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1、摘要环境噪声监测，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。此次设计主要是以MCS89C51单片机为核心的音频检测系统的设计。电容驻极式话筒以传感器的原理工作的，话筒在接收噪音后，将声音信号转换成电信号输出，再通过硬件电路：信号的放大、滤波和A/D转换电路和软件程序的控制来完成声音频率的检测功能。检测出的声音频率经过LED数码管显示，此次设计的音频检测系统具有低成本、便携、可数字显示环境噪声等优点。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。关键词：音频检测、单片机、传感器、A/D转换、数码管ABSTR
2、ACTEnvironmental noise monitoring, is the human improve the quality of life, strengthen environmental protection is an important link of the bustling block in the major cities and residential areas, there have been large environmental noise display stands in the streets. This design mainly MCS89C51
3、MCU as the core of audio detection system design. Capacitance in A microphone with sensor principle of work, the microphone after receiving the noise, the voice signal into electrical signal output, and then through the hardware circuit, signal amplification, filter and the design of the A/D convers
4、ion circuit and software program to complete the voice frequency detection. To detect the voice frequency through the LED digital tube display, the design of the audio test system with low cost, portable, digital display the advantages of environmental noise. Can be widely used in industrial and min
5、ing enterprises, schools and so on need to measure and control of environmental noise.Keywords: audio detection, single-chip computer, sensor, A/D conversion, digital tube目录摘要IABSTRACTII1概述- 1 -2课程设计目的任务及要求- 2 -2.1设计目的- 2 -2.2设计任务- 2 -2.3设计要求- 2 -3音频检测系统设计- 3 -3.1设计思想- 3 -3.2整体结构设计- 3 -3.3系统单元模块设计-
6、4 -3.3.1传感器选择方案- 4 -3.3.2二级放大电路- 6 -3.3.3典型二阶带通滤波器电路- 7 -3.3.4显示电路的选择与设计- 9 -3.4系统整体电路图- 10 -4软件设计- 12 -4.1单片机测频原理- 12 -4.2程序设计分析- 12 -5系统仿真与调试- 14 -5.1 Keil C51软件调试- 14 -5.2 Proteus软件仿真- 15 -6总结- 16 -参考文献- 17 -1概述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，无法作为民用品推广普及。本文介绍一种以89C51单片机为核心，采用A/D转换技术构
7、成的低成本、便携式数字显示环境噪声频率测量系统图。该系统工作稳定、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。音频检测还可用于对各种工业零部件和产品进行有效地检测和测试，并用来评价其完整性、安全可靠性等性能指标，它是检验质量、改进工艺、保障设备安全性的重要手段。利用音频原理的检测技术有很多种，按声源发生方式分主动式和被动式，按照参数识别方式分为振幅和频谱两种。从音频检测的各个声音参数中可以提取相关的故障信息，包含工件的缺陷类型、大小、位置和变化趋势等特性信息，对缺陷的反映具有真实性和实时性，因而适用于成品及半成品工件的在线快速检
8、测，除噪音外对其它环境条件要求不高。例如纵向振动、弯曲振动和扭转振动产生的振动频率各自不同，即使同一物体因为振动方式的不同有几种不同的振动频率，但在一定的条件下其基频和谐波频率固定不变，噪声的传播途径主要以空气声和固体声两种形式出现，空气声是指从空气中传递到音频检测系统的噪声，固体声是指音频检测系统或其他设备与音频检测系统振动经由机械机构传递到仪器，并通过机械薄壁振动而产生的噪声。2课程设计目的任务及要求2.1设计目的学过过程检测及仪表技术课程后，已初步了解了常用过程检测仪表的工作原理、特点等理论知识，但还缺乏实际设计应用的能力。此次课程设计音频检测系统设计，一种具有简单识别音频参数的共振频率
9、和内耗值的二合一系统，适合在宾馆、商场等公共场所和喧闹街路口的闹声测量，特别适合于检测金属内部裂纹及钢铁组织含量。通过课程设计能从中学会从工程角度思考问题，熟悉本专业领域的仪器仪表系统设计，学会过程检测系统各环节的组合作用，学会对仪表的正确接口、信号调理、线性化、校准及常用的报警方法。2.2设计任务1）设计一种音频检测系统，它能够检测周围声音的变化。2）检测音频信息两个音频参数及输出格式：共振频率（. kHz），内耗值：（. 10-4）3）音频检测有效距离：10mm左右就能正常工作。4）所设计系统应价格非常低廉，便于普及和大量生产。5）如果换成可录放语音电路，或者和其他电路组合可以实现其他用途
10、。6）利用PROTEUS等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性；给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。7）完成课程设计报告。2.3设计要求 1）按任务书要求查阅传感器资料。2）重点学习一种声音传感器（建议采用驻极体话筒）的内部结构原理，考虑如何用普通SPEAKER仿制和用PROTEUS仿真。3）LED数码管（最好采用LCD）的使用方法。3音频检测系统设计3.1设计思想音频检测系统设计思想如图3-3所示。首先有信号激发时，话筒接收到音频信号变换的输出电压发生变化，电压信号经过放大器得到提高，经过滤波电路，
11、由内部运算处理电路得到稳定可靠的电压值，然后由显示驱动数字化处理，最后LED或LCD实现数字显示。传感器选择信号 放大信号滤波与整形显示驱动电路LED或LCD数字显示图3-1 音频检测系统设计思想3.2整体结构设计音频检测系统的整体设计如图3-2所示，该电路原理如下： 音频检测系统由激励源，传感器，测频电路，数据处理电路及LED显示输出六部分组成。整个系统以AT89C51单片机为核心，按模拟和数字电路分为两个模块。图3-2 音频检测系统整体设计结构当电磁激励系统对弹体施振时，振动的声波在弹体内传播。传感器接收到音频载波信号并将其转换为电压信号，经过一级放大后，送入滤波电路进行带通滤波。滤波放大
12、后的音频信号分成两路传送，一路经二级稳压放大把滤波后有很大衰减的信号控制在5.5V，然后送入数据处理系统进行数据处理；另一路将音频载波信号送入测内耗电路。测内耗电路主要由检波电路和电压比较器构成，有检波电路检出音频信号的包络线，再经过上限和下限电压比较电路比较，由异或电路控制选通，送入计算机进行数据处理，最后由打印机和LED数码显示输出。3.3系统单元模块设计3.3.1传感器选择方案音频检测系统的传感器选择有2种方案，一种是驻极体电容话筒，另一种是电磁感应话筒。滤波电路建议采用二阶带通滤波方案，设计该系统。1）驻极体电容话筒驻极体话筒简称ECM，通称MIC（Microphone），是一种常用的
13、能将声音信号转换成电信号的声电转换器件。它的突出特点是体积小、重量轻、结构简单、使用方便、寿命长、频响宽、灵敏度高，且价格也比较低廉。因而被广泛应用于盒式录音机、无线话筒及声控开关等电子电路中。图3-3 驻极体电容话筒工作原理图驻极体话筒的核心器件是驻极体振动膜。它实际上是一种经永久性极化处理的电介质。其制作原理是，将一片极薄的塑料膜片的一面蒸发上一层纯金薄膜，然后将其置于高压电场之下驻极，使两面分别驻有能长期保持的异性电荷。膜片的蒸金一面向外，与金属外壳相连通，膜片的另一面与金属极板之间用很薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间便形成了一个电容。当驻极体膜片受到声波作用而振动时，就引
14、起电容两端的电场发生变化，从而产生随声波变化的交变电压信号。驻极体的输出阻抗值很高，约几十兆赫以上。因此，使用时不能直接与音频放大器匹配，需加一级阻抗变换器，将高阻抗变为几百欧或几千欧的低阻抗。通常在驻极体话筒产品内部加装有由低噪声结型场效应管构成的阻抗变换器，形成三端话筒。图3-4驻极体话筒结构外形和电路符号图3-4是驻极体话筒的实物结构分解、接线、外形和电路符号。三端驻极体话筒应用电路有两种接法，分别可接成源极输出或漏极输出方式。不少驻极体话筒产品内部没有加装场效应管，两个输出接点可以任意接人电路，但最好把接外壳的一点接地，另一点接人由场效应管组成的高阻抗输入前置放大器。在选用驻极体话筒时
15、，重点应注意其灵敏度的高低。驻极体话筒的灵敏度通常用白、蓝（绿）、黄、红等色点来分挡，白点灵敏度最高，红点最低。有的话筒则以防尘罩的相应颜色来表示灵敏度，也有的用与型号有明显区别的A、B、C等字母表示，A为最低灵敏度，顺序逐次类推。国产驻极体话筒的典型产品有CRZ2-9、CBZ2-11和ZCH-12等型号。其中CRZ2-9的外形尺寸为1.519（mm），引出线使用的是屏蔽线，为两端引线方式，屏蔽层是正极。它的电压灵敏度为0.5mV/mPa，频响范围为5010 000Hz，输出阻抗为1k。驻极体话筒的检测包括电阻测量和灵敏度测量。电阻测量时，将万用表置于R100或R1k挡，红表笔接驻极体话筒的芯线或信号输出点，黑表笔接引线的金属外皮或话筒的金属外壳。一般所测阻值应在5003k范围内。若所测阻值为，则说明话筒开路，若测得阻值接近0，则表明话筒有短路性故障。如果阻值比正常值小得多或大得多，都说明被测话筒性能变差或已经损坏。灵敏度检测方法是：将万用表置于R100挡，将红表笔接话筒的负极（一般为话筒引出线的芯线），黑表笔接话筒的正极（一般为话筒引出线的屏蔽层），此时，万用表应指示出某一阻值（例如1k），接着正对着话筒吹一口气，并仔细观察指针，应有较大幅度的摆动。万用表指针摆动的幅度越大，话筒的灵
