基于单片机的噪音检测与报警系统的设计与研究(小项目设计)

基于单片机的噪音检测与报警系统的设计与争论环境噪声监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节。本次设计以单片机AT89C52为数据和掌握处理器。首先，用传声器采集环境中的噪声，把声音信号转换成电信号；接着，由集成运放LM358把采集到的电信号放大，利用ADC0808模数转换电路把模拟信号转换成数字信号；然后，利用单片机本身的计数器、计时器和中断实现对信号的处理；最终，由LM016L液晶显示屏显示噪音分贝值。当超过限定分贝值时报警器自动报警，回到正常分贝值时自动解除报警。本设计的优点是电路简洁、精度较高、有用性较强。I21章绪论噪声的概念物理学定义：噪声是发声体做无规章振动时发出的声音。音产生干扰的声音称之为噪声。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。总而言之，噪声和声音一样是由物体振动产生的。噪声对人体的危害〔音响、空调、电视机等〕的增多，环境噪声日益严峻，它已成为污染人类社会环境的一大公害。噪声具有局部性、临时性和多发性的特点。噪声不仅会影响听力，而且还对的慢性杀手”。噪声给人带来生理上和心理上的危害主要有以下几方面：痛、听力损伤；噪声对视力也有不同程度的损害。100100分贝左右噪声环境中工作时140分贝的噪声会引起眼球的振动、视觉模糊，呼吸、脉搏、血压都会发生波动，甚至会使全身血管收缩，供血削减，说话力量受到影响。1.31.3噪声的利用福人类。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。人对不同声强的感觉无法忍受：150dB~130dB感到苦痛：130dB~110dB很吵：110dB~70dB无声：0dB声压级测量机理20uPa(微帕)200Pa〔帕〕，其间相差107倍，这LPP的声压级表示成LP 20lg(P/P0)dB (1.1)P020uPaP=P0时，LP=0dBP=200Pa时，LP=140dB。0.20.250.5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，在噪声的测量AA声dB1.1A声级的校正量之间的关系。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〕31.563125250500A声级校正量〔dB〕－39.4-26.2-16.1-8.6-3.2倍频带中心频率〔Hz〕1k2k4k8k16kA声级校正量〔dB〕01.21.0-1.1-6.62章总体方案设计整体思路是：将外界噪声经过传声器转换成电信号。由模拟电路采集环境噪声并放大，经过模数转换后再经前期数据处理电路送入单片机，系统的核心局部是单片机P0LCDP2LED灯显示，再通过串口输出实现通讯。方案论证基于AT89C52单片机实行A/D转换器设计方案噪传放声模数转换电路单LCD 显示电路大片LED电声器路机RS232串口通讯环境噪声经高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。所用传声器频率特1.5噪传放声模数转换电路单LCD 显示电路大片LED电声器路机RS232串口通讯2.1总体设计框图基于LabVIEW的多功能噪声测试仪设计方案PC总线插卡式虚拟声级计模式，2.2所示。传声器将被测声源信号转换为电信号，A/D卡将模拟信号转换为数字信号后供计算机进展缝隙和处理，A/DNIPXI-4472.NILabVIEW软件完成对信号的读取、分析、计算、存储和显示。传声器A/D传声器A/D采集PC机软件局部2.2虚拟式声级计硬件构造方案比较有些元器件选择比较困难而且价格昂贵，消耗的功率相对较大，相比而言单片机采集数据更加便利，便于处理，而且单片机已经成为主流产品。单片机在电路上相比照较简洁，而且消耗的功率相对较少，调试也较便利，还有最主要的一点是，第一种的测量精度与方案二差不多，符合经济实惠的要求，因此本设计承受了第一种方案。3章硬件电路设计A/D转换、单片机系统、LCDLED灯预示报警电路以及串口通讯模块。传声器传声器〔Microphone〕又称话筒，俗称“麦克风”。传声器是将声波转换为相应电力使传感器的振动膜振动，进而经变换器将此机械运动转换成电参量的变化，是噪声测量系统中的一个主要环节。依据膜片感受声压的状况不同，传声器可分为三类：声强式传声器，其膜片的一面感受声压；差压式传声器，其膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜假设依据膜片振动转换成电能的方式来分，传声器可分为：电容式传声器，它利用动圈式传声器，利用磁场耦合的方式将膜片的振动转换成电量。话筒等多种；按产生电压的作用原理不同，可分为恒速式和恒幅式两类；按输出阻抗3.1。3.1传声器的主要技术特性和适用性主要技术特性和适用性电容式传声器类型压电式动圈式灵敏度0.3-50Mv/Pa较高较低动态范围〔dB〕较高者：20-146较低者：90-184较窄较窄工作环境要求温度-50-150℃相对湿度：<90%因温度变化，准确度影响较大能在高温下工作，但易受磁场干扰适用于周密声级计，适用于一般声级计，适用于一般声级计，适用性能与各种带通滤波器构造简洁，造价低多用于频率响应，灵协作使用，必需配用敏度、指向性要求低前置放大器的试验室测量率变化时，则运动元件的运动速度在运用频带内恒定不变。这类传声器，常见的有动圈式传声器和铝带式传声器。恒幅式传声器的输出电压正比于运动元件的位移幅度。当入射声波强度不变时，该运动元件的位移幅度在运用频带内不变，其产生的电动势不变。这类传声器，常见的有晶体传声器和电容传声器。声器，当晶体的两面受到压力时，在两面间消灭正负电荷，产生某一方向的电动势：当受到相反方向的应力时，晶体两面则产生与受压力相反的电荷和电动势。当晶体受到交变声波的作用时，便产生音频电动势。廉、输出电压高，使用便利，考虑元器件的性价比和应用功能选用的是膜片式晶体传声器。传声器与电路的接法因此不能直接与放大器相连接，必需连接阻抗变换器。通常用一个专用的场效应管和3.1所示。传声器仿真

3.1传声器接入电路由于在软件proteus来代替。由于噪声经麦克风采集变成相应的电信号故可以承受信号源或电位计代替传声器输入进展放大。放大电路LM358是双运算放大器。它的封装有8引脚双列直插式和贴片式两种，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，功能完全一样，适合于电源电63.2所示。3.2LM358引脚图LM358的特性有以下几点：内部频率补偿。直流电压增益高(100dB)。单位增益频带宽(约1MHz)。电源电压范围宽：单电源(3—30V)。5.双电源(±1.5—±15V)。低功耗电流，适合于电池供电，低输入偏流。低输入失调电压和失调电流。共模输入电压范围宽，包括接地。差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。输出电压摆幅大(0Vcc-1.5V)。依据仿真的需要，可以用信号源或电位计代替麦克风作为放大电路的输入。支持电流、电压、电阻、频率、热电偶、热电阻等多种信号输出类型，最高精度可达0．01％，是工业现场、试验室以及各类仪表制造商必备的计量测试工具。信号源有正3.3所示。73.3正弦信号输入放大电路电位计也称为“pot可变电阻器，通常被制造成不管使用多久均能维持原有的3.4所示。3.4电位计输入放大电路在上述两个输入放大电路中，均进展的是同相放大，其闭环增益为

1R2KfR1Kf

(3.1)KZ”Z i

(3.2)2i 1R/R21式中Z”i---运算放大器的开环输入阻抗；K---运算放大器的开环增益。8A/D转换模块设计A/DADC0808。ADC0808芯片介绍ADC0808的内部规律构造由以下图可知，ADC08088路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D88路模拟量A/D转换完的数字量，OE3.5所示。图3.5 ADC0808内部构造ADC0808各引脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。RE〔：参考电压正端。RE〔：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。OE：输出允许掌握端，用以翻开三态数据输出锁存器。〔IN0ABC=000)。9ADC0808硬件连线图图3.6 ADC0808接线图单片机系统的设计单片机的选择单片机自从问世以来，它始终是工业检测、掌握应用的主角。市场上常用的单片MN6800系列等。其中，MCS-51由于单片机应用系统具有体积小，牢靠性高，功能强，价格低等特点，很简洁形成产品而更受青睐。8031ROM，使用时需外接程序存储器和一片规律电74LS373EPROM2764中的程序进展修改，必需先用一种特别的紫外线灯将其照耀擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没什么保密性可言。4KROM74LS373，更能表达“单片”的简ROM中，只有将程序交芯片厂代为烧写，并是一次性的，今后都不能改写其内容。8751805187514KEPROM，用EPROM中进展现场试验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线照耀肯定时间擦除后再烧写。80518751单4KFLASH工艺的。1089C52是由北京集成电路中心〔BIDC〕设计，由美国的Atmel公司生产八位单片8KROM的八位CMOS80C51单片机指令系统和引脚完全兼容。89C52比较适宜的。本系统承受CPU89C52的单片机，89C528K的内存储器，可以在编8031CPUEPROM为核MCS-51系列单3.789C52的主要管脚功能如下：接地；P0口〔32-39〕：I/O口，既可88I/OI/O口，也可按每位定义的其次功能操作；P2口〔21-28〕：既可作高8I/O口；P1口〔1-8〕：I/O口；RST〔9〕：复位信号输入端；ALE/PROG：地址锁存信号输出端；PSEN：内外程序存储器选择线；XTAL1〔19〕XTAL2〔18〕：外接石英晶体振荡器。STC89C523.7STC89C52管脚图1单片机外围电路设计时钟电路89C52的时钟可以两种方式产生，一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路；另一种方式为外部方式。本系统承受内部时钟电路。下面介绍内部时钟方式。XTAL1XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反响元件的片外晶体或陶瓷谐振器一3.889C52片内振荡器电路。89C52虽然有内部振荡电3.9是内部时钟方式的电路。外接晶体以及电容CX1和CX2构成并联谐振电路，接在放大器的反响回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡频率的凹凸，振荡器的稳定性，起振的快1.2MHz～12MHzCX1CX2的典20pF～100pF60pF～70pF时振荡器有较高的频率稳定性。典30pFCX247pF设计印刷电路板时，晶体或陶瓷振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以削减寄生电容，更好地保证振荡器稳定和牢靠地工作。为了提高温度稳定性，应承受NPO11.0592MHz的晶阵。图3.889C52片内振荡器电路图 图3.9内部时钟方式的电路图复位电路89C52RET89C520000H89C52的时RET89C52RET由高电平变成低电平以后，89C520000H地址开头执行程序。3.1089C52ALEPSEN两引脚输出高电平，RET引脚高电平到时，单片机复位。12通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。上电时，刚接通电源，电容C相当于瞬间短路，+5VRET/VPD89C52全机自动复位，这就是上电复位；假设运行过程中需要程序从头执行，只需按动按钮即可。按下按钮，则直接把+5VRET/VPDP0P3I/OSBUF存放器状态不确定。单片机系统设计图

3.10按键电平复位电路AT89C523.11所示。LCD显示电路

3.11单片机系统接线图液晶显示器〔LCD〕具有功耗低、体积小、质量轻、功耗小的特点。点阵字符型液晶显示器把LCD掌握器、点阵驱动器、字符存储器集成在一块印刷电路板上，构成便于应用的液晶模块。这类液晶模块不仅可以显示数字、字符，还可以显示各种图13人机界面友好，使用操作也更加敏捷、便利，使其日益成为各种仪器仪表等设备的首LM016L。LM016L的构造及功能LM016L液晶模块承受HD44780HD44780具有简洁而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪耀等功能。LM016L与单片机通讯可承受8位或者4位并行传输HD447808〔IR〔DRBDDRAMCGROMRAM、地址计数器〔AC。IR用于存放指令码，只能写入不能读出；DR用于存放数据，数据由内部DDRAMCGRAMDDRAMCGRAM读出的数据。BF为1时，液晶模块处于内部处理模式，不响应外部操作指令和承受数据。DDRAM80CGROM8位字符码生成5*7点阵字符160种和5*10点阵字符32种。CGRAM是为用户编写特别字符留用的，它的容量仅6485*745*10AC可以存储DDRAMIRIRAC，同时DDRAMCGRAM单元。LM016L引脚功能如下：VSS：电源地VDD：电源正极比照度过高时会产生“鬼影”10K的电位器调整比照度。RS：为存放器选择，高电寻常选择数据存放器、低电寻常选择指令存放器。共同为低电寻常可以写入指令或者显示地址，当RSR/W为高电寻常可以读RSR/W为低电寻常可以写入数据。D0～D78位双向数据线。LM016L接线LCDD0-D7AT89C52P0LCDR/WRSP3p3.2、p3.6、p3.7P0LCDD0-D7口LCD14LM016L3.12所示。LED预示报警电路

3.12LM016L接线图3P2p2.7、p2.6、p2.5相连接。本次设计通过p2.7LED为中等使p2.6高电平点亮黄色LED90-100db为最高等使p2.5高电平点亮红色LED3.13所示。3.13LED灯原理图15串口通讯模块设计〔EIA〕联合贝尔系统、调制解调器厂“数据终端设备〔DTE〕和数据通讯设备〔DCE〕之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定承受一个25个脚的DB25DB25DB9接口，RS232DB9。其引脚图如下：3.14RS232引脚图单片机支持串口通讯，它供给的是COMS电平的串口数据，但PC机进展串口通讯时，其COM口出来的信号是RS232协议的串口数据电平，同时由于串口数据传输3.15所示。3.15串口驱动电路进展电路仿真时，我在网上下载了一个模拟串口驱动软件和串口调试助手，使得compimRXD,TXDp3.0，p3.1相连以到达模拟通讯1617的目的。串口通讯最关键的是单片机发出的数据能够传送到上位机，这就需要软件编程设proteus12MHZ9600bit/s，虚拟数proteus中设置串口物理端口为COM3COM4，9600bit/s8。这样单片机与上位机就达成协议，数据就能模拟通讯了。4章系统软件设计总体设计C语言编程，承受子函数调用形式，使得整个程序看起来LCDADC0808初始化子函数，T1初始化处于定时状态，并承受死循环形式对各种子函数不断的调用，以到达对数据进展处理及显示的功能。总程序框图如图4.1所示。开头开头单片机处理时钟信号ADC0808LCDdbLED显示串口写入启动转换LP<70?否是否转换完毕?绿灯黄灯红灯70<LP<90是是否OE=1，输出蜂鸣器报警图4.1总程序框图各子函数设计ADC0808子函数设计模数转换模块程序框图如图4.2所示。ST=1否EOC=0?是转换完毕OE=1输出P14.2模数转换程序框图延时子函数设计此延时函数延时100ms。延时子函数程序框图如图4.3所示。开头开头20msms0否是i=0，否i100是完毕串口子函数设计

4.3延时子函数程序框图开头设定初值传送数据否TI0是TI=0，完毕本设计承受串口工作方式1，定时器T1开头设定初值传送数据否TI0是TI=0，完毕4.4串口子函数程序框图5章系统仿真与分析开发出的系统是否成功，功能是否完善只有在这里才能显现出来。所以为了保证设计系统能够正常工作，必需对软件和硬件局部的每一个局部进展仿真和分析。仿真分析的一般过程Keil软件进展软件调试，KeilKeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、构造宏汇编、连接器、库治理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过KeilWIN98NTWIN2023、WINXP等操作系统。特别在使用C语言编程，那么Keil几乎是我们的不二之选，即使C语言而仅用汇编语言编程，其便利易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会使我们事半功倍。KeilProtues软件联合仿真。软件调试序的语法和规律错误，具体的调试步骤如下：把系统的各个模块在仿真软件中逐个调试。结果是否为设计时想要的结果。统的全部功能。ADC0808模数转换CLOCK5.1为软件运行的结果。225.1Proteus环境下软件运行结果〔mv〕LCD显示结果被点亮灯的颜色2021db绿色3536db绿色5051db绿色6566db绿色7071db黄色7677db黄色8283db黄色8889db黄色9091db红色9394db红色9697db红色9899db红色23附录A 源程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineuchar unsignedchar#defineuint unsignedintsbitst=P2^0;sbiteoc=P2^1;sbitoe=P2^2;sbitclock=P3^5;sbitrs=P3^7;sbitrw=P3^6;sbite=P3^2;sbit p25=P2^5;sbitp26=P2^6;sbitp27=P2^7;uchara,b,c,tem1,d,tem;uinttem2,t;voiddelay(uintms);voidUsartConfiguration; 串口通信程序voidinit;voidwcomd(uintcomd);voidwdate(uintdate);voidwritechar(ucharhang,ucharlie,ucharb);voidwritestring(ucharhang,ucharlie,uchar*b) externvoiddisplay(uchartem1);ucharad0808{uchartem;st=0;oe=0;st=1;st=0;while(eoc==0);oe=1;tem=P1;oe=0;returntem;}voidtime0interrupt1{clock=~clock;}main{EA=1;ET1=1;TR1=1;TMOD=0X20;TH1=253;TL1=253;UsartConfiguration;while(1){SBUF=tem2; //将要发送的数据放入到发送存放器while(!TI);TI=0;delay(10);tem1=ad0808;display(tem1);

//等待发送数据完成//去除发送完成标志位if(tem2==0||tem2==1000){p25=1;}else p25=0;if(tem2>=700&&tem2<900){p26=1;}else if(tem2<700){p27=1;}else p27=0;}}voiddelay(uintms){uinti;while(ms--){for(i=0;i!=100;i++);}}bit busy{bitflag;P0=0x80;rs=0;rw=1;e=1;_nop_;_nop_;_nop_;flag=P0&0x80;e=0;returnflag;}voidwcomd(uintcomd){while(busy);rs=0;rw=0;e=0;P0=comd;e=1;_nop_;_nop_;_nop_;e=0;}v