基于89C51单片机的噪声测量仪设计【开题报告】

毕业设计开题报告

电子信息工程

基于89C51单片机的噪声测量仪设计

一、选题的背景和意义

噪声污染是当今世界公认的环境问题。从20世纪50年代起，工业、运输业迅猛发展，噪声污染日益严重。在城市化的今天，城市快速道，高架复合道路、轨道交通、大型健身娱乐场所、空调系统等相继出现，几乎人人受到了噪声的影响。据统计，环保部门收到的污染投诉觉到多数是噪声。从技术上来说，任何噪声问题几乎都是可以解决的，但是还需要考虑经济上和实际工作中的可行性。

因此将噪声控制在一定范围内就很有必要，比如在居民区将噪声控制好，不影响居民的正常生活。所以就得依靠一定的检测装置来对该区域的噪声强度进行检测，来确定是否该控制噪声，顺便提供相应的措施来减少噪声。

设计的噪声测试装置中主要是由传感器来检测噪声，该传感器又主要为声级计或者是麦克风，转换成一定物理量后经过V/F变换输入给单片机处理，最后由单片机来对数据进行处理和输出，输出由LED数码管操作。

人在较强噪声环境下暴露一定时间后会出现听力下降。研究表明，长期接触80dB以上的噪声，听力就有可能受损害，在大于85dB的环境中工作20年，将有10%的人出现耳聋，大于90dB，耳聋的比例将超过20%[1]。人从高噪声的环境会到安静场所停留一段时间，听力还能恢复，叫暂时性听阀偏移，也叫听觉疲劳，但长年累月地在强噪声环境中工作，长期不断地收到高强噪声刺激，听觉就不能复原了，内耳感觉器官会发生器质性病变，导致所谓噪声性耳聋货永久性听力损失[2]。

噪声影响听力主要是听力损失，就是在500Hz、1000Hz和2000Hz三个频率上听阀较标准值升高的平均数。听力损失10-25dB尚能完全恢复，听力损失25dB以上，经数小时或数十小时尚能复原，则为暂时性耳聋；不能完全恢复的，即为永久性耳聋，听力损失15-25dB 还是接近正常，25-40dB则是轻度耳聋；这时1.5m外谈话就会有些困难。40-65dB听力损失是中等耳聋，1.5m外大声讲话都听不清。65dB以上则是中耳聋，大声喊叫听起来都有困难

[3]。据统计，当今世界上有7000多万耳聋者，其中相当部分是噪声所致。专家研究证明，家庭室内噪声是造成儿童耳聋的主要原因。

在一般房间，开窗时室外噪声传入房间可降低10dB，所以城市噪声（在建筑物前1m测量）如果是50-70dB，夜晚降低10dB，就可以满足白天工作、夜晚睡眠的需要[4]。如果城市噪声达到70-90dB（如在繁华市街上），则必须采取措施才能满足需求（例如用较好的门窗）。

声级计也称噪声级，它是用来测量噪声的声压级和计权声级的仪器，它适用于环境噪声，各种机器（如风机、空压机、内燃机、电动机）噪声的测量，也可用于建筑声学、电声学的测量。如果把电容器传声器换成加速度计，可以用来测量振动的加速度、速度和振幅。声级计还可以与倍频程和1/3倍配合进行噪声频谱分析[5]。

声级计主要由传声器、放大器、衰减器、计权网络、电表电路及电源等部分组成。

传声器也称话筒或麦克风，它是将声能转换成电能的原件。它是将声音信号转换成电信号的传感器。声级计上使用的传声器要求频率范围宽，频率响应应当平直，失真小，动态范围大，尤其稳定性要好。

从1971年美国德州仪器（Texas Instrument）公司首次推出TMS-1000单片机（4位机）至今，单片机技术已经成长为计算机技术领域中的一个非常重要的分支。在不断地发展和完善中，单片机技术已经建立了自己的技术特征、发展道路和独特的应用环境。按照单片机的生产技术水平，单片机的发展过程可以分为4位机、8位机、16位机和32位机4个阶段[6]。

单片机是微型计算机中的一种，它在一块芯片上集成了计算机的所有基本功能部件，包括中央处理器CPU、随机读写存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器和串行通信接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相组合，就可以成为一个完整的单片机控制系统[7]。

V/F变换就是电压频率变换，是A/D转换的另一种形式，其作用就是把模拟量变成频率。V/F变换具有精度高、性能好和输出单值等特点，随着半导体技术的发展，V/F变换器的性能不断提高，成本快速下降[8]。

传感器相当于人体的感觉器官，它能将各种非电量（如机械量、化学量、生物量及光学量等）转换成电量。从而实现非电量的电测技术。在自动控制系统中，检测室实现自动控制的首要环节，没有对被控对象的精确检测，就不可能实现精确控制。目前传感器涉及的领域

主要有现代工业生产、基础学科研究、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程等[9]。

拾音器是把声音或音乐等声能转换成电信号的设备。通常使用的音器是以人类能够听到的可听频率为转换对象的。拾音器按照原理和结构可以分为很多种，特性也各不相同。主要有电容式拾音器、动圈式拾音器和应用压电元件做成的晶体拾音器等[10]。

二、相关研究的最新成果及动态

常用的V/F变换器为ADVFC32是Analog Devices公司的一种通用型集成电路V/F变换器，也可作为F/V变换器使用，它采用双列直插式结构。它的原理与电荷平衡式V/F变换器是一样的[11]。由于电路中采用单独数字地的集电极开路式输出，因此，易于与标准DTL/TTL/CMOS逻辑电路接口。

普通声级计具备性能稳定、使用简单、价格低廉、携带方便等优点，在环境、交通噪声、机械和电气噪声等的测量方面都能得到广泛应用，如中国主要的声学测量仪器生产基地红声器材厂生产的HS5633/B和ND10普通声级计；此外，CEM（香港）公司推出的DT-8851和DT-8852型普通声级计；隶属于德国思百吉集团公司的丹麦B&K公司生产的B&K 2240和2239型声级计。这些声级计都满足国际电工委员会（IEC）651号声级计标准中对作为一般用途声级计的要求，具有A,C频率计全网络。

精密型声级计较普通型不仅具有更高的精度和噪声控制要求，而且融入了很多先进技术，一般配合带通滤波器使用，进行倍频程或1/3倍频程频谱分析。杭州爱华公司（杭州爱华电子研究所）生产的AWA5661型精密声级计是一种袖珍式、高精度的声学测量仪，加上AWA5721或AWA5722滤波器可以进行倍频程或1/3倍频程频谱分析。红声企业生产的HS5660和HS5660B/C型精密声级计，都符合IEC对1级声级计的要求，可以与HS5721型1/1倍频程滤波器或HS5731型1/3倍频程滤波器构成一个操作简便的额便携式频谱分析仪。此外还有日本理音公司ROINCO.LTD推出的NL-21/NL-31型声级计和B&K2238型系列的1级精密声级计在环境监测、建筑及室内噪音测量中均得到了广泛应用。但后者功能更强大，内存更大，能保存500组测量数据；而前者只能保存100组测量数据。B&K2238型还可配合基本型、增强型、数据记录、频谱分析型4种不同的软件，以满足各种不同噪声测量的需求。

国外多家公司已经研发出新一代的实时分析仪器，其性能优越，功能完善但价格比较昂