傳感器與檢測技術課程設計報告

word文檔精品文檔分享北方民族大學課程設計報告院〔部、中心〕電氣信息工程學院XX馬貴書學號20210260專業(yè)測控技術與儀器班級測控技術與儀器101同組人員馬貴書馬寶福韋芳南王思博課程名稱傳感器與檢測技術設計題目名稱噪音測量儀的設計起止時間2021.12.27---2021.1.1成績指導教師簽名盛洪江北方民族大學教務處制word文檔精品文檔分享教師評語：報告成績〔30%〕平時成績〔50%〕辯論成績〔20%〕總評成績2word文檔精品文檔分享摘要噪聲對人體XX有著嚴重的危害，因此減少噪聲危害已成為當前一項重要的任務。環(huán)境噪聲監(jiān)測，是人類提高生活質量，加強環(huán)境保護的一個重要環(huán)節(jié)。本文詳細介紹了噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理和系統(tǒng)組成，包括：噪聲信號的轉換、OP07C放大、TLC549轉換、數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)的設計。外界噪聲信號通過傳聲器轉換成音頻信號，電信號經(jīng)過放大和TLC549變換輸入到單片機進展處理，并轉換成相應的噪聲分貝值通過LED顯示，從而實現(xiàn)噪聲的實時監(jiān)測。該系統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單，準確度高，可用于實際進展噪聲的實時監(jiān)測等特點。關鍵詞：傳聲器；OP07C運算放大器；TLC549轉換器；單片機；LCD1062引言噪聲即噪音。是一類引起人煩躁、或音量過強而危害人體XX的聲音。噪聲通常是指那些難聽的，令人厭煩的聲音。噪音的波形是雜亂無章的。從環(huán)境保護的角度看，但凡影響人們正常學習，工作和休息的聲音但凡人們在某些場合需要的聲音聲，人的嘈雜聲及各種突發(fā)的聲響等，均稱為噪聲。噪聲污染屬于感覺公害，它與人們的主觀意愿有關，與人們的生活狀態(tài)有關，因而它具有與其他公害不同的特點。噪音污染主要來源于交通運輸、車輛鳴笛、工業(yè)噪音、建筑施工、社會噪音如音樂廳、高音喇叭、早市和人的大聲說話等。環(huán)境噪聲監(jiān)測，是人類提高生活質量，加強環(huán)境保護的一個重要環(huán)節(jié)，在各大城市的繁華街區(qū)和居民區(qū)，已有大型環(huán)境噪聲顯示器豎立街頭。但目前國內的便攜式噪聲測試儀，多為價格昂貴的進口專用設備，除衛(wèi)生、計量等環(huán)保專業(yè)部門擁有外，無法作為民用品推廣普及。本文介紹一種以89S52單片機為核心，采用TLC549轉換技術構成的低本錢、便攜式數(shù)字顯示環(huán)境噪聲測量儀。該儀器工作穩(wěn)定、性能良好，經(jīng)校驗定標后能滿足一般民用需要，可廣泛應用于工礦企業(yè)、機關學校等需要對環(huán)境噪聲進展測量和控制的場合。3word文檔精品文檔分享目錄摘要引言一、噪聲相關資料1.1噪聲簡介1.2聲壓級測量機理二、儀器整體方案設計2.1噪聲監(jiān)測系統(tǒng)任務分析2.2整體設計方案三、硬件電路具體設計3.1傳聲器3.2信號放大器3.3A/D轉換電路的設計3.4單片機系統(tǒng)的設計.3.5顯示電路的設計四、主程序..誤！未定義書簽。五、安裝與調試................................錯誤！未定義書簽。參考文獻結論附錄4word文檔精品文檔分享一、噪聲相關資料1.1噪聲簡介．噪聲概念物理學定義：噪聲是發(fā)生體做無規(guī)那么時發(fā)出的聲音。生理學定義：但凡阻礙人們正常休息、學習和工作的聲音，以及對人們要聽的聲音產(chǎn)生干擾的聲音。從這個意義上來說，噪聲的來源很多。街道上的汽車聲、安靜的圖書館里的說話聲、建筑工地的機器聲、以及鄰居電視機過大的聲音，都是噪聲。．噪聲對人的危害隨著工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、城市建筑的開展，以及人口密度的增加，家庭設施〔音響、空調、電視機等〕的增多，環(huán)境噪聲日益嚴重，它已成為污染人類社會環(huán)境的一大公害。噪聲具有局部性、暫時性和多發(fā)性的特點。噪聲不僅會影響聽力，而且還對人的心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，所以有人稱噪聲為帶來生理上和心理上的危害主要有以下幾方面：①干擾休息和睡眠、影響工作效率：干擾休息和睡眠；使工作效率降低。②損傷聽覺、視覺器官：強的噪聲可以引起耳部的不適，如耳鳴、耳痛、聽力損傷；噪聲對視力的損害。③對人體的生理影響：損害心血管；對女性生理機能的損害；噪聲還可以引起如神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂、精神障礙、內分泌紊亂甚至事故率升高。．人對不同聲強的感覺無法忍受：150dB~130dB感到疼痛：130dB~110dB很吵：110dB~70dB較靜：70dB~50dB安靜：50dB~30dB極靜：30dB~10dB無聲：0dB5word文檔精品文檔分享1.2聲壓級測量機理人耳的聽閾一般是20mPa(微帕)，痛閾一般是200Pa〔帕〕，其間相差107倍，這樣寬廣的聲壓X圍很不易測量，而且人耳對聲壓的相對變化的分辨具有非線性特征。因此，聲學中常用聲壓級LP來反映聲壓的變化，將聲壓P的聲壓級表示成LP20lg(/0)(1.13)PPdB其中，基準量P0為20mPa。當P=P0時，LP=0dB，而當P=200Pa時，LP=140dB。二、儀器整體方案設計2.1噪聲監(jiān)測系統(tǒng)任務分析本設計的任務是要完成基于單片機的環(huán)境噪聲監(jiān)測儀的設計系統(tǒng)，它的主要是設計以單片機為核心、采用A/D轉換技術的便攜式環(huán)境噪聲測量儀，實現(xiàn)環(huán)境噪聲的實時測量和LED數(shù)字顯示，給出噪聲水平的大致指示?；诒敬稳蝿?，該設計方案由硬件和軟件兩局部組成。噪聲測量儀的硬件電路系統(tǒng)，包括噪聲信號的轉換、放大以及單片機系統(tǒng)的硬件電路、LED顯示電路等。軟件局部主要是用單片機語言編程，實現(xiàn)對信號的采集、轉換及顯示。在遵循軟硬件相結合的原那么下，先進行硬件電路的計，再進展軟件編程，進展模塊化設計，并對各模塊進展調試，最后進展軟硬件聯(lián)合調試和故障的排除。2.2整體設計方案按照系統(tǒng)設計功能的要求，初步確定控制系統(tǒng)包括硬件和軟件系統(tǒng)兩局部。其中硬件系統(tǒng)構造框圖如圖2-1所示。環(huán)境噪聲經(jīng)高靈敏度、無指向性駐極體傳聲器轉換成電信號。放大電路由運放OP07C構成，精心調整相關外圍元件參數(shù)，可使其輸出幅頻特性滿足測量要求的電壓信號。通過A/D轉換器后，輸出電壓信號變?yōu)殡娖剿徒o單片機的P1引腳，經(jīng)軟件處理后，噪聲聲壓級顯示值由P0口輸出，由LCD動態(tài)顯示。噪傳放A/D轉單LCD換聲大片顯聲器器電機示路6word文檔精品文檔分享圖2-1噪聲監(jiān)測儀硬件構造框圖傳聲器是將聲波信號轉換成電信號的傳感器，是噪聲測量系統(tǒng)中的一個主要環(huán)節(jié)。根據(jù)膜片感受聲壓的情況不同，傳聲器可分為三類：壓強式傳聲器，其膜片的一面感受聲壓；差壓式傳聲器，其膜片的兩面均感受聲壓，引起膜片振動的力取決于膜片兩面壓差的大?。粔簭姾蛪翰罱M合式傳聲器。在噪聲測量中常用的壓強式傳聲器。功率放大器的作用相當于揚聲器的音量調節(jié)器。音頻功率放大電路的作用主要是將信號處理器致過來的信號功率放大，使其信號的功率到達設計要求。此方案中的A/D轉換電路主要是由TLC549構成的電壓/頻率轉換電路。89C52單片機是本設計的核心局部。本設計用的是1602LCD顯示屏來實現(xiàn)顯示，這個電路的實現(xiàn)局部比較簡單。三、硬件電路具體設計3.1傳聲器傳聲器〔Microphone〕又稱話筒，俗稱“麥克風〞。傳聲器是將聲波轉換為相應電信號的傳感器。傳聲器包括聲波接收器和力-電換能器兩個局部。由聲音造成的空氣壓力使傳感器的振動膜振動，進而經(jīng)變換器將此機械運動轉換成電參量的變化，是噪聲測量系統(tǒng)中的一個主要環(huán)節(jié)。根據(jù)膜片感受聲壓的情況不同，傳聲器可分為三類：聲強式傳聲器，其膜片的一面感受聲壓；差壓式傳聲器，其膜片的兩面均感受聲壓，引起膜片振動的力取決于膜片兩面差壓的大??；壓強和差壓組合式傳聲器。在噪聲測量中常用的是壓強式傳聲器。通信設備常用到的傳聲器類型一般是晶體式傳聲器。晶體式傳聲器又稱壓電式傳聲器，它是利用晶體的壓電效應制成的，化工材料酒石酸鉀鈉和鈦酸鋇晶體都有較強的壓電效應。當晶體的兩面受到壓力時，在兩面間出現(xiàn)正負電荷，產(chǎn)生某一方向的電動勢：當受到相反方向的應力時，晶體兩面那么產(chǎn)生與受壓力相反的電荷和電動勢。當晶體受到交變聲波的作用時，便產(chǎn)生音頻電動勢。晶體式傳聲器按構造的不同可分為膜片式和聲電池式兩種。膜片式傳聲器價格低廉、輸出電壓高，使用方便，考慮元器件的性價比和應用功能選用的是膜片式晶體傳聲器。膜片式傳聲器實物外形如圖3-1所示。7word文檔精品文檔分享圖3-1傳聲器實物外形圖3.2信號放大器經(jīng)過討論與分析后放大電路如圖3-3所示3.3A/D轉換電路的設計TLC549是TI公司生產(chǎn)的一種低價位、高性能的8位A/D轉換器，它以8位開關電容逐次逼近的方法實現(xiàn)A/D轉換，其轉換速度小于，最大轉換速率為40000HZ，4MHZ典型內部系統(tǒng)時鐘，電源為3V至6V。它能方便地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構成各種廉價的測控應用系統(tǒng)。8word文檔精品文檔分享TLC549引腳圖及各引腳功能REF+：正基準電壓輸入2.5V≤REF+≤Vcc+0.1。REF－：負基準電壓輸入端，-0.1V≤≤2.5V。且要求：〔REF+〕－〔REF-〕≥1V。VCC：系統(tǒng)電≤Vcc≤6V。GND：接地端。CS：芯片選擇輸入端，要求輸入高電平VIN≥2V，輸入低電平VIN≤0.8V。DATAOUT：轉換結果數(shù)據(jù)串行輸出端，與TTL電平兼容，輸出時高位在前，低位在。ANALOGIN：模擬信號輸入端，≤ANALOGIN≤Vcc，當ANALOGIN≥REF+電壓時，轉換結果為全“〞(0FFH)ANALOGINREF-電壓時，轉換結果為全“〞(00H)I/OCLOCK：外接輸入/輸出時鐘輸入端，同于同步芯片的輸入輸出操作，無與芯片內部系統(tǒng)時鐘同步。3.4單片機系統(tǒng)的計89C51單片機為EPROM型，在實際電路中可以接換8051單片機8751單片機，不但和8051單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工藝的。STC89C52是由宏晶公司生產(chǎn)八位單片機。它是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機。該器件是用高密度、非易喪失存儲技術制造并且與國際工80C51單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。綜上所述，從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來89C52比擬適宜的。本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片機，89C52本身帶有8K的內存儲器，可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上，比以8031CPU外加EPROM為核心的單片機系統(tǒng)在硬件上具有更加簡單、方便等優(yōu)點，而且完全兼容MCS-51系列單片機的所有功能。89C52管腳圖如圖3-6所示。下面介89C52的主要管腳功能如下：VCC〔〕：電+5V；VSS〔20〕：接地；P0口〔32-39〕：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口〔10-17〕：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口〔21-28〕：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P11-8準雙向通用I/O口；RST〔ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內外程序存儲器選擇線；XTAL1〔19〕和XTAL2〔18〕：外接石英晶體振蕩器。9word文檔精品文檔分享3.5顯示電路的設計本設計中采用1602LCD〔并行〕顯示器顯示。LCD顯示器是單片機應用系統(tǒng)常用的輸出器件。LCD的數(shù)據(jù)由單片機的P0～P7口輸入，進入LCD后按一定的規(guī)律顯示出來。LCD顯示電路的具體電路如圖3-8：四．主程序#include"噪聲測量.h"#include<intrins.h>#include<stdio.h>#include<math.h>sbitTLC549_CS=P1^0;//片選信號sbitTLC549_DATAOUT=P1^1;//數(shù)據(jù)輸入口sbitTLC549_CLK=P1^2;//時鐘信號staticunsignedintg_aAdValue[8];voiddelay_us(unsignedcharn)//延時子程序10word文檔精品文檔分享{while(n){_nop_();n--;}}/*-------------------------------------------函數(shù)名：ad_conv_tlc549()功能：AD轉換芯片TLC549的實現(xiàn)程序--------------------------------------------*/unsignedcharad_conv_tlc549(){unsignedchari;unsignedchartmp_data=0;TLC549_CS=1;//此時DATAOUT接口處于高阻態(tài)，此時I/OCLK不起作用_nop_();TLC549_CLK=0;_nop_();TLC549_CS=0;//等待兩個內部時鐘上升沿和一個下降沿，單片機確認這一變化，然后自動將前一次轉換結果_nop_();//的最高位〔D7〕位輸出到_nop_();for(i=0;i<8;i++){TLC549_CLK=1;tmp_data=(tmp_data<<1)|TLC549_DATAOUT;TLC549_CLK=0;}TLC549_CS=1;delay_us(17);returntmp_data;}/*------------------------------------------主函數(shù)--------------------------------------------*/floatmain_1(){floatv;while(1){11word文檔精品文檔分享v=ad_conv_tlc549()*1.0/256.0*5.0;v=30*log10(v+1)+0.4;delay_us(200);returnv;}}/*=========================================================1602液晶顯示的實驗例子-------------------------------------------------|DB4-----P0.4|RW-------P2.1|DB5-----P0.5|RS-------P2.2|DB6-----P0.6|E--------P2.0|DB7-----P0.7|---------------------------------------------------=========================================================*/#include<BoeBot.h>#include"噪聲測量.h"#defineLCM_RWP2_1//定義引腳#defineLCM_RSP2_2#defineLCM_EP2_0#defineLCM_DataP0#defineBusy0x80//用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy標識codeuint8a[]={"Intolerance"},//無法忍受b[]={"Feelpain"},//感到疼痛;c[]={"Nosiy"},//很吵;d[]={"Quieter"},//較靜e[]={"Quiet"},//安靜f[]={"Veryquiet"},//極靜g[]={"Silent"},//無聲h[]={"nullandvoid"};//無法檢測/*------------------------------------------子函數(shù)聲明------------------------------------------*/voidWrite_Data_LCM(unsignedcharWDLCM);voidWrite_Command_LCM(unsignedcharWCLCM,BuysC);voidRead_Status_LCM(void);voidLCM_Init(void);voidSet_xy_LCM(unsignedcharx,unsignedchary);voidDisplay_List_Char(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*s);12word文檔精品文檔分享/*=====================================函數(shù)名：Read_Status_LCM()功能：忙檢測函數(shù)======================================*/voidRead_Status_LCM(void){unsignedcharread=0;LCM_RW=1;LCM_RS=0;LCM_E=1;LCM_Data=0xff;do{read=LCM_Data;}while(read&Busy);LCM_E=0;}/*-------------------------------------------函數(shù)名：Write_Data_LCM()功能：對LCD1602寫數(shù)據(jù)--------------------------------------------*/voidWrite_Data_LCM(unsignedcharWDLCM){Read_Status_LCM();//檢測忙LCM_RS=1;LCM_RW=0;LCM_Data&=0x0f;LCM_Data|=WDLCM&0xf0;LCM_E=1;//假設晶振速度太高可以在這后加小的延時LCM_E=1;//延時LCM_E=0;WDLCM=WDLCM<<4;LCM_Data&=0x0f;LCM_Data|=WDLCM&0xf0;LCM_E=1;LCM_E=1;//延時LCM_E=0;}13word文檔精品文檔分享/*-------------------------------------------函數(shù)名：Write_Command_LCM()功能：對LCD1602寫指令--------------------------------------------*/voidWrite_Command_LCM(unsignedcharWCLCM,BuysC)//BuysC為0時忽略忙檢測{if(BuysC)Read_Status_LCM();//根據(jù)需要檢測忙LCM_RS=0;LCM_RW=0;LCM_Data&=0x0f;LCM_Data|=WCLCM&0xf0;//傳輸高四位LCM_E=1;LCM_E=1;LCM_E=0;WCLCM=WCLCM<<4;//傳輸?shù)退奈籐CM_Data&=0x0f;LCM_Data|=WCLCM&0xf0;LCM_E=1;LCM_E=1;LCM_E=0;}/*-------------------------------------------函數(shù)名：LCM_Init()功能：對LCD1602初始化--------------------------------------------*/voidLCM_Init(void)//LCM初始化{LCM_Data=0;Write_Command_LCM(0x28,0);//三次顯示模式設置，不檢測忙信號delay_nms(15);Write_Command_LCM(0x28,0);delay_nms(15);Write_Command_LCM(0x28,0);delay_nms(15);Write_Command_LCM(0x28,1);//顯示模式設置,開場要求每次檢測忙信號Write_Command_LCM(0x08,1);//關閉顯示W(wǎng)rite_Command_LCM(0x01,1);//顯示清屏Write_Command_LCM(0x06,1);//顯示光標移動設置Write_Command_LCM(0x0C,1);//顯示開及光標設置}14word文檔精品文檔分享/*-------------------------------------------函數(shù)名：Set_xy_LCM()功能：設定顯示坐標位置--------------------------------------------*/voidSet_xy_LCM(unsignedcharx,unsignedchary){unsignedcharaddress;if(x==0)address=0x80+y;elseaddress=0xc0+y;Write_Command_LCM(address,1);}/*-------------------------------------------函數(shù)名：Display_List_Char()功能：按指定位置顯示一串字符--------------------------------------------*/voidDisplay_List_Char(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*s){Set_xy_LCM(x,y);while(*s){LCM_Data=*s;Write_Data_LCM(*s);s++;}}/*-------------------------------------------函數(shù)名：dB()功能：顯示dB程序--------------------------------------------*/voiddB(){Write_Command_LCM(0x06,1);Write_Command_LCM(0xCe,1);Write_Data_LCM('d');Write_Data_LCM('B');}/*-------------------------------------------函數(shù)名：wrrite()功能：清空顯示程序--------------------------------------------*/voidwrrite()15word文檔精品文檔分享{Write_Data_LCM('\');}/*-------------------------------------------函數(shù)名：show_1(floatdB)功能：數(shù)據(jù)顯示程序--------------------------------------------*/voidshow_1(floatdB){staticunsignedchari,j,l,m,n;unsignedcharx=6;m=(unsignedchar)dB;//取整數(shù)位i=m/100;//取百位j=m/10%10;//取十位l=m%10;//取個位n=(unsignedchar)((dB-m)*100);//取小數(shù)位Write_Command_LCM(0x04,1);Write_Command_LCM(0xcC,1);if(n%10){Write_Data_LCM(n%10+'0');Write_Data_LCM(n/10+'0');Write_Data_LCM('.');x-=3;}//從最底小數(shù)位顯示if(n%10==0&&n/10){Write_Data_LCM(n/10+'0');Write_Data_LCM('.');x-=2;}Write_Data_LCM(l+'0');x--;//顯示個位if(j||i){Write_Data_LCM(j+'0');x--;}//顯示十位if(i){Write_Data_LCM(i+'0');x--;}//顯示百位while(x--)wrrite();//剩余的清空}/*-------------------------------------------函數(shù)名：zaoying()功能：初始界面顯示程序--------------------------------------------*/voidzaoying(){unsignedchara_1[]={"noise-measuring"},a_2[]={"OPEN-55092H2"};Display_List_Char(0,0,a_1);//顯示noise-measuringDisplay_List_Char(1,0,a_2);//顯示OPEN-55092H2}/*-------------------------------------------函數(shù)名：show_2(floati)功能：顯示數(shù)據(jù)X圍程序--------------------------------------------*/voidshow_2(floati){uint8j=16;uint8*p;16word文檔精品文檔分享if((i<=150)&&(i>130))p=a;//顯示無法忍受if((i<=130)&&(i>110))p=b;//顯示感到疼痛if((i<=110)&&(i>70))p=c;//顯示很吵;if((i<=70)&&(i>50))p=d;//顯示較靜if((i<=50)&&(i>30))p=e;//顯示安靜if((i<=30)&&(i>10))p=f;//顯示極靜if((i<=10)&&(i>=0))p=g;//顯示無聲if(i>150)p=h;//顯示無法檢測Write_Command_LCM(0x06,1);Write_Command_LCM(0x80,1);while(*p!='\0'){Write_Data_LCM(*p);p++;}while(j--)wrrite();}/*--