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1、 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：传声器；运算放大器；V/F转换器；单片机；LEDAbstractThe noise does the health
2、 of people a lot of harm, so, cutting down the danger of the noise has became a term of important task now. Measuring noise of environment has played a important role in improving the living quality and strengthening the environment safeguard. In the paper, the measurement principle and the system c
3、onstitution 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 electrical signal frequency by us
4、ing microphone, operational amplifier and V/ F converter, which will act as SCMs input signal. Then the Single Chip Micoyo will change it in to a noise DB value, which will be displayed on LED. This system is simple, and has high precision, so it is always used in monitoring the urban noise real-tim
5、e.Key words：microphone; operational amplifier; V/ F converter；Single Chip Micoyo; LED目 录第1章 绪论11.1 课题产生的背景11.2 有关噪声的基础知识61.2.1振动与声61.2.2声波方程81.2.3声压级测量机理91.2.4噪声简介101.3 噪声监测系统的研发现状121.4 本课题的主要任务及意义131.4.1设计任务131.4.2课题意义141.4.3论文内容安排14第2章 噪声监测系统的总体方案设计152.1噪声监测系统任务分析152.2硬件系统设计方案152.3软件系统设计方案17第3章 噪声
6、监测系统的硬件设计193.1 传声器193.2 信号放大器213.3 交直流转换电路的设计233.3.1 有效值检测电路AD536233.3.2 AD536辅助电路的设计253.4 电压-频率转换电路的设计253.4.1LM331263.4.2电压-频率变换器283.5 单片机系统的设计293.5.1单片机的选择293.5.2单片机外围电路的设计313.6显示及指示电路的设计353.6.1显示电路的设计353.6.2指示电路的设计37第4章 噪声监测系统的软件设计384.1噪声监测系统的软件设计方案384.2系统内部RAM的分配394.3中断服务程序的设计404.3.1 T0中断子程序的设计4
7、14.3.2T1中断子程序的设计424.4查表子程序434.5显示子程序454.6指示范围子程序46第5章 系统调试与分析485.1调试分析的一般过程485.2硬件调试485.3软件调试495.4 噪声监测器的系统调试505.5调试故障及原因分析515.6测试结果分析52结论53社会经济效益分析54参考文献55致 谢57附录 噪声监测器硬件系统原理图58附录 噪声监测器软件程序清单59附录 噪声检测仪元器件清单68第1章 绪论1.1 课题产生的背景噪声即噪音。是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。 噪声通常是指那些难听的，令人厌烦的声音。噪音的波形是杂乱无章的。从环境保护的角度看，
8、凡是影响人们正常学习，工作和休息的声音凡是人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。如机器的轰鸣声，各种交通工具的马达声、鸣笛声，人的嘈杂声及各种突发的声响等，均称为噪声。噪声污染属于感觉公害，它与人们的主观意愿有关，与人们的生活状态有关，因而它具有与其他公害不同的特点。噪音污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工、社会噪音如音乐厅、高音喇叭、早市和人的大声说话等。 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，在各大城市的繁华街区和居民区，已有大型环境噪声显示器竖立街头。但目前国内的便携式噪声测试仪，多为价格昂贵的进口专用设备，除卫生、计量等环保专业部门拥有外
9、，无法作为民用品推广普及。本文介绍一种以89C52单片机为核心，采用V/F转换技术构成的低成本、便携式数字显示环境噪声测量仪。该仪器工作稳定、性能良好，经校验定标后能满足一般民用需要，可广泛应用于工矿企业、机关学校等需要对环境噪声进行测量和控制的场合。噪声测量一般有如下几个方面的目的：测量声压级以了解噪声对环境的污染情况，检验噪声是否符合有关标准；进行噪声信号的频谱分析，以了解噪声的频率结构；测量噪声源的声功率或声功率级，以客观了解噪声源特性。按测量环境来分，噪声测量分实验室测量和现场测量两种。所谓噪声的实验室测量是指将被测对象放在消声室或混响室中测量，其测量的精度比较高。但由于条件的限制，大
10、多情况下只能进行现场测量。1）噪声的现场测量进行噪声的现场测量，首先要考虑测量环境对噪声测量的影响。现场测量时声源多，房间大小又有一定限度，为了减小其他噪声源来的声波和反射波的干扰，应将传声器尽量接近被测声源的辐射面，这样测出的噪声源的直达声场足够大，而其他噪声及反射声的干扰较小。故现场测量一般多采用近场测量法。但测点位置离声中心（有时近似取声源的几何中心）r必须大于感兴趣频率的波长（r=V/f，V为声速，在空气中V=340m/s），以忽略近场效应。根据经验，近场范围通常取12倍的声源特征尺寸。由于现场条件很复杂，当反射和环境噪声比较强时，传声器离被测噪声源可以适当近些；如噪声源强度太大，则可
11、以把测点选得远一些。测点应布置在被测对象的前后左右及顶部，测点数目视被测对象外形尺寸和声场特性而定，一般不少于5点，即保证每个测量面有一个测点，如图1-1（a）所示。由于声波是呈圆球状辐射的，对于小型机器也可用半球面作为测量表面，此时测点沿圆周均匀布置，一般为56个测点。测点距地面高度为0.45r（r为圆周半径），如图1-1（b）所示。测点2测点1测点3测点6测点4测点5(a) 长方形测量表面(b) 半球形测量表面测点5测点4测点2测点35测点1测点4测点2图1-1 噪声测量表面及测点布置被测对象的噪声级的大小是用各测点的平均声级来表示的。由于声级是一相对量，一般应取对数平均值，但在各测点值相
12、差不大时也可取算术平均值。当各测点间的最大值与最小值之差小于等于5dB，取算术平均值 （1.1）当各测点间最大值与最小值之差大于5dB时，取对数平均值。 （1.2）式中，为各测点的声级测量值，为参考声压。当逐点测得的声级的变化在5dB到10dB之间，平均声级可近似 （1.3）当测量声压级或噪声级时，可直接用声级计测量，只需将声级计的计权网络档打到“线性”或相应计权网络即可测得。若要测量峰值声压级，则需要用脉冲声级计（如B&K2209、ND6等）来测量。在进行噪声信号的频谱分析时，可用带滤波器的声级计（ND2所携带的倍频程滤波器），其频率分辨力较差。因此在进行噪声频谱分析时，往往将噪声电信号经输
13、出放大器外接频谱分析仪进行分析。2)声功率级测量为了更客观地表示仪器设备的噪声源特性，往往需要测量噪声源的声功率级。因为在一定的工作状态下，仪器的声功率级是一个恒量，它不象声压级随距离的改变而改变。但声功率级是不能直接测出的，它是在特定条件下，由测得的声压级计算而得到的。此处仅对常用的自由场法作一简单的介绍。设是以噪声源为中心，r为半径的球面S上数个测点测出的平均声压级。R应选择得足够大，一般为被测对象尺寸的两倍。设参考面积S0为1，则在自由场中的声功率级为 (1.4)如仪器放在坚硬的地面上，此时声源以半球面辐射。于是式（1.4）化为 （1.5）式中，为非标准气压和温度状态时的修正量；按下式求
14、得： （1.6）式中，为个测点平均声压；为第个测点的声压；为基准声压。为了满足自由场条件，此时，距离声源为和两点处的声压级应满足下列关系： （1.7）当时，即在自由场中距离加倍，噪声级减少6dB，据此，可以判断声场是否为自由场。3）声强测量 互普法声强测量技术是80年代才发展起来的。由于声强是矢量，反映了声能流的传递，因而与传统的声压测量相比，声强测量具有一些独特的优点，如进行近场测量时不需要特定的声学环境（消声室、半消声室、混响室），声强具有指向性，能在现场测定机器的声功率和识别声源，并能进行远距离环境噪声监测等。声强测量技术因其巨大的实用价值在国内外引起了广泛重视。声强测量的基本公式为 （1.8）式中，测量点的瞬时声压值（Pa）; 声音传播方向上质点瞬时速度的投影值（m/s）。上式中质点的速度与传播方向上的声压梯度的积分成比例，所以质点速度实
