基于單片機的環境噪音檢測儀的設計

鄭開明

【摘要】本文介紹了噪音監測系統的測量原理和系統組成，包括：噪音信號的轉換、放大、V/F轉換、數據采集和顯示系統的設計。噪音信號經過傳聲器變換成音頻信號，電信號通過放大和V/ F 變換輸入到單片機進行處理，并轉換成相應的噪音分貝值通過LED 顯示，從而實現噪音的實時監測。

【關鍵詞】運算放大一、噪音污染的現狀

隨著工業化水平發展越來越高，噪音污染日趨嚴重，已成為三大環境污染之一。我國城市噪音污染已成為干擾人們日常生活的重要問題之一。目前，城市環境噪音主要包含生活噪音、工業噪音、交通噪音、建筑施工噪音等，分別占整個噪音污染的47%、8%-10%、30%、5%左右。據調查，全國對噪音污染的不滿度逐年增加，并且一直是各類環境污染投訴的第一位。所以，為了給人們營造一個健康的宜居環境，對噪音的實時測試報警就顯得尤為重要。

二、噪音監測系統的發展現狀

噪音監測技術和設備已逐步進入規范化、標準化、系列化和配套化階段。雖然其研究和開發已取得較大進展，但仍有部分技術不夠成熟，還需進一步研究和解決。

聲級計一般包括傳聲器、放大器、衰減器、計權網絡、檢波器、指示表頭和電源等組成。為使傳聲器與衰減器匹配，傳聲器需將聲音轉換成電信號，由前置放大器變換阻抗來完成。噪音聲級的數值檢測方法，首先是放大器將輸出信號加到計權網絡，對信號進行頻率計權（或外接濾波器），然后經衰減器及放大器將信號放大到一定的幅值，送到有效值檢波器進行檢波，最后在指示表頭上給出。根據聲級計在標準條件下測量1000Hz純音所表現出的精度，六十年代國際上把聲級計分為兩類，精密聲級計和通聲級計。我國也采用這種分法。70年代以來有些國家推行四類分法，即分為0型、1型、2型和3型。它們的精度分別為±0.46、±0.76、±1.00和±1.5dB。依據聲級計所用電源的不同，聲級計還分為交流式聲級計和用干電池的電池式聲級計兩類。為適應測量現場的需要，聲級計一般都備有三腳支架，以便視需要將聲級計固定在三腳支架上。

三、噪音監測系統的硬件設計

遵循系統設計功能的要求，確定控制系統包括硬件和軟件系統兩部分。環境噪音經由高靈敏度、無指向性駐極體傳聲器轉換成電信號。放大電路由運放LM386構成，認真調整一些外圍元件參數，使輸出幅頻特性符合測量要求的電壓信號。通過V/F轉換器后，輸出頻率信號變為TTL電平送給單片機的P3.4引腳，經軟件處理之后，噪音聲壓級顯示值由P1口輸出，驅動LED數碼管顯示。傳聲器是將聲波信號轉換為電信號的能量轉換器件，是噪音測量系統中的一個主要環節。按傳聲器的指向特性分類，分無指向性、雙指向性和單指向性（包括心形和鉗形指向性）3大類；按換能方式分類，分電動式、電容式和壓電式等；按傳聲方式分類，分有線傳聲器和無線傳聲器兩類；按聲波接收的原理分類，分聲壓式和壓差式。

V/F轉換電路主要是由LM331組成的電壓/頻率轉換電路。LM331采用了新型溫度補償能隙基準電路，在規定工作溫度范圍內和4伏電源電壓下都有較高精度。LM331可得到只有價格較高的V/F轉換器才有的高水平精度。由LM331構成的電壓/頻率轉換電路，輸出的頻率信號變成TTL電平送給單片機的P3.4引腳，作為T0的計數脈沖。此轉換電路線性良好，抗干擾能力強，輸出頻率范圍在10-100kHz以上，比普通8位并行A/D轉換器優越，有助于提高系統的測量范圍。

89C52單片機是本次設計的核心部分。LM331直接與單片機定時/計數器連接，這種方式方便易行。

LED顯示器是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。普通的LED顯示器為8段，每一段對應一個發光二極管，這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。LED顯示器分為靜態和動態兩種顯示方式，此設計中用的是動態顯示方式。

四、軟件系統設計

環境噪音測量系統的軟件是采用模塊化的設計，由主程序、中斷服務程序、查表子程序和顯示子程序四部分組成。其流程圖如圖所示，在圖中xi表示讀取的計數值，其中i從0開始。

主程序在完成定時/計數器和中斷系統的初始化，并循環調用查表和顯示子程序時處于循環工作狀態。需要指出的是，查表程序實現了計數值向聲壓級的轉換。

為了進一步提高系統的抗干擾能力，不僅要在硬件上采取相應的措施，在軟件上也需要采用冗余設計法即重復重要的指令，未用空間設置操作指令，以防止程序跳飛而死機。