智能分貝儀控制系統(tǒng)的設計

趙若妍

（南京師范大學附屬揚子中學，南京 210048）

1 引言

工業(yè)革命以來，各種機械設備的創(chuàng)造和使用，給人類帶來了進步，但同時也產生了越來越多的噪聲污染。目前，噪聲已成為污染人類社會環(huán)境的一大公害，嚴重危害到了人們的身心健康，被人稱為“致人死命的慢性毒藥”。為保護人類身體健康，本文設計一款可以測量噪聲的儀器—智能分貝儀，可以預先設定噪音值，當周圍環(huán)境噪音低于設定值時，綠燈閃亮，一切正常；當周圍環(huán)境高于設定值時，紅燈閃亮，表示已產生噪音污染，需要提醒大家注意。

2 控制系統(tǒng)工作原理的分析

智能分貝儀控制系統(tǒng)包括噪音接收模塊、按鍵模塊、存儲模塊、單片機模塊、顯示模塊、報警模塊，其原理方框圖如圖1所示。其中，噪音接收模塊，將外界聲音采集、放大、模數(shù)轉化成數(shù)字信號送到單片機模塊。按鍵模塊，可以自主的設置分貝上限值。存儲模塊，可以存儲噪音接收模塊的聲音信息和按鍵設置的聲音上限值。單片機模塊接收噪音接收模塊的聲音信號，并且送給顯示模塊顯示，同時，單片機模塊調用存儲模塊中的上限值信息，并與噪音接收模塊的信息進行比較，如果超出上限值，則送信號給報警模塊。顯示模塊，顯示當前分貝值。報警模塊，正常為綠燈閃亮，當接收到單片機送來的報警信號后，紅燈閃亮，起提醒作用。

圖1 系統(tǒng)方框圖

3 硬件電路設計

本系統(tǒng)電原理圖如圖2所示。

噪音接收模塊，采用駐極體麥克風作為聲電轉換器，由于麥克風的輸出信號十分微弱，一般在mV 級別，且輸出的信號一般會很大的噪聲干擾，因此后續(xù)電路采用運放LM358 搭建兩級放大電路。本文的一級放大倍數(shù)Av1=R3/R8+1=23；二級放大倍數(shù)Av2=R4/R6+1=7.8；所以二級放大電路的放大倍數(shù)Av=Av1×Av2=23*7.8=179.4。同時兩級放大電路之間為阻容耦合，有濾波抗干擾的作用。將兩級放大電路輸出的模擬信號送入ADC0832芯片，將采集到聲音信號轉化為數(shù)字信號，送入單片機P3.6口。

按鍵模塊，采用3個獨立按鍵進行人機交互。按鍵通過一端連接單片機的I/O 口，一端接地。按鍵沒有按下則I/O 默認高電平，當按下后I/O 口的電平為0。單片機可循環(huán)的檢測I/O 口的低電平以此來判斷是否有按鍵按下。

存儲模塊采用AT24C02芯片，AT24C02芯片將A0、A1、A2三個引腳都連接到GND，而WP 寫保護引腳通用接到GND 上，以方便讀/寫操作。而SDA 和SCL 分別接到單片機的兩個引腳上。

單片機模塊采用STC89C51芯片，該芯片使用經典的MCS-51內核，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash。

顯示模塊，采用LCD1602液晶。在使用時候將D0-D7連接到51單片機的P0上方便進行數(shù)據(jù)的傳輸，而V0口接一個可調電位器，當調節(jié)電位器位置改變時，接入V0的電壓也隨之變化，進行顯示的清晰度也隨之變化。

報警模塊，當測量的分貝值高于上限值時，P1.3低電平，紅燈亮；當?shù)陀谏舷拗禃r，P1.5低電平，綠燈亮。

圖2 系統(tǒng)原理圖

4 系統(tǒng)軟件設計

上電后，對單片機和一些外圍器件初始化。初始化完后進入死循環(huán)，程序會不斷地進行循環(huán)達到實時監(jiān)測執(zhí)行的目的。循環(huán)中完成查看按鍵信息，如果按鍵動作則設置分貝上限值并顯示，如果按鍵不動作，則讀取噪聲信息，判斷讀取的噪聲信息是否超上限值，如果超過則紅燈亮，如果不超過則綠燈亮。需要注意主函數(shù)中不宜放過多的代碼，具體的代碼一般都是采用函數(shù)進行封裝然后在主函數(shù)進行調用，這樣也可以方便閱讀修改。具體流程如圖3所示。仿真圖如圖4所示，調節(jié)輸入電壓以代替噪聲信號，可以得出當前分貝數(shù)為66db，超出設定值60db，此時紅燈報警燈亮。

5 仿真圖和實物圖

實物圖如圖5所示，表示按鍵設置狀態(tài)，圖5表明當前分貝上限值為60db。

圖4 仿真圖

圖5 實物圖

6 結束語

本文設計了以STC89C51為核心的智能分貝儀的控制系統(tǒng)，通過駐極體麥克風將聲音信號轉化為微弱電信號，通過兩級放大將微弱電信號放大，通過ADC0832芯片，該信號轉化為數(shù)字信號，送入單片機I/O 口；采用3個獨立按鍵進行人機交互，分別實現(xiàn)設置、加1、減1功能；采用AT24C02芯片存儲獨立按鍵設置的上限值；STC89C51將接收到噪音信號與存儲芯片內的上限值信號相比較，若低于上限值，則綠色燈亮表安全；若高于上限值，則紅色燈表報警。本系統(tǒng)設計操作簡單，準確度高，價格優(yōu)惠，適合普遍推廣。