09160400114+陈枭+基于单片机的噪声检测系统的设计与实现++++

大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于单片机的噪声监测系统的设计与实现系所：电子工程系专业：电子信息工程（嵌入式系统工程）学生姓名：陈枭学生学号：指导教师：申华导师职称：教授完成日期：2013年5月2大连东软信息学院Dalian基于单片机的噪声监测系统的设计与实现摘要随着社会的不断进步，和社会文明的不断进步，城市化的发展已经成为了未来的发展趋势，可是随之而来的各种污染和环境破坏已经成为社会发展的当务之急，噪声污染是众多污染中，较为常见，且影响较大的一种污染。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。由于噪声是一种无法看见的物质，所以对于噪声的检测必须通过有效的设备来进行。环境噪声监测仪就是一款检测环境噪声的设备，通过检测单片机、辅助电路、显示电路和噪声传感器共同组建成为一个噪声监测仪。本文详细介绍了噪声监测系统的测量原理和系统的实现和组成，主要包括：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LED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ThedesignandimplementationofnoisemonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputerAbstractThenoisedoesthehealthofpeoplealotofharm,socuttingdownthedangerofthenoisehasbecomeatermofimportanttasknow.Measuringnoiseofenvironmenthasplayedanimportantroleinimprovingthelivingqualityandstrengtheningtheenvironmentsafeguard.Inthepaper,themeasurementprincipleandthesystemconstitutionareintroducedindetail,including:thenoisesignalconvertingsystem,signalmagnifyingsystem,V/Fconvertingsystem,datacollectionandindicationsystem.Thispaperintroducesthewaystoconvertthereal-timemonitoringofthenoiseintoacousticfrequencyelectricalsignalbyusingmicrophone,operationalamplifierandV/Fconverter,whichwillactasSingleChipMicoyo’sinputsignal.ThentheSCMwillchangeitintoanoiseDBvalue,whichwillbedisplayedonLED.Thissystemissimplehashighprecision,soitisalwaysusedinmonitoringtheurbannoisereal-time.Keywords:operationalamplifier，V/Fconverter，SingleChipMicoyo目录TOC\o"1-3"\u摘要 图4.6系统控制流程图第5章系统实现5.1软件实现5.1.1主函数模块介绍一个程序，无论复杂或简单，总体上都是一个“函数”；这个函数就称为“main函数”，也就是“主函数”。main函数在程序中大多数是必须存在的，但是依然有例外情况，比如windows编程中可以编写一个动态链接库（dll）模块，这是其他windows程序可以使用的代码。由于DLL模块不是独立的程序，因此不需要main函数。再比如，用于专业环境的程序如机器人中的控制芯片--可能不需要main函数。主函数是系统的开始，软件系统的入口就是主函数。主函数中定义了再后续使用的函数，其是程序的核心，主要是在运行过程中，控制各个软件模块的运行。主函数中定义了各个函数后，将调用的函数名进行定义后，就可以在主函数中进行调用。本系统的主函数主要是保证了系统能够持续的运行，检测传感器的电压值。保证系统能够正常有效的运行。5.2.2延迟函数模块介绍系统程序的运行过程中，由于各个模块之间和显示之间的时间并不能同步，就会造成数码管显示的混乱，延迟函数在运行过程中，会被主函数调用，在调用过程中，可以有效的延迟周期，起到稳定系统饿作用。通过使用循环函数将系统的函数运行5.2.3显示函数模块介绍数码管显示电路其主要功能就是显示噪声监测仪的分贝数显示功能。根据一般城市内噪声等级、测量方法和标准，显示只需四位即可满足要求，显示格式：××db。数据处理完后，显示子程序开始工作，由于LED显示为段码的显示，所以处理后的十进制数要首先取段码，然后送显示单元。本设计的显缓单元为5CH-5FH，采用两个四位LED显示，先把要显示的数据存入显缓单元，然后取段码，再把段码送到指定的位上，用R5进行位的选择。5.2.4中断模块介绍噪声监测系统在工作过程中其主要的功能是由芯片中的定时器/计数器来实现的。单片机的定时器/计数器T0由特殊功能寄存器TH0、TH1构成，定时器/计数器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1构成。5.2程序实现/********************************************************函数名：Init()参数：无返回值：无功能：初始化定时/计数器0为计数模式1，定时/计数器1为定时器模式1。定时时间为50ms，开启定时器中断1，并启动定时 器1，开启总中断。********************************************************/voidInit(void){ TMOD=0x15; //T0计数T1定时 EA=1; //开总中断 TH0=0;// TL0=0; TR0=1; // 开计数器T0 TH1=0x4c; //50ms TL1=0x00; ET1=1; //T1中断允许 TR1=1; // 开定时器T1}/********************************************************函数名：delay(unsignedchart)参数：短延时时间长度返回值：无功能：实现数码管显示时的短延时。********************************************************/voiddelay(uchart)//短延时{ for(;t>0;t--);}voidmain(){ ulongdb=0; Init(); while(1) { db=count_f(ff); display(db); if(start) { start=0; P2=0xff; tmp=TH0; tmp<<=8; tmp+=TL0; ff=tmp*20/count; count=0; TH0=0; TL0=0; TH1=0x4c;//50ms TL1=0x00; TR0=1; TR1=1; } }}/********************************************************函数名：display(unsignedlongcp)参数：unsignedlongcp返回值：无功能：将参数cp显示在数码管上，并显示单位"db"。********************************************************/voiddisplay(ulongcp){ staticucharnum=0; P2=0xff; switch(num) { case0:P0=0x83; break; case1:P0=0xa1; break; case2:P0=0xff; break; case3: P0=tab[cp%10]; break; case4: P0=(tab[cp/10%10]&0x7f);break; case5: P0=tab[cp/100];break; } P2=wei[num]; num++; num%=7; delay(100);//短延时}voidTime1()interrupt3{ if((TH0<1)&&(TL0<10)) { TH1=0x4c;//50ms TL1=0x00; count++; } else { count++; TR0=0; TR1=0; start=1; }}/********************************************************函数名：count_f(unsignedlongf)参数：unsignedlongf返回值：当前环境的噪音值，单位为"dB".功能：将频率信号转化为分贝值********************************************************/ulongcount_f(ulongf){ ulongans; if((f>=20)&&(f<=40)) { ans=1100-f*10; } elseif((f>40)&&(f<=100)) { ans=533-f/3; } elseif((f>100)&&(f<=500)) { ans=503-11*f/40; } elseif((f>500)&&(f<=1000)) { ans=380+f/50; } elseif((f>1000)&&(f<=300)) { ans=450-f/20; } elseif((f>3000)&&(f<=10000)) { ans=215+f/35; } returnans;}第6章系统测试系统的硬件、软件独调和系统调试是系统最后的步骤也是系统特别重要的环节，因为设计和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，必须对软件和硬件部分的每一个部分进行调试和分析。本章详细的介绍了计价器的硬件调试、软件调试和软硬联调的过程，并对调试结果进行了介绍和分析。6.1噪声监测器的系统调试系统调试是利用伟福仿真器及其自带软件来实现一个模拟仿真系统。伟福调试软件功能较强，包含了单步、断点、跟踪、检查和修改等功能。伟福仿真器的仿真头代替89C52芯片，插在硬件电路板的原来插AT89C51芯片的插座上，就可以软硬件调试了。本次设计的联调采用分块联调，再总体联调的方法。下面介绍本设计的软硬件联调的过程。首先用伟福仿真器调试显示电路部分，调入预先编制好的显示程序，检查程序和硬件是否对应上。显示电路显示的数据和编程的所要显示的数据一致，显示电路联调成功。当伟福仿真器的仿真头代替89C52芯片，插在硬件电路板的原来插89C52芯片的插座上，时钟芯片电路在软件的启动下开始工作，在伟福软件环境中，查看相对应的单元值是否正确。将传感器电路的输出端接入放大电路的输入端，当声音的音量变大时从转换电路输出的脉冲信号的频率变大，反之，频率变小。进行整体的联调，将从转换电路输出的频率信号接入单片机的T0口，看整体运行是否正确。此时LED显示出符合要求的结果。6.2调试故障及原因分析本节就基于单片机的噪声检测器的设计中遇到的故障和调试方面出现的问题作一概要的叙述。1．线路错误在实际焊硬件电路，由于线路较多，焊错电路，如焊完电路时发现电路所有的电源线与地线全部相通，且单片机不正常工作。经查是时钟电路没有接地，改正后晶振就可以启动，单片机就可以正常工作了。2．提供电源错误在整个的电路中，刚开始我给所有电路提供+5v的电源，但电压/频率转换器的输出端却没有频率信号的输出，经过再次的确认，发现LM368的工作电压是+15v，当接入+15v的工作电压后，就输出所需的频率信号3．LED位选连接错误当整个电路通电后，发现LED显示的结构是bd54，发现显示完全到过来了，知道是位选线链接错误，将错误改正后，显示45db。4．电阻大小选择错误在一切调试成功后，虽然显示出了正确的结果，但是LED灯的亮度却极低，很难看清楚，因此将下拉电阻换成小点的电阻，LED灯变亮了。5．软件错误在软件调试时，发现LED的最后两位都显示字母b，发现给后两位的地址送的值都是7CH，所以才出现此现象，因此将第三位的值改为5EH，显示结果就变为db。6.3测试结果分析由于条件有限，本课题中采用晶体式传声器，其测量精度不是很高，再加上声音信号不容易控制，而且很不稳定。再加上硬件电路中的一些系统误差，所以测量结果不是十分精确。但是，当将被测量的声音信号的音量变大时，LED的显示值变大，反之则变小。而且此系统的测量范围为40db-96db，完全符合设计要求，而且指示灯也能指示一定的声压级范围。故本次设计符合设计的要求，能实现对噪声信号的采集、处理及显示，功能性较强，具有一定的实践意义。第7章结论在整个设计过程中，充分发挥人的主观能动性，自主学习，学到了许多没学到的知识，完成了对设计，达到了预期的目的。在电路焊接时虽然没什么大问题，但从中也知道了焊接在整个作品中的重要性，电路工程量大，不能心急，一个个慢慢来不能急于求成，反而达到事半功倍的效果。对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。程序编写中，由于思路不清晰，开始时遇到了很多的问题，经过静下心来思考，理清了思路，终于能够完成它。在此次设计中，知道了做凡事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一个脚印。也练就了我们的耐心，做什么事都在有耐心。此次设计中学到了很多很多东西，这是最重要的。该课题的主要任务是开发一个以89C52单片机为核心的噪声监测系统。通过联调，实验验证了系统的可行性，能满足设计要求，达到设计的指标，实现对噪声信号的采集、处理功能，并用LED显示出噪声的分贝值，采用指示灯指示出声压级的大概范围。这个开发过程主要包括了硬件电路设计和软件程序的编写两个部分。从确定毕设题目，到查阅质料确定总体方案设计，总体方案论证，硬件电路的设计，硬件电路的优化，软件的设计，软件的优化，焊制硬件电路板，检验硬件电路，调试软件程序，到最后的软硬件联调，其中的每一个过程都是精心设计、仔细完成的。由于使用的是单片机作为核心的控制元件，本噪声监测器具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其具有很高的智能化水平。但是该设计还是不够完善，因为声音信号本来就很不稳定，而且也不知道它的声压级是多少分贝，所以说在校正上存在一定的困难。在软件设计的过程中，利用了Keil这个软件在程序录入和调试的时候的优越性，让我能够在编写软件的时候很方便的发现软件中的错误，现在已经能够使用Keil对所设计的程序进行调试。对于PROTEUS这款软件，也能熟练掌握电路设计仿真。由于平时没有接触过这两个软件，加上毕业设计的时间有限，对于他们的连接调试程序，未能熟练掌握，但以后有机会的话会再好好学习的。参考文献[1]李华．MCU-51系列单片机实用接口技术[M]，北京航空航天大学出版社，2006，3[2]许育诚．软件测试与质量管理[J]海事大学，2007，6，14-42[3]景新梅．软件产业原动力[J],中国计算机报，2005，7，32-33[4]刘湘涛，江世明．单片机原理与应用[M]，北京:电子工业出版社，2006，7[5]万福军．单片微机原理系统设计与应用[M]，中国科学技术大学出版社，2005，5[6]胡辉．单片机原理及应用设计[M]，中国水利水电出版社，2005，10[7]缪学勤．解读IEC61158第四版现场总线标准[J]，仪器仪表标准化与计量，2007，3，1-4[8]刘艺，徐大琴．嵌入式系统设计大学教材[M]，人民邮电出版社，2008，12[9]张迎新，雷文．C8051F系列SOC单片机原理及应用[M]，国防工业出版社，2005，12[10]官晟．张杰.微机主从通信系统多232口连接电路设计[J]，微计算机信息，2005，4，10-16[11]董春霞，张胜利．I2C总线技术及其在智能仪表中的应用[J]，2008，4，24-26[12]何立民，I2C总线应用系统设计[M]，北京航空航天大学出版社，2005，5[13]潘新民，王燕芳．单片机微型计算机实用系统设计[M]，人民邮电出版社，2009，7[14]阳宪惠．现场总线技术及其应用[M]，清华大学出版社，2007，9[15]杨振江．A/D，D/A转换器接口技术及实用线路[M]，西安电子科技大学出版社，2003，8[16]张毅刚．MCS-51单片机应用设计[M]，哈尔滨工业大学出版社，2011，6[17]张毅刚．基于单片机的数据采集[J]，哈尔滨工业大学学报，2007，4，35-38[18]MicrochipTechnologyInc.PIC16C5XEPROM/ROM-Based8-bitCMOSMicrocontrollerSeries[EB/OL]，PhilipsSJA1000——Stand-aloneCANController,DATASHEET，2007，8[20]PhilipsPCA82C250CANControllerInterface,DATASHEET，2007，11致谢大学生活随着毕业设计的完成也将要结束，我思绪万千。回想大学四年的生活我要感谢的人太多太多，我的父母，我的老师，我的同学。是你们不断的支持和鼓励才让我的大学四年的生活如此缤纷多彩。感谢所有的老师们，是你们的努力让我们嵌入式系统工程系不断的壮大和成长。毕业在即我希望各位老师原谅我以前做过的不够好的事情