基于单片机的噪声测试仪的设计与制作

目    录 摘要    I ABSTRACT    II 1  绪论    1 1.1  课题的背景及意义    1 1.2  噪声    1 1.3  噪声的危害和利用    2 1.3.1  噪声对听力的损伤    2 1.3.2  噪声对正常生活和工作的干扰    2 1.3.3  噪声的利用    3 1.3.4  人对不同声强的感觉    3 1.4  响度级和响度    3 1.5  噪声测试仪的发展及前景    5 1.5.1  噪声测试仪的发展    5 1.5.2  噪声测试仪的前景    5 1.6  课题的主要任务及意义    6 1.6.1  任务    6 1.6.2  课题意义    6 1.6.3  论文内容安排    6 2  噪声测试仪的总体方案设计    8 2.1  噪声测试仪的任务分析和功能要求    8 2.2  软件设计方案    8 3  硬件电路系统设计    10 3.1  传声器    10 3.2  信号前置放大器    10 3.3  交直流转换电路的设计    12 3.3.1  有效值检测电路AD536    12 3.3.2  AD536外围电路的设计    13 3.4  V/F转换器    14 3.5  单片机    15 3.5.1  89S51单片机的简介    16 3.5.2  单片机最小系统    17 3.6  显示电路的设计    19 4  总电路软件设计    20 4.1  频率与声压级检测算法    20 4.2  程序系统框图    21 4.3  中断服务程序的设计    23 5  安装与调试    25 5.1  调试设备    25 5.2  调试步骤    25 结束语    26 致谢    27 参考文献    28 附录    29 基于单片机的噪声测试仪的设计与制作 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LCD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；LCD THE DESIGN AND MANUFACTURE OF NOISE-MEASURING INSTRUMENT BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER ABSTRACT The noise does the health of people a lot of harm, so cutting down the danger of the noise has become a term of important task now. Measuring noise of environment has played an important role in improving the living quality and strengthening the environment safeguard. 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 indication 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 microcomputer’s input signal. Then the SCM will change it into a noise DB value, which will be displayed on LCD. This system is simple and has high precision, so it is always used in monitoring the urban noise real-time. KEYWORDS    Operational Amplifier;V/F Converter;Single Chip Microcomputer;    LCD 1  绪论 1.1  课题的背景及意义 随着社会的进步，科技的发展，人们在享受科技成果的同时还遭受着各种各样的噪声的干扰。无论是交通运输、城市建筑还是工业生产都伴随着大量的噪音污染。随着人口密度的急剧增大，家用电器的普及，环境噪声变得越来越严重，它对人的危害也日益显著，成为严重危害人类社会环境重要污染源之一，因此环境噪声污染成为现代人类不得不面临和急需解决的问题。噪声特点是多发性和暂时性，它不仅影响人的听力、睡眠，更加影响人的情绪和神经系统。在生理上，噪声干扰休息睡眠、影响工作效率、损伤听觉器官，引起耳部的不适，导致耳鸣、耳痛。在心理上，噪声可以引起神经系统功能的紊乱和人的烦躁情绪。 通过噪声测试仪可以测量噪声的大小，根据测得值可以知道能否对人们造成损伤，从而可以更好地避免噪声的伤害或者更好地利用噪声，例如：在工厂里可以通过测试噪声大小，若超过一定值，我们可以将噪声源独立于一个空间中或者给工人戴上耳塞。噪声在一些方面也可以加以利用，通过噪声测试仪测量噪声大小，可以更加方便噪声的避免和利用。 1.2 噪声 噪声也是属于声音，它的产生机理和声音一样。是由物体的机械振动产生的。无论是固体、液体还是气体，只要产生振动均可以称作声源。声音的强弱，可以通过声压p来表示，声音大小的单位为Pa（帕），因为声压的有效值直接与声音的能量有关，所以声压一般是指声压的有效值。有效值的定义为瞬时声压平方在一段时间内平均数的平方根。 声压变化范围很广，而且由于人耳朵对声音强弱反应的特性，所以可以用对数方法将声压分为百十个级，称之为声压级，方便声压的计算。因此，此设计测量声音的范围为30-90dB。 声压级定义为：声压与参考声压之比的对数乘以20，单位为分贝（dB） 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。基准量P0为20m Pa。当P= P0时，LP=0dB，而当P=200Pa时，LP=140dB。 1.3  噪声的危害和利用 1.3.1  噪声对听力的损伤 噪声对人的危害很大，在不知不觉中伤害着人类。短时间处于高噪声环境中，使人双耳难受、头痛、不舒服，过一段时间适应了，但是在这之后，双耳嗡鸣，听力一般损失15dB左右。休息几小时后，听力才会逐渐恢复，这叫暂时性听力损伤（听阈偏移、听觉疲劳），听觉器官并未受到器质性损害。如果经常工作在高噪声环境下，长时间下来，会使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：一是有长时间积累的过程，一开始感觉不明显，容易被忽视；二是不能治愈。