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1、本科毕业论文基于单片机的环境噪声检测仪的设计所 在 学 院机械与工程学院 专 业 名 称 机械设计制造与自动化 年 级学生、学号指导教师、职称完 成 日 期二一二年五月 / 摘 要随着社会发展水平的提高,噪声的危害日益突现,对环境噪声的实时检测越来越得到人们的重视。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。外界噪声信号经过传声器变换成音频信号,电信号通过放大和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
2、系统具有实现简单,精确度高,适用于实际进行噪声的实时监测等特点。关键词：运算放大器,噪声,单片机,LEDABSTRACTWith the improvement of social development, harm of noise more emergent, real-time detection of environmental noise and get peoples attention. Environmental noise monitoring, which is improving the quality of life, strengthen environmental
3、protection an important part .In the paper, the measurement principle and the system constitution 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
4、 the real-time monitoring of the noise into acoustic frequency electrical signal by using microphone, operational amplifier and V/ F converter, which will act as Single Chip Micoyos input signal. Then the SCM will change it into a noise DB value, which will be displayed on LED. This system is simple
5、 0and has high precision, so it is always used in monitoring the urban noise real-time.Key words：operational amplifier,noise,Single Chip Micoyo, LED目录1引言11.1 课题背景11.1.1 噪声污染的危害11.1.2 噪声污染的现状21.1.3 噪声简介21.2 噪声监测系统的发展现状31.3 主要任务及意义41.3.1 设计任务41.3.2 课题的意义51.3.3 论文容安排52 噪声监测系统的总体设计62.1 噪声监测系统分析62.2 硬件系统
6、设计62.3 软件系统设计83 噪声监测系统的硬件设计103.1 传声器103.2 信号放大器113.3 交直流转换电路的设计133.3.1 真有效值133.3.2 AD536 芯片143.4 单片机系统的设计153.4.1 单片机的选择153.4.2 89C52的简介153.5 显示及指示电路的设计173.5.1 显示电路的设计173.5.2 指示电路的设计184 噪声监测系统的软件设计194.1 程序系统框图194.2 系统部RAM的分配214.3 中断服务程序的设计214.3.1 T0中断子程序的设计224.3.2 T1中断子程序的设计234.4 查表子程序254.5 显示子程序264.
7、6 指示子程序275 系统调试与分析295.1 调试步骤295.2 硬件调试295.3 软件调试305.4 噪声监测器的系统调试315.5 调试故障及原因分析325.6 测试结果分析32结论34参考文献35致 36附录 噪声监测仪硬件系统原理图37附录 噪声监测仪软件程序38附录 噪声监测仪元器件清单471 引言1.1 课题背景1.1.1 噪声污染的危害噪声是指一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。 从物理学角度来说,噪声是指是发声体做无规则振动时所发出的声音。噪声与人们的主观意愿和生活状态有关,有时是一种主观的感受。所以,只从物理学角度判断一个声音是不是属于噪声是不完善的,它还包括
8、起着关键性的作用的主观上的因素。从生理和心理等角度来说,凡是人们所不需要的一切声音,都可称之为噪声。当噪声对周围人或环境造成不良影响时,就会形成噪声污染。工业革命以来,各种机械设备的创造和使用,给人类带来了进步,但同时也产生了越来越多的噪声污染。目前,噪声已成为污染人类社会环境的一大公害,严重危害到了人们的身心健康,被人称为致人死命的慢性毒药。噪声对人体的危害具体可归为以下几方那个面： 1对视觉和听觉会造成一的影响。噪声对听觉造成损伤时,那时噪音强度超过100分贝。轻度耳鸣是轻度听觉损伤表现,还有可能影响语言听力,致使学习、工作、生活中感到听觉不适。如果某一次收到强烈的噪音,会产生暂时性的两耳
9、全聋的同时,还会感到剧烈耳鸣、眩晕。头痛、头晕、多梦、记忆力减退,发生营养障碍性疾病,心律不齐等,都是噪声对人体的危害。尤其对婴幼儿、青少年和孕妇的不良影响更加严重。2睡眠和工作的影响。人在睡觉时, 4050 分贝较轻的噪声也可以使人从熟睡状态变到半熟睡状态。人要想得到充分的休息必须进入熟睡状态,而这时的大脑活动缓慢而有规律。否则就不能很好的休息。从而影响到工作和学习,久而久之,人就会得神经衰弱症。 3对人体的生理影响。加速心脏衰老和增加心肌梗塞发病率也是噪声的危害。据统计,使血压上升也与长期接触噪声有关,因为体肾上腺分泌增加。长期生活在平均 70 分贝噪声中的人,能导致心肌梗塞发病率增加 3
10、0左右。其中长期生活在火车道旁的居民就是如此。调查1100名纺织工人,对高血压的进行了研究,其发病率为 7.2,如果接触达 100 分贝的噪声,其发病率达15.2。噪声还可引起如神经系统功能紊乱、精神障碍、分泌紊乱。如果长期生活在高噪声的环境里,人易导致头晕、头痛、多梦、全身乏力、记忆力减退以及恐惧、甚至精神错乱。在日本曾经有过自杀的案例,就是因为火车噪声的刺激1。1.1.2 噪声污染的现状随着社会发展的工业化水平越来越高 ,噪声污染日趋严重,已成为三大环境污染之一。在我国城市环境噪声污染已经成为干扰人们正常生活的主要环境问题之一。目前,社会生活噪声、工业噪声、交通噪声、建筑施工噪声构成城市环
11、境噪声来源,分别占47%、8%-10%、30%、5%左右。近十年来,噪声总体水平在我国重点城市道路交通居高不下,已有一半以上的城市交通干线两侧噪声平均值超过 70dB。道路交通噪声污染每年的经济损失约216亿,仅市每年因道路交通噪声污染导致的经济损失就达 15-20 亿元。据调查,全国对噪声污染的不满程度逐年增加,并且一直是各类环境污染投诉的第一位。所以,为了给人们营造一个健康的居住环境,对噪声的实时测试报警就显得十分的重要。1.1.3 噪声简介1噪声概念物理学定义：一切不规则的或随机的声信号或电信号都可称之为噪声。生理学定义：凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音,以及对人们要听的声音产生干
12、扰的声音。从这个意义上来说,噪声的来源很多。社会,生活,交通,工业,建筑,都有噪声。总体讲,噪音是物体振动产生2。2噪声对人的危害随着经济的快速发展,以及人口密度的急剧增加,家庭设施的增多,环境噪声逐渐增加,是污染人类社会环境的公害之一。有一种说法叫噪声为致人死命的慢性杀手。因为噪声对听力、心血管系统、神经系统、分泌系统都会有不利影响,其中局部性、暂时性和多发性是噪声的特点。以下几方面体现了噪声给人带来生理上和心理上的危害： 干扰休息、睡眠；使工作效率降低。 损伤听觉、视觉器官：强的噪声会引起耳部的不适,如耳鸣、耳痛、听力损伤；噪声对视力也有一定的损害。 对人体的生理影响：损害心血管；对女性生
13、理机能的损害；噪声还可以引起如神经系统功能紊乱、精神障碍、分泌紊乱。3噪声的利用噪声一向为人们所厌恶。但是,随着现代科学技术的发展,人们也能利用噪声造福人类。虽然噪音是世界四大公害之一,但它还是有用处的。如利用噪声除草、发电、制冷、除尘、克敌、诊病等。1.2 噪声监测系统的发展现状噪声监测技术和设备已开始进入规化、标准化、系列化和配套化阶段。噪声监测技术和设备的研究和开发已取得很大进展但应看到仍有一些技术不够成熟,需进一步研究的问题仍然很多。声级计一般包括传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成。为使传声器与衰减器匹配,需传声器将声音转换成电信号,经前置放大器变换阻抗来完
14、成。噪声声级的数值检测方法,首先是放大器将输出信号加到计权网络,对信号进行频率计权,然后经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值,送到有效值检波器进行检波,最后在指示表头上给出。A、B、C 三种计权网络组成声级计中的频率计权网络。A 网络能使电信号的中、低频段有较大的衰减,它是模拟人耳对等响曲线中40 方纯音的响应,其曲线形状与 340 方的等响曲线相反。而B网络使电信号的低频段有一定的衰减,它主要模拟人耳对70 方纯音的响应。C 网络的特点是接近平直的响应。声级即声级计经过频率计权网络测得的声压级,由于使用的计权网的区别,分别称为 A 声级、B 声级和 C 声级,单位记作 dB、dB和 dB。
15、在实际的测量中,A 计权声级最能反应噪声对人吵闹的主观感觉和人耳听力损伤的影响,用户最多用的是 A 计权网络。此外,声级计还可以外接滤波器和记录仪,对噪声进行频谱分析。根据声级计在标准条件下测量1000Hz纯音所表现出的精度,六十年代国际上把声级计分为两类,精密声级计和通声级计。我国也采用这种分法。70年代以来有些国家推行四类分法,即分为0型、1型、2型和3型。它们的精度分别为0.46、0.76、1.00和1.5dB。依据声级计所用电源的不同,声级计还分为交流式声级计和用干电池的电池式声级计两类。其中式声级计也称为便携式声级计,这种仪器体积小、重量轻、现场使用方便。其原理方框图如图1所示。其中1-传声器,2-前置放大器,3-输入衰减器,4-输入放大器,5-计权网络,6-输出衰减器,7-输出放大器,8-检波器 9-表头。图1 声级计原理方框图为适应测
