基于单片机的环境噪音检测仪的设计

郑开明

【摘要】本文介绍了噪音监测系统的测量原理和系统组成，包括：噪音信号的转换、放大、V/F转换、数据采集和显示系统的设计。噪音信号经过传声器变换成音频信号，电信号通过放大和V/ F 变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的噪音分贝值通过LED 显示，从而实现噪音的实时监测。

【关键词】运算放大一、噪音污染的现状

随着工业化水平发展越来越高，噪音污染日趋严重，已成为三大环境污染之一。我国城市噪音污染已成为干扰人们日常生活的重要问题之一。目前，城市环境噪音主要包含生活噪音、工业噪音、交通噪音、建筑施工噪音等，分别占整个噪音污染的47%、8%-10%、30%、5%左右。据调查，全国对噪音污染的不满度逐年增加，并且一直是各类环境污染投诉的第一位。所以，为了给人们营造一个健康的宜居环境，对噪音的实时测试报警就显得尤为重要。

二、噪音监测系统的发展现状

噪音监测技术和设备已逐步进入规范化、标准化、系列化和配套化阶段。虽然其研究和开发已取得较大进展，但仍有部分技术不够成熟，还需进一步研究和解决。

声级计一般包括传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成。为使传声器与衰减器匹配，传声器需将声音转换成电信号，由前置放大器变换阻抗来完成。噪音声级的数值检测方法，首先是放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权（或外接滤波器），然后经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器进行检波，最后在指示表头上给出。根据声级计在标准条件下测量1000Hz纯音所表现出的精度，六十年代国际上把声级计分为两类，精密声级计和通声级计。我国也采用这种分法。70年代以来有些国家推行四类分法，即分为0型、1型、2型和3型。它们的精度分别为±0.46、±0.76、±1.00和±1.5dB。依据声级计所用电源的不同，声级计还分为交流式声级计和用干电池的电池式声级计两类。为适应测量现场的需要，声级计一般都备有三脚支架，以便视需要将声级计固定在三脚支架上。

三、噪音监测系统的硬件设计

遵循系统设计功能的要求，确定控制系统包括硬件和软件系统两部分。环境噪音经由高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。放大电路由运放LM386构成，认真调整一些外围元件参数，使输出幅频特性符合测量要求的电压信号。通过V/F转换器后，输出频率信号变为TTL电平送给单片机的P3.4引脚，经软件处理之后，噪音声压级显示值由P1口输出，驱动LED数码管显示。传声器是将声波信号转换为电信号的能量转换器件，是噪音测量系统中的一个主要环节。按传声器的指向特性分类，分无指向性、双指向性和单指向性（包括心形和钳形指向性）3大类；按换能方式分类，分电动式、电容式和压电式等；按传声方式分类，分有线传声器和无线传声器两类；按声波接收的原理分类，分声压式和压差式。

V/F转换电路主要是由LM331组成的电压/频率转换电路。LM331采用了新型温度补偿能隙基准电路，在规定工作温度范围内和4伏电源电压下都有较高精度。LM331可得到只有价格较高的V/F转换器才有的高水平精度。由LM331构成的电压/频率转换电路，输出的频率信号变成TTL电平送给单片机的P3.4引脚，作为T0的计数脉冲。此转换电路线性良好，抗干扰能力强，输出频率范围在10-100kHz以上，比普通8位并行A/D转换器优越，有助于提高系统的测量范围。

89C52单片机是本次设计的核心部分。LM331直接与单片机定时/计数器连接，这种方式方便易行。

LED显示器是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。普通的LED显示器为8段，每一段对应一个发光二极管，这种显示器有共阳极和共阴极两种。LED显示器分为静态和动态两种显示方式，此设计中用的是动态显示方式。

四、软件系统设计

环境噪音测量系统的软件是采用模块化的设计，由主程序、中断服务程序、查表子程序和显示子程序四部分组成。其流程图如图所示，在图中xi表示读取的计数值，其中i从0开始。

主程序在完成定时/计数器和中断系统的初始化，并循环调用查表和显示子程序时处于循環工作状态。需要指出的是，查表程序实现了计数值向声压级的转换。

为了进一步提高系统的抗干扰能力，不仅要在硬件上采取相应的措施，在软件上也需要采用冗余设计法即重复重要的指令，未用空间设置操作指令，以防止程序跳飞而死机。