基于單片機的環境噪聲監測系統

陳朝興　杜罡　石巖

摘 要：隨著我國經濟社會的發展，各種發展中的問題日益浮現。其中，環境噪聲給人類的身心健康造成了很大的危害。為了解決噪聲污染問題，本次對環境噪聲監測系統的研究，采用價格低廉，性能優良的MCS-C51單片機芯片，對采集的噪聲信號處理，對噪聲進行評級，將得到的結果顯示在液晶屏中。對噪聲信號的采集打算使用壓強式傳聲器，另外使用AD轉換芯片將采集到的電壓信號轉換為數字信號，輸入給單片機。本系統還采用藍牙技術，將噪聲分貝值上傳到Android手機設備中，可以更加方便的監測噪聲情況。

關鍵詞：環境噪聲；單片機；藍牙

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.251

0 引言

隨著工業的發展，環境污染事件頻頻出現，環境成為一個整體而形成的監測的含義逐漸擴大到對環境質量，環境污染等的監測。其中，環境噪聲給我們的生活產生了很多困擾，由于我國的噪聲測量儀基本都只有在少數計量、衛生、環保等部門中使用，沒法普及到全國，群眾很難了解自己所處環境的噪聲污染狀況，所以現在迫切的需要開發一種比較簡單實用的噪聲監測裝置，這也將對我國環境保護事業產生很深遠的意義。因此，本文采用便宜低廉的MCS-51芯片，開發了一種簡單、實用的裝置對環境噪聲進行監測，另外通過藍牙技術，將單片機與手機連接起來，將環境噪聲分貝值上傳至手機客戶端，使環境噪聲監測更加便捷。

1 系統方案

1.1 系統總體設計

本系統主要實現的功能是對噪聲進行實時監測，并通過藍牙技術，實現與安卓手機的通信，使用戶更方便的獲取噪聲信息。

噪聲的采集采用的是傳聲器，傳聲器將環境中的噪聲信號采集后，經過放大電路，AD轉換電路，對聲音信號進行放大，量化。單片機通過內部程序輸出噪聲分貝值到LCD液晶顯示屏中。

在將噪聲分貝值上傳至安卓設備時，采用的是HC-06藍牙模塊，該模塊可實現單片機與安卓客戶端的實時連接。

噪聲測量儀采用MCS-51單片機作為系統核心，采用電容式駐極體傳聲器作為傳感器，將噪聲信號采集到單片機中。期間，噪聲信號經過運算放大電路，將不容易檢測到的噪聲電壓信號進行放大，然后利用AD轉換電路將該電壓信號轉化為數字信號輸入給單片機，單片機通過內部程序將計算出的噪聲級，并在LCD1602液晶中顯示出來，實時對噪聲進行監測。該方案的結構圖如圖1。

1.2 聲音采集電路

該部分電路采用駐極體傳聲器，駐極體傳聲器可以將環境中的噪聲信號轉換為電壓信號，該電壓信號經過三極管放大電路初級放大，然后在通過LM393運算放大器放大，可以被AD轉化芯片識別檢測到。

駐極體傳聲器的大致工作原理是其內部設置了一個級頭，該級頭可認為是一個可變電容，當聲音信號傳入到級頭的振膜時，因為振動，電容值發生改變，然后后端通過一個結型場效應管FET將聲音信號轉換為電壓信號。該模塊電路圖如圖2所示。

1.3 液晶顯示電路

液晶采用LCD1602，其具有體積小，功耗低、顯示內容豐富等優點，在本系統中作為噪聲級顯示器。LCD1602的顯示有兩個重要的操作，一個是寫指令，一個寫數據。其與單片機連接情況如圖3所示：

1.4 藍牙模塊電路

藍牙技術是一種短距離的無線連接技術，用來實現不同設備之間的快速連接。本系統采用的HC-06模塊，該部分電路圖如圖4所示。該模塊的作用是和手機客戶端連接，并進行數據通信。在與安卓手機客戶端連接時，可不考慮藍牙內部協議，連接后與安卓手機的通信可認為是串口通信。

在編寫單片機端的藍牙程序時，可按照串行協議編寫，即通過串行中斷編寫藍牙的收發處理程序。在編寫安卓端程序時，需要用到套接字，通過套接字獲取輸入輸出流，安卓客戶端數據的接收與發送分別是依靠輸入流和輸出流與單片機進行通信。

2 軟件設計

該部分程序是單片機軟件編程的核心。在本系統中，AD的采集在定時器0中斷中進行的，每隔50ms采集一次，每采集20次取一次平均值，將該平均值在液晶中顯示出來。

液晶顯示在主程序中進行，通過調用已經寫好的顯示函數顯示，顯示的噪聲值和電壓值被設置為全局變量，當每次采集并取平均值后，噪聲值和電壓值會被更新顯示。

在本系統中字符‘1作為請求安卓客戶端請求噪聲值數據的指令，串口中斷在接收到數據后，會對接收到的數據進行預判斷，如果判斷為字符‘1，則將接收標志位置1，然后在主程序中將噪聲值數據發送到安卓客戶端。

該程序主要分為兩個部分，一部分是液晶顯示噪聲值，另一部分是藍牙模塊，用來接收安卓客戶端發來的數據或者給安卓客戶端發送數據。

液晶顯示噪聲值是放在主循環中的，每次顯示的值隨噪聲數據的動態刷新而更新。AD芯片用來采集傳感器經過運放放大的電壓信號。AD讀取是在定時器0中斷中進行，將讀取后的電壓信號，通過定標計算出噪聲級，然后調用顯示函數顯示噪聲分貝值。

藍牙模塊以串口的形式發送或接收數據，發送和接收數據都是在串行中斷中，不占用主程序，這樣可以讓液晶顯示比較穩定，不會受到太多影響。主程序的程序框圖如圖5所示。

3 結束語

在本次基于單片機的噪聲監測系統設計中，主要采用MCS-51單片機對傳感器信號進行處理，并通過LCD1602進行顯示。在設計構想中，本系統可以在城市中使用，作為一個龐大的噪聲監測系統。將單片機硬件部分布置在城市的各個監測點，用戶可以下載并安裝安卓客戶端APP，當用戶在監測點附近時，可以獲取噪聲數據，這樣噪聲數據不光可以在硬件電路中顯示，用戶還可以通過手機APP獲取噪聲數據，更好的實現了對噪聲的環境監測。

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