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1、报告书题目名称： 噪 声 测 量 仪 组 名：电一 第六组 指导老师： XXXXXXXX 成 员： 王嘉伊 朱水仙 郭丽丽 刘瑞普 2011年5月噪声测量仪 摘要：本设计以单片机STC89C52为数据、控制处理器，通过驻极话筒拾取环境中的噪声，通过三级管和集成功放LM386构成的两极放大电路，再经过LM331电压频率转换器转换成频率信号，利用单片机本身的计数器、计时器和中断实现对信号的处理，最终由6个数码管显示实时噪音分贝值。当超过限定分贝值时报警器自动报警。回到正常分贝值时自动解除报警。关键词：噪声，测量，分贝(DB)，单片机 目 录一、系统设计11.1 基本要求11.2 发挥部分1二、噪声
2、简介22.1 噪声概念222 噪声对人的危害22.3 人对不同声强的感觉22.4 声压级测量机理3三、整体方案设计43.1 方案论证43.2方案比较5四、单元模块设计64.1高灵敏度电容式驻极体传声器64.2 前置放大器74.3 集成功放LM386放大器84.4 检波电路104.5 V/F电压频率转换器114.6 单片机系统134.7 七段数码管显示器18五、软件设计21六、系统技术指标及精度和误差分析25七、设计小结26八、参考文献27附录1（电路总图）28附录2（部分程序）296一、系统设计 设计制作一个测量噪声的装置，使该装置能测试出周围环境噪声的分贝值。高灵敏度传声器前置放大器集成功放
3、前期数据处理器显示器单片机数据处理系统图1-1总体设计方框图1.1 基本要求1）.能测量固定声源的分贝值，测量范围达到40100dB。2）.分辨率：0.1dB。3）.频率范围：3008000Hz。4）.具有显示噪声分贝值的功能；二、噪声简介2.1 噪声概念物理学定义：噪声是发生体做无规则时发出的声音。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扰的声音。从这个意义上来说，噪声的来源很多。街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，都是噪声。总体讲，噪音是物体振动产生。22 噪声对人的危害随着工业生产、交通运输、城市建筑的
4、发展，以及人口密度的增加，家庭设施（音响、空调、电视机等）的增多，环境噪声日益严重，它已成为污染人类社会环境的一大公害。噪声具有局部性、暂时性和多发性的特点。噪声不仅会影响听力，而且还对人的心血管系统、神经系统、内分泌系统产生不利影响，所以有人称噪声为“致人死命的慢性毒药”。噪声给人带来生理上和心理上的危害主要有以下几方面： 干扰休息和睡眠、影响工作效率：干扰休息和睡眠；使工作效率降低。 损伤听觉、视觉器官：强的噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤；噪声对视力的损害。 对人体的生理影响：损害心血管；对女性生理机能的损害；噪声还可以引起如神经系统功能紊乱、精神障碍、内分泌紊乱甚至事故率
5、升高。2.3 人对不同声强的感觉无法忍受：150dB130dB感到疼痛：130dB110dB很吵：110dB70dB较静：70dB50dB安静：50dB30dB极静：30dB10dB无声： 0dB2.4 声压级测量机理人耳的听阈一般是20m Pa (微帕)，痛阈一般是200Pa（帕），其间相差107倍，这样宽广的声压范围很不易测量，而且人耳对声压的相对变化的分辨具有非线性特征。因此，声学中常用声压级LP来反映声压的变化，将声压P的声压级表示成： 其中，基准量P0为20m Pa。当P= P0时，LP=0dB，而当P=200 Pa时，LP=140dB。用声级计可以测量声压级，采用1kHz纯音输入0
6、.2秒到0.25秒或0.5秒以上，即可得到真实声压级或平均声压级。考虑到人耳对不同频率的响度感觉，在噪声测量中，常取40方（phon）等响曲线的反曲线对声压级进行计权校正，即用A计权网络测得A声级，写成dB（A）。表2.1给出倍频带中心频率与A声级的校正量之间的关系。表2.1 倍频带中心频率与A声级校正量的关系倍频带中心频率（Hz）31.563125250500A声级校正量（dB）39.4-26.2-16.1-8.6-3.2倍频带中心频率（Hz）1k2k4k8k16kA声级校正量（dB）01.21.0-1.1-6.6三、整体方案设计整体思路是：将外界噪声经过传声器转换成电信号。由模拟电路采集环
7、境噪声，经过模数转换后再经前期数据处理电路送入单片机，系统的核心部分是单片机STC89C52，输入的信号即反应了所测声压大小。最后经单片机C语言程序运算出最终数据通过P0口和锁存器送入6位LED数码管显示。方案：基于STC89C52单片机采取V/F转换器设计方案环境噪声经高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。由运放MAX4466和集成功放LM386构成两级级放大电路,其输出电平反映了噪声声压的大小。由LM331构成电压/频率转换电路，输出的频率信号变成TTL电平送给单片机的T0管脚，作为T0的计数脉冲。系统的核心部分是单片机STC89C52，其P3.5引脚接入NE555构成的定时器输出的
8、方波，通过T1中断去控制T0定时计数。从T0端输入的计数脉冲频率即反应了所测声压大小, 最后经单片机内部C语言程序运算出最终数据通过P0口和锁存器送入5位LED数码管显示。高灵敏度传声器前置放大器LM386集成功放LM331电压频率转换器LED显示器单片机数据处理系统检波电路图3-1 方案整体方框四、单元模块设计本设计共采用了8个单元模块电路：高灵敏度电容式驻极体传声器、前置放大器、集成功放放大器、峰值检波电路、V/F电压频率转换器、单片机系统、七段数码管显示器。4.1高灵敏度电容式驻极体传声器驻极体传声器有两块金属极板，其中一块表面涂有驻极体薄膜（多数为聚全氟乙丙烯）并将其接地，另一极板接在
9、场效应晶体管的栅极上，栅极与源极之间接有一个二极管。图4-1 电容式驻极体话筒内部结构简图当驻极体膜片本身带有电荷，表面电荷地电量为Q，板极间地电容量为C，则在极头上产生地电压U=Q/C，当受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容C改变，而电量Q不变，就会引起电压的变化，电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是驻极体传声器地工作原理。由于这种传声器也是电容式结构，信号内阻很大，为了将声音产生的电压信号引出来并加以放大，其输出端也必须使用场效应晶体管。4.2 前置放大器前置放大器由三级管9014构成的放大电路构成，9014参数如下
10、：结构 NPN集电极-发射极电压 最大为45V集电极-基电压最大为50V射极-基极电压最大为5V集电极电流 0.1A耗散功率 0.4W结温 150特怔频率 最小 150MHZ放大倍数：A60-150 B100-300 C200-600 D400-1000图4-2 前置放大器电路图图4-2为前置放大器电路，当有声音传入高灵敏度电容式驻极体话筒LS1时，MK1两端的电量发生改变，经过电容器C2和R3的作用加到晶体三级管9014的基极好热发射极之间，从而引起三级管9014基极和发射极之间的电压发生变化，最终引起三级管9014集电极的电压发生变化，由于三级管的放大作用，所以集电极的电压是基极电压Au倍
11、，最后被放大的信号通过电容器C1加到下一级电路中。放大倍数An计算公式如下：Au=（）其中rbe=300+（1+）所以Au 100（倍）4.3 集成功放LM386放大器LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20倍。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。功率放大器的作用相当于扬声器的音量调节器。音频功率放大电路的作用主要是将信号处理器发送过来的
12、信号功率放大，使其信号的功率达到设计要求。对该部分电路的要求是输出功率大。在电路设计过程中进行对比，通过比较发现LM386集成电路使用简单，基本没有外围器件，而且它还有体积小、电源范围宽、外接元件少、电压增益可调整、频率响应好、输出功率大、总谐波失真小等优点。因此选用LM386来组成音频功率放大电路。LM386 被广泛地应用在录音机和收音机音频放大、室內对讲机、红外线、超声波、小型马达驱动器等电路中。LM386的引脚图如图4-3所示。图4-3 LM386引脚图其中LM386的内部方块图如图4-4所示。图4-4 LM386的内部方块图LM386的特性有以下几点：（1） 静态功耗低，约为4mA,可
13、用于电池供电。 （2） 工作电压范围宽，4-12V 或5-18V。 （3） 外围元件少。 （4） 电压增益可调，20-200倍。 （5） 低失真度。图4-5倍的音频放大器图4-5为20倍的音频放大器。由于传声器输出的电信号比较弱，只有毫伏级，为了使数据采集卡能很好的采集到相应数据，必须经过电压放大器进行电压放大，采用LM386芯片电压增益200倍的接法，即在1和8引脚间接10uF的电容，如图4-6所示。图4-6 200倍的电压放大器由于噪音信号经传声器和前置放大电路转换出来的电信号微弱，所以需要再进行高增益放大，所以本设计采用200倍电压增益的电路。4.4 检波电路检波电路或检波器的作用是从调
14、幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。常用的有二极管和三极管。另外为了取出低频有用信号，还必须使用滤波器滤除高频分量，所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面举二极管检波器为例说明它的工作。图4-7 检波电路 图4-7是一个二极管检波电路。 VD 是检波元件， C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时，二极管 VD 是断续工作的。正半周时，二极管导通，对 C 充电；负半周和输入电压较小时，二极管截止， C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压包含的频率成分很多，经过电容 C 滤除了高频部分，再经过隔直流电容 C 0 的隔直流作用，在输出端就可得到还原的低频信号。4.5 V/F电压频率转换器V/F变换采用集成块LM331，LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01，工作频率低到0.1H
