基于STM32的聯(lián)網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)儀

黃嘉林 陳英杰

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)噪聲監(jiān)測(cè)儀價(jià)格昂貴、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、局限性大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款以STM32F103C8T6嵌入式單片機(jī)為控制核心，輔以聲強(qiáng)檢測(cè)傳感器、ESP8266無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊以及AT24C02存儲(chǔ)芯片等功能模塊的聯(lián)網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)儀。該監(jiān)測(cè)儀具有斷電自恢復(fù)數(shù)據(jù)的功能，通過(guò)接入互聯(lián)網(wǎng)可在上位機(jī)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)噪聲檢測(cè)。經(jīng)過(guò)實(shí)物檢驗(yàn)，該設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｉ畹脑肼暠O(jiān)測(cè)需求，為房屋選址、門(mén)窗隔音效果檢測(cè)等提供參考。

關(guān)鍵詞：STM32;物聯(lián)網(wǎng);聲強(qiáng)傳感器;ESP8266;AT24C02;噪聲監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）02-00-02

0 引 言

在房屋選址時(shí)，房屋所在之處噪聲的大小往往是影響人們購(gòu)房決定的重要因素之一。傳統(tǒng)的噪聲監(jiān)測(cè)儀雖然可以精準(zhǔn)測(cè)量噪聲，但價(jià)格昂貴、專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)，大多出現(xiàn)在專(zhuān)業(yè)的監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，不適于日常使用[1]。因此，基于上述要求，筆者基于STM32嵌入式主控設(shè)計(jì)并制作了一款不同于傳統(tǒng)噪聲監(jiān)測(cè)儀的便攜式聯(lián)網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)儀，本設(shè)計(jì)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將采集的噪聲信息實(shí)時(shí)反饋到上位機(jī)并顯示。

1 噪聲監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由STM32單片機(jī)控制模塊、噪聲采集模塊、放大電路、OLED屏幕、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊等構(gòu)成[2-3]。其中噪聲采集模塊將噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)放大電路對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大，借助A/D轉(zhuǎn)換采集后輸入STM32控制模塊，由主控完成對(duì)噪聲電信號(hào)的處理，并將噪聲數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在噪聲儀顯示屏上，或者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到上位機(jī)終端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)還可以借助存儲(chǔ)模塊將噪聲信息及時(shí)存儲(chǔ)。系統(tǒng)框架如圖1所示。

2 噪聲監(jiān)測(cè)儀硬件設(shè)計(jì)

2.1 STM32嵌入式控制模塊

本文控制模塊選用STM32F103C8T6型號(hào)單片機(jī)作為控制核心，該型號(hào)嵌入式單片機(jī)為ARM Cortex-M3架構(gòu)，擁有0.9 MIPS/MHz的三級(jí)流水線(xiàn)，處理性能遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的C51單片機(jī)[4]。同時(shí)，STM32引入了睡眠、待機(jī)、停機(jī)三大功耗管理模式，使得該系列單片機(jī)有著極其出色的低功耗性能，適合作為類(lèi)似本設(shè)計(jì)的低功耗嵌入式設(shè)備的控制核心[5]。

2.2 噪聲采集模塊以及放大電路

噪聲采集模塊使用聲強(qiáng)監(jiān)測(cè)傳感器采集噪聲信息，噪聲聲波引起傳感器內(nèi)的駐極體膜振動(dòng)，導(dǎo)致聲敏電容容值變化，進(jìn)而改變輸出電壓，完成噪聲信號(hào)-電信號(hào)的轉(zhuǎn)化。同時(shí)，考慮到聲強(qiáng)監(jiān)測(cè)傳感器輸出的電信號(hào)微弱，因此需要通過(guò)放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。放大電路由跟隨器和反相放大器構(gòu)成，引入跟隨器使得前級(jí)信號(hào)變?yōu)楦咦栎斎耄瑴p小級(jí)間影響;反相放大器將微弱信號(hào)放大后輸入到控制模塊。放大電路如圖2所示。

2.3 ESP8266無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊

ESP8266無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊[6-7]是安信科公司使用LEXIN ESP8266芯片開(kāi)發(fā)的串口轉(zhuǎn)WiFi通信模塊。ESP8266無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊電路如圖3所示，只需將單片機(jī)的RXD/TXD引腳引出，與ESP8266無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊的I/O口連接便可通過(guò)電腦上位機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)選擇AMS1117壓降LDO直流穩(wěn)壓電源，該電源具有外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、電源穩(wěn)定度高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

2.4 存儲(chǔ)模塊

存儲(chǔ)模塊采用AT24C02串行E2PROM，擁有2 Kb的存儲(chǔ)空間，8 B的寫(xiě)緩沖器[8]。可以通過(guò)I2C總線(xiàn)執(zhí)行讀寫(xiě)操作，單片機(jī)控制模塊將噪聲數(shù)據(jù)寫(xiě)入AT24C02，實(shí)現(xiàn)掉電保持功能，防止意外斷電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失[9]。存儲(chǔ)模塊電路如圖4所示。

3 噪聲監(jiān)測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)

3.1 噪聲監(jiān)測(cè)儀控制部分軟件設(shè)計(jì)

噪聲監(jiān)測(cè)儀上電后，首先對(duì)各模塊進(jìn)行初始化配置，若之前已經(jīng)連接過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)，則嘗試自動(dòng)連接，連接成功后開(kāi)始測(cè)量;否則等待用戶(hù)設(shè)置，或者直接進(jìn)行噪聲測(cè)量，在測(cè)量的同時(shí)，將噪聲數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入AT24C02，聯(lián)網(wǎng)后將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至上位機(jī)顯示波形。噪聲監(jiān)測(cè)儀控制流程如圖5所示。

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)通過(guò)Socket通信[10]實(shí)現(xiàn)與噪聲儀的互聯(lián)。上位機(jī)在噪聲儀聯(lián)網(wǎng)成功后，自動(dòng)接收噪聲上傳的實(shí)時(shí)噪聲數(shù)據(jù)并將噪聲波形在界面顯示，同時(shí)具備將噪聲數(shù)據(jù)輸出為文本文件的功能。上位機(jī)界面如圖6所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)噪聲監(jiān)測(cè)儀普及性低的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)制作的聯(lián)網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)儀以較低的成本實(shí)現(xiàn)了噪聲監(jiān)測(cè)的基本功能，并且增加了實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)功能，克服了傳統(tǒng)噪聲監(jiān)測(cè)儀價(jià)格昂貴、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、普及程度低的問(wèn)題，可為人們?cè)谧》窟x址時(shí)進(jìn)行噪聲監(jiān)測(cè)提供一定幫助。

參 考 文 獻(xiàn)

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