基于LabVIEW的环境噪声自动监测系统设计

张 宁，王 冰

（中国电子科技集团公司 第四十九研究所， 哈尔滨 150001）

基于LabVIEW的环境噪声自动监测系统设计

张 宁，王 冰

（中国电子科技集团公司 第四十九研究所， 哈尔滨 150001）

针对现有噪声监测系统的理论研究较多，没有成熟产品的问题，本文设计了基于LabVIEW软件的环境噪声自动监测系统。利用电声性能较好的驻极体噪声传感器对噪声信号进行采集，LabVIEW软件将噪声数据采集到上位机，并对原始信号进行分析、处理，再通过无线传输模块将分析好的噪声值发送到噪声监测终端，实现了噪声的自动管理及监测。本系统具有测量精度高、稳定性好、环境适应性强等特点。

噪声监测；无线传输；LabVIEW

引言

近年来我国政府及有关部门已加强对环境噪声污染的治理、防治等工作，制定并执行强制性的噪声控制和管理法规，保证城市宁静环境。噪音污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工、社会噪音如音乐厅、高音喇叭等。为了保护人们正常学习、工作和休息的生活环境，需要对现有的环境噪声进行全方位的监测，如在城市中的道路交通干线道路、内河航道、铁路主、次干线两侧区域、市区内建筑施工工地及居民居住与工业生产结合区域安放环境噪声监测系统，对工业企业厂界噪声 、交通干道噪声、建筑施工场界噪声、城市区域环境噪声、社会生活环境噪声进行检测监测和评估。

由于国外城市的工业化发展比较早，因此环境噪声监测工作开展的时间也早于我国，美国、日本等发达国家在这方面的研究已经比较成熟，比如丹麦的B&K公司，挪威的NorSonic公司。尤其在噪声信号的处理和分析等方面都达到了比较高的水平，可进行自动噪声信号监测、数据处理分析、传输及信息共享等。目前国内针对环境噪声监测的相关技术已经出现较多专利，比如其中关键技术传声器的专利。但这些专利至今尚未切实地转化为成熟产品。

本文针对环保局环境监测中心组建环境噪声监测网络的需求，对噪声信号检测、无线数据传输及监测系统整体环境适应性等关键技术进行了研究。通过解决噪声传感器高精度测量、温度补偿、高稳定性工作与数据可靠传输等问题，使环境噪声监测系统具有稳定性好、准确度高、响应快、环境适应性强、可实现24小时全天候工作，自动管理无需人工值守，将采集数据无线传输至环境监测中心等功能。

1 系统组成

环境噪声自动监测系统组成如图1所示。

图1 系统组成图

2 网络架构（图2）

图2 网络结构图

环境噪声自动监测系统是通过在中心服务器上安装一个服务程序，实现对噪声监测终端中的数据自动读取，并保存到数据库；将客户端对噪声监测终端和数据库的操作转发给噪声监测终端和数据库，并将操作结果返回给客户端；进行短信报警的操作；完成公共信息发布。

3 系统的设计和实现

3．1 噪声传感器

驻极体传声器也称驻极话筒，原理同电容式传声器，它是在常规的电容传声器中引入驻极体材料，并在制造过程中使驻极体材料极化。驻极体是一种永久极化的电介质，使用驻极体高分子材料制备振膜或固定电极（后极板），无需外加极化电压，前置放大器使用低噪声的场效应管即可，如图3所示。主要结构形式有两种:一种是用驻极体高分子薄膜材料作振膜；另一种是用驻极体材料做后极板。驻极体传声器的特点是结构简单，电声性能较好，价格低，应用较广泛，抗振能力强，容易小型化。

图3 噪声传感器结构图

3．2 无线数据传输技术

该环境噪声监测系统主要包括三部分：前端监测传感器、信号采集处理部分和无线数据传输部分。无线数据传输部分可以是基于Modem 的无线因特网，也可以是基于GPRS 或CDMA 技术的移动通信网，或者也可采用无线电波通信。通过无线通信网络实现与环境监测中心的信息交换。前端传感器和信号采集处理部分完成噪声采样点的数据采集及处理任务，结合我国移动无线网络的覆盖率，本系统采用中国电科52所研制的DTU WT-3102型GPRS移动数据传输模块。

3．3 噪声智能采集模块

噪声信号采集部分采用NI智能数据采集模块NI 4432，如图4所示，该模块采用USB接口方式支持Win XP、Win7、Win Vista等操作系统，可兼容LabVIEW、C/C++、Visual Basic6.0及Visual Studio等多个开发软件。模块内集成了计数器、定时器、模拟输入输出及数字I/O等功能功能部件，可通过自校准中补偿非线性误差，确保信号范围内模拟测量的精确性。

图4 NI4432智能数据采集模块

3．4 监测系统环境适应性

图5 双箱体结构

城市区域环境噪声监测系统的基本理论已经较为完善，并有相应原理样机的研制，但原理样机在稳定性和可靠性等方面（如防潮、防尘等）不能满足实际需求。因此本系统采用双箱体结构的防水防潮结构，如图5所示。该箱体由外层金属箱体、电器安装箱、保温材料夹层等结构组成。箱体的引线开孔处均设有PG头防尘、防水防护措施，防护等级可达到IP65等级。

3．5 系统软件设计

图6 系统软件界面

系统采用LabVIEW软件作为上位机的噪声采集和分析处理软件。该软件是一种图形化的编程语言，被工业界和学术界看做一个标准的数据采集和仪器控制人机。具有良好的人机交互界面，操作方便，界面友好直观。

本系统的软件由采集、分析和显示等几部分组成。通过软件来采集噪声传感器感应的噪声信号，在程序中将采集的噪声信号进行分析处理，转换成DB值，最后由软件界面显示出来。如图6所示。

4 结论

基于LabVIEW的环境噪声自动监测系统通过对环境噪声高精度的测量、利用采集模块和LabVIEW软件，实现环境噪声自动采集及数据处理、噪声信息的自动传输，最终可完成环境噪声的全天候实时监测及自动管理。

本系统的建立对于政府及有关部门对环境噪声污染防治工作的有效展开起着关键作用，对保证城市宁静环境，还人们一片安静祥和的生活环境具有重要的意义。

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Design of Environmental Noise Automatic Monitoring System Based on LabVIEW

ZHANG Ning, WANG Bing
(No.49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Harbin 150001)

At present, noise monitoring system call more attention to the theoretical study, but the mature products are less. Aiming at this problem, the environmental noise automatic monitoring system based on LabVIEW software is designed in this paper. The noise signal is collected by electret sensor which has better acoustic performance, LabVIEW software passes the data acquisition to the upper machine, and processes and analyzes the original signal, then analyzed signal is sent to the noise monitoring terminal through the wireless transmission module, thus the noise can be managed and monitored automatically. The system has the advantages of high measurement precision, better stability and strong adaptability to environment.

noise monitoring; wireless transmission; LabVIEW

TP212

A

1004-7204(2017)04-0122-03

张宁（1981-），男，黑龙江省哈尔滨市人，工程硕士，工程师，研究方向：传感器设计及测试测量技术。