而过量地使用高音

喇叭，就会产生令人烦恼的噪声。在社会生活中，不当地使用收音机、录音机、电视机，在很多情况下也会成为一种对邻居干扰的噪声源。电风扇、电冰箱、洗衣机等家用电器，如设计制造不合理，或使用不当亦会成为噪声源。

1.4噪声的危害

1.4.1 噪声对听力的损伤

短时间处于高噪声环境中，双耳难受、头痛、不舒服，过一段时间适应了，但这以后，双耳嗡鸣，一般令听力损失15dB。休息几小时后，听力会逐渐恢复，这叫暂时性听力损伤（听阈偏移、听觉疲劳），听觉器官未受到器质性损害。如果长期在高噪声环境下工作，日积月累，内耳器官会发生器质性病变，听觉疲劳不能恢复，成为永久性听阈偏移，这就是噪声性耳聋。如何确定为耳聋？ISO规定在500、1000、2000Hz三个倍频程内听阈提高的平均值在25dB以上时，即认为听力受到损伤，又叫轻度噪声性耳聋。噪声性耳聋与噪声强度、频率以及作用时间的长短有关。强度越大，频率越高，作用时间越长，噪声性耳聋发病率就越高。工人在85dB（A）环境下工作15年，发病率为5%。90dB为14%。105dB则达50%以上。如达到120dB，即使短时间也会造成永久性听力损伤。当达到140dB时，听觉器官会发生急性创伤，致使鼓膜破裂出血，双耳突然失听，这是一次性使人耳聋的恶性噪声性耳聋。噪声性耳聋分两种情况：一是机械传导性耳聋，由外耳道阻塞、耳鼓或听觉系统损坏或功能降低引起。二是神经感觉性耳聋，由耳蜗中听觉神经功能衰退引起，也可由传导神经和大脑听觉中枢功能的降低引起。噪声性耳聋两个特征：一是有一个持续积累的过程，一开始感觉不明显，容易被忽视；二是不能治愈。

1.4.2 噪声对健康的影响

1．作用于人的中枢神经系统，引起头痛、脑胀、耳鸣、失眠、全身无力、为神经官能症。

2．引起消化不良，食欲不振、恶心呕吐、导致肠胃病和溃疡病。

3．引起心跳加快，心律不齐，血压升高，动脉硬化，冠心病。

4．视觉器官：眼睛、视力减退、眼花、使劳动生产率下降。

5．内分泌功能影响，胎儿正常发育的影响，及胎儿听觉器官影响。机场噪声无论大小对儿童健康都

有不良影响，引起儿童的血压升高和紧张荷尔蒙凝聚度显著上升。