基于单片机环境噪音测量仪

湖南铁路职业技术学院学生毕业设计(论文)毕业设计课题名称：基于单片机的环境噪声测量仪专业电气系统工程系统类车辆电子081学生名陈斌指导老师的张敏三完成日期2010年12月2011年毕业设计书一、课题名称：基于单片机的环境噪声测量仪系统的设计二、指导老师：张敏三三、设计内容和要求一.挑战概述本课题采用单片机设计环境噪声测量仪，实现噪声测量的基本功能。 通过这一具体控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的常见方法和处理问题的思路，特别是常用技术手段是实践教学的一部分，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人综合能力。2 .设计内容和要求(1)设计内容：1 )绘制噪声测量仪系统框图，确定设计方案。2 )理解电路所需芯片的功能、参数和工作原理。3 )使用3)protect制作噪音测定器的电路图。4 )用c语言完成软件设计。5 )使用软件完成编译、仿真和下载6 )完成噪声测量仪的硬件设计方案；7 )调整实现噪声测量仪控制系统的功能(2)设计功能要求：外部噪声信号用麦克风转换成声音信号，经过放大和V /F转换，输入单片机处理，实现噪声的实时监视。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、设计说明书的要求1 )封面2 )内容摘要3 )目录4 )绪论5 )本文(设计方案的比较和选择、设计方案的原理、计算、分析、设计结果的说明和特征)6 )文献7 )表示感谢8 )附录(参考文献、图纸、材料清单)六、毕业设计程序安排第一周：材料准备和借用，理解设计思路。第2-3周：完成设计要求的说明和课题内容的指导、图纸的初稿。第4-6周：进行毕业设计，完成说明书初稿。第七至第八周：首次检查，了解设计完成情况。第九周：检查第二届学生设计完成情况，准备毕业答辩。第十周：毕业答辩和综合成绩评定。七、毕业设计答辩和论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，学生将毕业设计书、毕业论文、专题报告书等必要数据提交指导教师，请教师写评审意见。学生答辩时在自己体验部分写下的书面纲要，内容包含课题的任务、目的和意义，对采用的原始数据和参考文献、实验方法、测试方法、学生独立工作的能力、创新能力进行鉴别。2、毕业设计论文的要求文字要求：说明要求印刷，不能手写。 文字为通顺，语言为通顺，排版合理，无错字，不准模仿。3、图纸要求：按图纸制图规格制图，图纸清洁，布局合理，线粗均匀，圆弧光滑，尺寸规范，文字注记应用图纸文字书写。4、曲线图要求：所有曲线、图表、电路图、程序框图等不是手写的，必须按照国家标准和工程要求制作。湖南铁路职业技术学院学生毕业设计(论文)摘要外部噪声信号用麦克风变换成声音信号，经过放大和V /F变换后输入到单片机中进行处理，变换成对应的dB值并在LED上显示，由此实现噪声的实时监视。 其实现简单，精度高，实际可用于噪声的实时监测。关键字：微运算放大器单片机LEDAbstractmonitoringthenosesurconthemicroprocessorthispaperintducsthewaystoconventthereal2timemonitoringofthenoiseintofrequeen2cy by using operationallifierandv/ff converter，whiwwillasmicroprocessorsinputsignal.thenmicroprocessorwillchangeittodbvalue，whiwwillbedispekeywords :微机； operational amp lifier； v/f转换器； microp rocessor； LEDii.ii目录摘要IAbstractII第一章引言11.1噪音测量仪的选择背景11.2噪音11.3噪声的分类21.4噪音的危害31.4.1噪音对听力的损伤31.4.2噪音对健康的影响31.4.3噪音对正常生活和工作的干扰41.4.4特别强噪声损害仪器设备和建筑物。 41.5噪音评估41.5.1响度级别和响度41.5.2声级6第二章功能概述和总体方案设计72.1功能概述72.1.1噪声测量原理72.2系统设计方案72.2.1麦克风72.2.2运算放大器72.2.3转换器92.2.4单片机112.2.5驱动模块112.2.6 LED显示12第三章总电路设计分析133.1系统硬件总电路结构133.2基于单片机的环境噪声测量的基本构成和原理133.3 89S51单片机简介： 133.4单片机最小系统153.5芯片概要163.5.1 LM331163.5.2 LM35818第四章软件电路设计分析194.1频率和声压级检测算法194.2程序流程图195.3设计步骤如下： 20第五章设置和调试265.1调试装置265.2调试步骤265.3调试过程中出现的问题27参考文献28结论29设计心得30感谢31附录132附录232附录233第一章引言1.1噪音测量仪的选择背景当前世界科技发展迅速，人类在享受科技发展带来的现代生活的同时，还受到科技副产品各种污染。 其中，环境噪音污染是现代人不可避免的现实，尤其是住在城市的人们。 为此，本文以8031单片机为控制核心介绍了环境噪声测量方法。1.2噪音噪音是声音，声音是由物体的机械振动产生的。 振动的物体称为声源，可以是固体、气体或液体。 声音可以通过介质(空气、固体、液体)传播，当声波到达人的耳朵时，人们就会听到声音。 声波在传播过程中可能引起反射、衍射、折射和干涉。 声音有强弱，用声压p表示其大小，单位为pa(pa )，1 Pa=1N/m2 (牛顿/米2 )，1气压为1.013pa。 声压可以用峰值、平均值、有效值表示。 声压的有效值是瞬时声压平方是一定时间平均的平方根，也称为平方平均值(RMS )，因为它与声波的能量直接相关，所以被使用最多。 除非另有说明，否则声压指有效值。由于声压的变化范围很广，如人耳刚听到的最小声压为210-5 Pa，喷气机附近的声压可达数百pa，两者有数百万倍的差异，同时考虑到人耳对声音强弱的反应(对数)特性，用对数法将声压分成10级，称为声压级声压级的定义是声压与基准声压之比的常用对数乘以20，单位为dB (分贝)Lp=20lg P/Po式中： p是声压(Pa.)，p0=210-5Pa是参考声压，是人耳刚听到的声压。声波振动的速度用频率f表示，单位为Hz (赫兹)，表示物体在1秒以内振动的次数。 频率的倒数是振动周期t，单位是s (秒)。 人类只能听到20Hz20000Hz的声音，不足20Hz的声音是二次声音，超过20000Hz的声音是超声波。 声波振幅的时间变化图称为声波的波形。 波形为正弦波就叫纯音，可以使用纯音的声波以下函数说明：p=Psin(t )式中： p振幅-角频率、=2f、f-频率； -初始相位。例如，1000Hz的声音是频率为1000Hz的纯音。 波形不规则或随机时称为噪声。 噪声的振幅相对于时间的分布满足正规(高斯)分布曲线时，称为“随机噪声”。1.3噪声的分类根据声源的不同，噪音可以分为机械噪音、空气动力噪音、电磁噪音。 机械噪声主要由固体振动产生，机械运行过程中机械冲击、摩擦、交变机械应力以及运行过程中动力不均匀的原因使机械金属板、齿轮、轴承等产生振动，从而释放机械噪声，如机床、织机、球磨机等产生的噪声。 气体与气体、气体与其他物体(固体或液体)之间进行高速相对运动，粘性作用会产生气体紊乱，产生空气动力性噪音。 例如，由于各种鼓风机的吸排气噪音、喷气机的爆炸声、内燃机的排气、罐的排气引起的噪音爆炸，周围的空气急速膨胀也是空气动力性噪音。 电磁噪声是由于磁场脉动、磁致伸缩使电磁部件振动而产生的噪声，是变压器产生的噪声等。 根据噪音的时间变化特性，噪音的强度随时间变化不明显，可分为被称为稳定噪音(参照图1-1a )的4种情况。 噪音强度随时间规律起伏，周期性增大时出现较小，称为周期性变化噪音(参照图1.1b )，如蒸汽机车的噪音。 噪音随时间起伏的变化没有一定规则，称为随机噪音(图1-1c )图1-1就像街上的交通噪音。 如果噪音突然爆发后立即消失，持续时间在1s以下，且2个连续爆发音的间隔在1s以上，则称为脉冲音(图1-1d )，例如冲击噪音、枪炮噪音等。 城市环境噪声在噪声研究中占有重要地位，主要来源于交通噪声、工业噪声、建筑工程噪声和社会生活噪声。 由于城市汽车的增加和超声速飞机的大量使用，运输工具(汽车、拖拉机、列车、飞机等)产生的噪音成为城市环境噪音的主要污染源之一。 工业噪音不仅直接危害生产工人，也影响附近居民。 工业噪声中，纺织厂噪声90106dB，机械工业80120dB，大型球磨机、大型鼓风机130dB以上。 工业噪声是噪声性的主要原因。 建筑工程噪声是建筑工地使用各种打桩机、搅拌机、切割机等建筑机械产生的噪声。 社会活动和家庭生活的噪音也很普遍，比如为了宣传活动而使用过多的高音扬声器，会成为烦恼的原因。 在社会生活中，不使用收音机、录音机、电视机，大多是给邻居带来麻烦的噪音源。 电风扇、冰箱、洗衣机等家电产品，设计制造不合理，或者使用不当会成为噪音源。1.4噪音的危害1.4.1噪音对听力的损伤短时间处于高噪音环境中，双耳痛苦、头痛、不快，已习惯了一段时间，然后双耳嗡嗡作响，听力丧失15dB。 休息数小时后，听力逐渐恢复，称为暂时听力障碍(听阈偏差，听觉疲劳)，听觉器官未受器质损害。 长期在高噪声环境下工作，每天累积，内耳器官发生器质性病变，听觉疲劳无法恢复，永久性听阈偏移是噪声性耳聋。 怎样判断为耳聋？ 在ISO中，以500、1000、2000Hz的3个八度音量，听阈值上升的平均值在25dB以上时，认为听力损伤，也称为轻度的噪声性聋。 噪音性耳聋与噪音强度、频率及作用时间长度有关。 强度越大，频率越高，作用时间越长，噪音性耳聋的发病率越高。 工人在85dB(A )环境下工作15年，发病率为5%。 90dB为14%。 105dB为50%以上。 达到120dB时，即使在短时间内也会引起永久性听力障碍。 达到140dB时，听觉器官发生急性创伤，鼓膜破裂出血，双耳突然聋。 这是一次使人耳聋的恶性杂音性耳聋。 噪音性耳聋可分为两种情况：一种是机械传导性耳聋，由于外耳道阻塞、耳鼓或听觉系统损伤或功能下降。 二是神经感觉性耳聋，由耳蜗中听觉神经功能衰退引起，传导神经和脑听觉中枢功能下降引起。 噪音性耳聋的两个特征：一个是有持续积累的过程，一开始不显眼，容易被忽视的第二个是不能治愈的。1.4.2噪音对健康的影响1 .作用于人的中枢神经系统，引起头痛、脑膨胀、耳鸣、失眠、全身无力、神经官能症。2 .引起消化不良、食欲不振、恶心呕吐、胃肠病和溃疡。3 .心率快，心律失常，血压高，可引起动脉硬化、冠心病。4 .视觉器官：眼、视力减退，眼模糊，劳动生产率下降。5 .内分泌机能的影响，胎儿正常发育的影响，胎儿听觉器官的影响。 机场噪音大小均有利于儿童健康有不良影响，引起儿童血压上升和紧张激素凝集度上升。1.4.3噪音对正常生活和工作的干扰1 .影响睡眠。 40dB(A )的连续噪声影响10%的人的睡眠，70dB(A )影响50%。 突发噪音为40dB(A )，可以唤醒10%的人，60dB可以唤醒70%的人。 我国大城市交通噪声(7085dB )、列车噪声(75dB )、飞机噪声(95120dB )、工厂噪声(6070dB )、建筑工程噪声(8090dB )对居民睡眠有影响。2 .影响对话和通信。 通常，会话的语音在70dB以下且可高达85dB，使得正常会话在噪声水平接近会话的语音水平时阻碍。 如果噪声水平高于