基于MSP430單片機的環境噪聲監測系統的設計

許話

摘要 設計了一種基于MSP430單片機的環境噪聲監測系統，借鑒V/F轉換技術，引入低功耗理念，模擬人耳對不同聲音頻率的靈敏度，對噪聲進行聲壓級監測，具有很好的靈活性和可靠性。

【關鍵詞】電路 噪聲監測 環境噪音 MSP430

噪聲污染作為當今社會四大污染之一，其對人類健康的危害己引起社會各界的極大關注。本文將提供一種價格合理，功耗低且適用性強的環境噪音監測系統的設計，即利用MSP430F5508處理采集到的噪音信息并評估噪音等級。

1 對單片機噪聲監測系統工作原理的概述

噪音監測系統的主要組成部分包括：傳聲器、信號調理模塊、數據收集處理模塊以及人機界面等。其中，由傳聲器將其采集到的噪音轉變為電壓信號，然后在調理模塊的作用下，依據人耳對噪音的敏感度，將電壓信號進行頻率計權和對數檢波，繼而便是由采集處理模塊展開A/D轉換和時間計權，最后由微處理器對檢測結果做存儲、顯示等處理。

2 環境噪聲檢測系統的相關設計

2.1 設計方案概述

該設計分硬件和軟件兩部分，噪聲的放大、計權、檢波和轉換等由外部電路完成，對信號進行轉換和顯示等由單片機完成。

2.2 硬件設計

硬件結構示意圖如圖l所示。

傳聲器采用駐極體電容式，具有全指向、低阻抗的特點，本系統所使用的傳聲器靈敏度為-48db，實用且性價比高。信號放大器采用LM386。為達到模擬人耳靈敏度特性的效果，在噪音測量環節中進行頻率計權，計權網絡由集成開關電容濾波器MAX7490構成，如圖2所示。該網絡的工作原理科學快捷且具有電路簡單，體積小，穩定性強等優點。對數檢波電路利用交直流轉換器AD637的dB輸出功能，將上一階段頻率計權網絡的輸出依照對數比例關系展開真有效值交直流轉換工作，轉換精度為土1 mV，轉換時間120ms，電路如圖3所示，通過調節Rl0調整OdB輸出。V/F轉換電路由低成本的AD7740配合極少的外部元件構成，通過調節內部時鐘或晶振調節最大輸出頻率。

3 軟件設計

由于MSP430F5508可在5μs內從待機模式喚醒，故初始化后設定其工作在待機模式（LPM3），由內部定時器產生中斷，使之每lOOms讀取一次轉換后的數值，綜合數據進行處理，將計算所得噪聲值（單位dB）輸出給LCD顯示。同時watchdog開啟，定時檢測工作狀態，若出現異常情況則系統自動復位重啟，錯誤信息存儲在EEROM中，便于開發者調試糾錯。

此外，單片機還可以依據具體監測功能的實際要求通過USB接口便捷修改程序，對采樣時間等進行調整。

4 低功耗分析

傳聲器最大工作電流僅500μA，其他電路平均電路為4mA，TI公司出品的超低功耗單片機MSP430F5508，低電源電壓范圍為3.6V到1.8V，在待機模式（LPM3）下，工作電流在2.1μA左右，內部定時器定時觸發中斷后，工作電流約115 μA。

正常工作狀態下，系統整體耗電不到1W，實現了低功耗的目的，可在便攜式測量應用中實現延長電池壽命。

5 結束語

由于人們對噪音污染問題的認識度與關注度越來越高，本文以上所述都是圍繞低功耗單片機噪音監測系統展開。希望此論文所提出的低功耗、低成本方案有助于噪聲監測系統的推廣，從而在解決噪音問題上提供一些幫助。

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