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1、基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计摘要本文以AT89S52 单片机为控制核心,通过播音判断电路寻找广播间歇时段,实时采集噪声环境内的噪音信号,根据A/ D 转换后的噪音电平值计算出复杂环境下噪声信号的平均功率;根据噪声信号的功率大小自适应地控制大厅环境内的广播音量,实现了复杂噪声环境下自适应音量控制系统。该系统的硬、软件设计简单,性能良好,价格低廉。实验结果表明,该系统实现了预期功能,自适应效果良好,性价比较高,具有良好的推广价值。关键词: 语音判断;噪音采集;自适应音量控制;AT89S52 单片机基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计AbstractAn adaptive
2、 volume cont rol AT89S52 MCU system based on noise collection is int roduced. By looking forbroadcasting intermittent period using the voice judge circuit ,complicated noise signal at hall environment is sampledreal2time. Through A / D conversion and calculation ,the average power of noise signal ca
3、n be measured. According tothe average power of noise signal ,an adaptive volume cont rol system at complicated noise environment is designed. Thedesign of hardware and sof tware is simple and cost performance is good. Experimental result s show that the wholesystem can adaptive adjust s volume acco
4、rding to the environment noise signal , and it s engineering value is good.Keywords : voice detection ;noise sampling ;adaptive volume cont rol ;AT89S52基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计一. 绪 论1.课题背景和意义1.噪音能够给人带来生理上和心理上的危害主要有以下几方面:a.损害听力 b.噪音损害视力 c.有害于人的心血管 d.影响人的神经系统, 使人急躁、易怒 e.影响睡眠, 造成疲倦。因此噪声对环境的监测与控制在对人的身体健康
5、和身心健康方面有着重要的作用，加强对环境噪音的检测与控制显得尤其重要。2.随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，为智能噪音测控系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。同时由于单片机具有集成度高、功能强、体积小、价格低、抗干扰能力等优于一般CPU 的优点，因此，在要求较高控制精度和较低成本的工业测控系统中，往往采用单片机作为数字控制器取代模拟控制器。2.国内外研究现状a.我国的发展状况我国环境噪声自动连续监测系统的技术要求已纳人国家标准, 国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局在年颁布修改的声环境质量标准及测量方法, 在测量仪器中增加环境噪声连续自动监测仪器
6、, 并要符合有关规定。北京、上海、广州等大城市目前已安装丹麦公司生产的环境噪声连续自动监测系统。国产的环境噪声续自动监测系统已有产品。目前我国环境监测部门的噪声监测仪器大部分都采用具有单片机处理功能的积分统计声级计, 属便携式仪器, 这些声级计灵敏度随气压、温湿度而变化,影响测量精度, 需要经常校准, 声级计的关键部件传声器和整机不能在户外长期全天候的工作, 并需避雨雪、潮湿、风沙, 否则声级计的测量精度明显下降, 测量误差会很大甚至停止工作。b.国外的发展状况发达国家已生产出全天候的长年能在户外进行测量的噪声自动监测系统, 可进行实时监测, 监测结可包括每小时、昼间、夜间或其它任意时段的等效
7、级、统计声级等, 能存储噪声超标事件发生的录音,以便事后识别噪声源的性质。国外环境应急监测发达国家生产的应急监测仪器体积小、重量轻、分析速度快、操作简便、种类繁多, 有些仪器的性能指标接近或达到实验室仪器的水平, 而能源和溶剂的消耗却大大减少。国外环境常规污染物如、 、等的便携式仪器早基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计已成熟, 便携式气相色谱作为现场分析仪器也已使用多年, 最近又出现了声表面波检测器, 又称“ 电子鼻” , 它与快速色谱技术联用, 可以对气体样品进行快速的采集和分析, 样品前处理设施也正在逐渐趋于小型化, 并用于野外分析, 例如英国等使用超临界萃取仪现场萃取了土壤中
8、的多环芳烃, 其提取效率可达索式萃取的。美国的等也使用了同样的应急方法。3.总论在车站、码头、机场等公共大厅环境内均安装有公共广播系统,主要用于广播班次、通知等信息。然而大厅内的噪音是各种不同频率和强度声音的无规则的组合,情况是复杂多变的,如旅客的嘈杂声、机车的启动、进站等大强度噪音均会对大厅广播造成干扰,导致旅客听不清广播信息。如果长时间开大广播音量则会引起听觉不适。如果手动实时进行音量调节也不太现实。通常,广播语音信号是间断的,而背景噪音在时间上多少是连续的;且声音信号具有较宽的频带,但能量主要集中在800 Hz 以下,因此,采用电容驻极式无指向性MIC ,可以线性地将此频段的声波转换为电
9、平信号。根据这些特点,本文以AT89S52单片机为控制核心,通过在播音停顿间隙时刻采集噪音信号,经过A/ D 转换后计算噪音平均功率;然后根据噪音功率大小,设计并实现了自适应调节广播音量控制系统。基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计二 硬件设计方案1系统组成与工作原理系统组成框图如图1 所示。系统采用AT89S51单片机作为控制核心。大厅内的噪音信号被MIC 采集后,经过放大、半波整流,滤波变成直流脉动电压信号,然后通过A/ D 转换形成数字噪音电平存入AT89S52 以备计算。取自大厅广播功放输出的播音信号经过放大限幅、整流滤波后,再与设定值进行二值比较,通过比较判断出此时是否处于
10、播音间隙。CPU 只在播音间隙时段启动A/ D 转换,也就是在这个时段大厅内只有噪音,没有播音,这样就避免了MIC 将大厅播音也当做环境噪音采入,保证了两类音源的准确区分。如图2 所示。CPU 将采集到的最近100个噪音电平值进行计算,得到平均噪音功率值,然后根据不同时刻的噪音平均功率大小控制继电器,切换不同的衰减电阻接入到扬声器回路,最终实现音量的实时控制。2系统组成框图图1. 系统框图3噪音检测电路由电容驻极式无指向性MIC 将噪音声波转换为电压信号后,进入运放NE5532MIC放大电 路整 流滤 波AT89C51AD转换功率输出 放大限 幅 整 流滤 波 二值比较衰减电阻切换 扬声器基于
11、 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计进行信号放大。运放使用12 V 直流电源,配合调节R13改变放大增益,使线性放大后的交流信号在- 6 + 6 V之间。放大后的信号经过D11 、R17 组成的半波整流电路,检出0 + 6 V 的直流脉冲信号,再经C14 滤除高次谐波后得到相对平滑的直流波动电平。R17 与C14 组成的RC 时间常数约为0. 1 s ,能够较快的反映出噪音信号的直流平均电压, 保证了噪声检测的实时性。同时0+ 6 V 的直流电压将覆盖ADC0809 的0 + 5 V 的A/ D转换区域,基本满足了转换的电平需求。噪声检测部分电路4播音判断电路播音判断电路如图4 所示,该
12、电路为CPU 采集噪音值提供时间依据。从播音功放输出口取出音频信号,首先经过运放NE5532 放大限幅,然后通过由D21 、R24 、C23 组成的半波整流滤波电路。与噪音检测电路相似,完成对播音信号的直流转换。LM393 构成二值判决电路,调节R25 确定翻转电平。当LM393 的“ + ”脚电位高于“ - ”脚电位时,LM393 输出高电平;反之,输出低电平。这样,当播音基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计直流信号大于此判决阈值时,LM393 输出高电平即认为此时正在播音;当播音直流信号于此阈值时,LM393 输出低电平即认为此时没有播音,可以通知CPU 采集噪音值。播音判断电路
13、部分电路图5A/ D 接口与 CPU 控制电路A/ D 接口与CPU 控制电路如图5 所示。本系统A/ D图5 A/ D 接口与CPU 控制电路转换采用ADC0809; 74LS02 或非门为ADC0809 提供选通逻辑;AT89S52 的AL E 引脚为ADC0809 提供时钟信号;考虑到只有一路噪音模拟信号需要转换, 故将ADC0809 的3 根地址线接地,即选择通道0 的信号转换;转换结果送到AT89S52 的P0 口。LM393 的输出接入AT89S52 的P3. 2 口,CPU 通过查询此端口判断是否可以启动A/ D 转换。A T89S52 的P1. 5 、P1. 6 端口用于输出控
14、制信号,控制继电器的通断,进而切换不同电阻接入扬声器回路。基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计A/ D 接口与 CPU 控制电路综上所述，噪声监测的完整电路图如下：基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计三 软件设计系统的软件采用C 语言编写, 对单片机进行编程实现各项功能。为了方便程序调试和提高可靠性,软件采用模块化结构程序设计方法,主要包括初始化程序、主程序、定时中断服务程序、各子程序模块等。主程序完成系统初始化,查询各种状态,打开多路转换开关控制相应操作等功能。1.程序流程框图2.程序源码#include#include#de
15、fine _Nop() _nop_() sbit D18B20=P37;基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计sbit k1=P15;unsigned char flag;unsigned char u,d=; void TempDelay (unsigned char us)while(us-);void Init18b20 (void)D18B20=1;_nop_();D18B20=0;TempDelay(80); _nop_();D18B20=1;TempDelay(14); _nop_();_nop_();_nop_();if(D18B20=0)flag = 1; 基于 AT8
16、9C51 的噪音检测自适应系统设计elseflag = 0; TempDelay(20); _nop_();_nop_();D18B20 = 1;void WriteByte (unsigned char wr) unsigned char idata i;for (i=0;i= 1;基于 AT89C51 的噪音检测自适应系统设计unsigned char ReadByte (void) unsigned char idata i;for(i=0;i= 1;D18B20 = 1;if(D18B20=1)u |= 0x80;TempDelay (2);_nop_();return(u);main()unsigned char a,b,c,j;while(1)Init18b20();WriteByte(0xcc); 基于 AT89C51 的
