噪声强度检测器的设计

基于单片机MSP430G2553的噪声强度监测器的设计

院系自动化与电气工程学院

专业电气工程及其自动化

班级电气1201班

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学生姓名温可瑞闫维维

指导教师张文婷

负责教师张文婷

兰州交通大学

2014年6月

摘要：噪声对人体健康有着严重的危害，因此减少噪声危害已成为当前一项重要的任务。环境噪声强度监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节。

本文详细介绍了噪声强度监测器的工作原理和检测模块的整体组成，包括：噪声信号的数据采集、放大、峰值检波、MSP430G2553数据处理和显示器的设计。外界噪声信号通过传声器转换成音频信号，电信号经过放大、检波和ADC变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的噪声分贝值通过TFT显示，从而实现噪声的实时监测。

该器具有实现简单，精确度高，可用于实际进行噪声的实时监测等特点。

关键词：单片机MSP430G2553 检波放大TFT

目录

一、绪论

1.1设计背景

1.2噪声简介

1.3设计任务

1.4设计意义

1.5内容安排

二、噪声强度监测器的方案设计

2.1 噪声强度检测器的任务分析

2.2 硬件设计方案

2.3 软件设计方案

三、噪声强度监测器的硬件设计

3.1 传声器

3.2 硬件电路组成

四、噪声强度监测器的软件设计

4.1 实际运行程序

五、调试与分析

5.1 调试故障及原因分析

5.2 测试结果分析

六、结论

七、参考文献

一、绪论

1.1设计背景

噪声即噪音，是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。噪声通常是指那些难听的，令人厌烦的声音。噪音的波形是杂乱无章的。从环境保护的角度看，凡是影响人们正常学习，工作和休息的声音凡是人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。如机器的轰鸣声，各种交通工具的马达声、鸣笛声，人的嘈杂声及各种突发的声响等，均称为噪声。噪声污染属于感觉公害，它与人们的主观意愿有关，与人们的生活状态有关，因而它具有与其他公害不同的特点。

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、早市和人的大声说话等。

环境噪声监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节，在各大城市的繁华街区和居民区，已有大型环境噪声显示器竖立街头。但目前国内的便携式噪声测试仪，多为价格昂贵的进口专用设备，除卫生、计量等环保专业部门拥有外，无法作为民用品推广普及。本文介绍一种以89C52单片机为核心，采用V/F转换技术构成的低成本、便携式数字显示环境噪声测量仪。该仪器工作稳定、性能良好，经校验定标后能满足一般民用需要，可广泛应用于工矿企业、机关学校等需要对环境噪声进行测量和控制的场合。

噪声测量一般有如下几个方面的目的：测量声压级以了解噪声对环境的污染情况，检验噪声是否符合有关标准；进行噪声信号的频谱分析，以了解噪声的频率结构；测量噪声源的声功率或声功率级，以客观了解噪声源特性。

按测量环境来分，噪声测量分实验室测量和现场测量两种。所谓噪声的实验室测量是指将被测对象放在消声室或混响室中测量，其测量的精度比较高。但由于条件的限制，大多情况下只能进行现场测量。

为了更客观地表示仪器设备的噪声源特性，往往需要测量噪声源的声功率级。因为在一定的工作状态下，仪器的声功率级是一个恒量，它不象声压级随距离的改变而改变。但声功率级是不能直接测出的，它是在特定条件下，由测得的声压级计

算而得到的。此处仅对常用的自由场法作一简单的介绍。

设P L -

是以噪声源为中心，r 为半径的球面S 上数个测点测出的平均声压级。R 应选择得足够大，一般为被测对象尺寸的两倍。设参考面积S0为1㎡，则在自由场中的声功率级W L 为

)

(11lg 20lg 10000

dB K r L K S S

L L P P W +++=++=--

(1.1)

如仪器放在坚硬的地面上，此时声源以半球面辐射。于是式（1.1）化为

8

lg 202lg 10002

+++=++=-

-

K r L K r L L P P W π

(1.2)

式中，0K 为非标准气压和温度状态时的修正量；P L -

按下式求得：

0lg

20p p L p -

-

=

(1.3)

式中，2/12

)(n

p p i

∑=-

，为n 个测点平均声压；i p 为第i 个测点的声压；0p 为基

准声压。

为了满足自由场条件，此时，距离声源为1r 和2r 两点处的声压级应满足下列关系：

1

221lg

20r r L L p p =-

(1.4)

当

21

2

=r r 时，)(6lg 201221dB r r L L p p ==-，即在自由场中距离加倍，噪声级减少

6dB ，据此，可以判断声场是否为自由场。

本文所述的测量器主要是考虑人耳对噪声的主观评价。因此采用声功率级测量，即外界噪声信号通过传声器转换成音频信号，经过放大和V/ F 变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的DB 值通过TFT 显示，从而实现噪声的实时监测。

1.2噪声简介

1．噪声概念

物理学定义：噪声是发生体做无规则时发出的声音。

生理学定义：凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音。

从这个意义上来说，噪声的来源很多。街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，都是噪声。

总体讲，噪音是物体振动产生。

2．噪声对人的危害

随着工业生产、交通运输、城市建筑的发展，以及人口密度的增加，家庭设施（音响、空调、电视机等）的增多，环境噪声日益严重，它已成为污染人类社会环境的一大公害。噪声具有局部性、暂时性和多发性的特点。噪声不仅会影响听力，而且还对人的心血管器、神经器、内分泌器产生不利影响，所以有人称噪声为“致人死命的慢性毒药”。噪声给人带来生理上和心理上的危害主要有以下几方面：

①干扰休息和睡眠、影响工作效率：干扰休息和睡眠；使工作效率降低。

②损伤听觉、视觉器官：强的噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤；噪声对视力的损害。

③对人体的生理影响：损害心血管；对女性生理机能的损害；噪声还可以引起如神经器功能紊乱、精神障碍、内分泌紊乱甚至事故率升高。

3．防治噪声污染的一些办法

①营造隔音林

②将噪声污染严重的企业搬离市区

③源头处预防，传播过程消减

4．噪声的利用

噪声一向为人们所厌恶。但是，随着现代科学技术的发展，人们也能利用噪声造福人类。虽然噪音是世界四大公害之一，但它还是有用处的。

①利用噪声除草。

②利用噪声发电。