09160400114+陳梟+基于單片機的噪聲檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)++++

大連東軟信息學院本科畢業(yè)設計（論文）論文題目論文題目：基于單片機的噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)系所：電子工程系專業(yè)：電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程）學生姓名：陳梟學生學號：指導教師：申華導師職稱：教授完成日期：2013年5月2大連東軟信息學院Dalian基于單片機的噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要隨著社會的不斷進步，和社會文明的不斷進步，城市化的發(fā)展已經(jīng)成為了未來的發(fā)展趨勢，可是隨之而來的各種污染和環(huán)境破壞已經(jīng)成為社會發(fā)展的當務之急，噪聲污染是眾多污染中，較為常見，且影響較大的一種污染。噪聲對人體健康有著嚴重的危害，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)。由于噪聲是一種無法看見的物質，所以對于噪聲的檢測必須通過有效的設備來進行。環(huán)境噪聲監(jiān)測儀就是一款檢測環(huán)境噪聲的設備，通過檢測單片機、輔助電路、顯示電路和噪聲傳感器共同組建成為一個噪聲監(jiān)測儀。本文詳細介紹了噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理和系統(tǒng)的實現(xiàn)和組成，主要包括：噪聲信號的轉換、放大、V/F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V/F變換輸入到單片機進行處理，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，精確度高，可用于實際進行噪聲的實時監(jiān)測等特點。關鍵詞：運算放大器，V/F轉換器，單片機ThedesignandimplementationofnoisemonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputerAbstractThenoisedoesthehealthofpeoplealotofharm,socuttingdownthedangerofthenoisehasbecomeatermofimportanttasknow.Measuringnoiseofenvironmenthasplayedanimportantroleinimprovingthelivingqualityandstrengtheningtheenvironmentsafeguard.Inthepaper,themeasurementprincipleandthesystemconstitutionareintroducedindetail,including:thenoisesignalconvertingsystem,signalmagnifyingsystem,V/Fconvertingsystem,datacollectionandindicationsystem.Thispaperintroducesthewaystoconvertthereal-timemonitoringofthenoiseintoacousticfrequencyelectricalsignalbyusingmicrophone,operationalamplifierandV/Fconverter,whichwillactasSingleChipMicoyo’sinputsignal.ThentheSCMwillchangeitintoanoiseDBvalue,whichwillbedisplayedonLED.Thissystemissimplehashighprecision,soitisalwaysusedinmonitoringtheurbannoisereal-time.Keywords:operationalamplifier，V/Fconverter，SingleChipMicoyo目錄TOC\o"1-3"\u摘要 圖4.6系統(tǒng)控制流程圖第5章系統(tǒng)實現(xiàn)5.1軟件實現(xiàn)5.1.1主函數(shù)模塊介紹一個程序，無論復雜或簡單，總體上都是一個“函數(shù)”；這個函數(shù)就稱為“main函數(shù)”，也就是“主函數(shù)”。main函數(shù)在程序中大多數(shù)是必須存在的，但是依然有例外情況，比如windows編程中可以編寫一個動態(tài)鏈接庫（dll）模塊，這是其他windows程序可以使用的代碼。由于DLL模塊不是獨立的程序，因此不需要main函數(shù)。再比如，用于專業(yè)環(huán)境的程序如機器人中的控制芯片--可能不需要main函數(shù)。主函數(shù)是系統(tǒng)的開始，軟件系統(tǒng)的入口就是主函數(shù)。主函數(shù)中定義了再后續(xù)使用的函數(shù)，其是程序的核心，主要是在運行過程中，控制各個軟件模塊的運行。主函數(shù)中定義了各個函數(shù)后，將調用的函數(shù)名進行定義后，就可以在主函數(shù)中進行調用。本系統(tǒng)的主函數(shù)主要是保證了系統(tǒng)能夠持續(xù)的運行，檢測傳感器的電壓值。保證系統(tǒng)能夠正常有效的運行。5.2.2延遲函數(shù)模塊介紹系統(tǒng)程序的運行過程中，由于各個模塊之間和顯示之間的時間并不能同步，就會造成數(shù)碼管顯示的混亂，延遲函數(shù)在運行過程中，會被主函數(shù)調用，在調用過程中，可以有效的延遲周期，起到穩(wěn)定系統(tǒng)餓作用。通過使用循環(huán)函數(shù)將系統(tǒng)的函數(shù)運行5.2.3顯示函數(shù)模塊介紹數(shù)碼管顯示電路其主要功能就是顯示噪聲監(jiān)測儀的分貝數(shù)顯示功能。根據(jù)一般城市內噪聲等級、測量方法和標準，顯示只需四位即可滿足要求，顯示格式：××db。數(shù)據(jù)處理完后，顯示子程序開始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。本設計的顯緩單元為5CH-5FH，采用兩個四位LED顯示，先把要顯示的數(shù)據(jù)存入顯緩單元，然后取段碼，再把段碼送到指定的位上，用R5進行位的選擇。5.2.4中斷模塊介紹噪聲監(jiān)測系統(tǒng)在工作過程中其主要的功能是由芯片中的定時器/計數(shù)器來實現(xiàn)的。單片機的定時器/計數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TH1構成，定時器/計數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構成。5.2程序實現(xiàn)/********************************************************函數(shù)名：Init()參數(shù)：無返回值：無功能：初始化定時/計數(shù)器0為計數(shù)模式1，定時/計數(shù)器1為定時器模式1。定時時間為50ms，開啟定時器中斷1，并啟動定時 器1，開啟總中斷。********************************************************/voidInit(void){ TMOD=0x15; //T0計數(shù)T1定時 EA=1; //開總中斷 TH0=0;// TL0=0; TR0=1; // 開計數(shù)器T0 TH1=0x4c; //50ms TL1=0x00; ET1=1; //T1中斷允許 TR1=1; // 開定時器T1}/********************************************************函數(shù)名：delay(unsignedchart)參數(shù)：短延時時間長度返回值：無功能：實現(xiàn)數(shù)碼管顯示時的短延時。********************************************************/voiddelay(uchart)//短延時{ for(;t>0;t--);}voidmain(){ ulongdb=0; Init(); while(1) { db=count_f(ff); display(db); if(start) { start=0; P2=0xff; tmp=TH0; tmp<<=8; tmp+=TL0; ff=tmp*20/count; count=0; TH0=0; TL0=0; TH1=0x4c;//50ms TL1=0x00; TR0=1; TR1=1; } }}/********************************************************函數(shù)名：display(unsignedlongcp)參數(shù)：unsignedlongcp返回值：無功能：將參數(shù)cp顯示在數(shù)碼管上，并顯示單位"db"。********************************************************/voiddisplay(ulongcp){ staticucharnum=0; P2=0xff; switch(num) { case0:P0=0x83; break; case1:P0=0xa1; break; case2:P0=0xff; break; case3: P0=tab[cp%10]; break; case4: P0=(tab[cp/10%10]&0x7f);break; case5: P0=tab[cp/100];break; } P2=wei[num]; num++; num%=7; delay(100);//短延時}voidTime1()interrupt3{ if((TH0<1)&&(TL0<10)) { TH1=0x4c;//50ms TL1=0x00; count++; } else { count++; TR0=0; TR1=0; start=1; }}/********************************************************函數(shù)名：count_f(unsignedlongf)參數(shù)：unsignedlongf返回值：當前環(huán)境的噪音值，單位為"dB".功能：將頻率信號轉化為分貝值********************************************************/ulongcount_f(ulongf){ ulongans; if((f>=20)&&(f<=40)) { ans=1100-f*10; } elseif((f>40)&&(f<=100)) { ans=533-f/3; } elseif((f>100)&&(f<=500)) { ans=503-11*f/40; } elseif((f>500)&&(f<=1000)) { ans=380+f/50; } elseif((f>1000)&&(f<=300)) { ans=450-f/20; } elseif((f>3000)&&(f<=10000)) { ans=215+f/35; } returnans;}第6章系統(tǒng)測試系統(tǒng)的硬件、軟件獨調和系統(tǒng)調試是系統(tǒng)最后的步驟也是系統(tǒng)特別重要的環(huán)節(jié)，因為設計和開發(fā)出的系統(tǒng)是否成功，功能是否完善只有在這里才能顯現(xiàn)出來。所以為了保證設計系統(tǒng)能夠正常工作，必須對軟件和硬件部分的每一個部分進行調試和分析。本章詳細的介紹了計價器的硬件調試、軟件調試和軟硬聯(lián)調的過程，并對調試結果進行了介紹和分析。6.1噪聲監(jiān)測器的系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試是利用偉福仿真器及其自帶軟件來實現(xiàn)一個模擬仿真系統(tǒng)。偉福調試軟件功能較強，包含了單步、斷點、跟蹤、檢查和修改等功能。偉福仿真器的仿真頭代替89C52芯片，插在硬件電路板的原來插AT89C51芯片的插座上，就可以軟硬件調試了。本次設計的聯(lián)調采用分塊聯(lián)調，再總體聯(lián)調的方法。下面介紹本設計的軟硬件聯(lián)調的過程。首先用偉福仿真器調試顯示電路部分，調入預先編制好的顯示程序，檢查程序和硬件是否對應上。顯示電路顯示的數(shù)據(jù)和編程的所要顯示的數(shù)據(jù)一致，顯示電路聯(lián)調成功。當偉福仿真器的仿真頭代替89C52芯片，插在硬件電路板的原來插89C52芯片的插座上，時鐘芯片電路在軟件的啟動下開始工作，在偉福軟件環(huán)境中，查看相對應的單元值是否正確。將傳感器電路的輸出端接入放大電路的輸入端，當聲音的音量變大時從轉換電路輸出的脈沖信號的頻率變大，反之，頻率變小。進行整體的聯(lián)調，將從轉換電路輸出的頻率信號接入單片機的T0口，看整體運行是否正確。此時LED顯示出符合要求的結果。6.2調試故障及原因分析本節(jié)就基于單片機的噪聲檢測器的設計中遇到的故障和調試方面出現(xiàn)的問題作一概要的敘述。1．線路錯誤在實際焊硬件電路，由于線路較多，焊錯電路，如焊完電路時發(fā)現(xiàn)電路所有的電源線與地線全部相通，且單片機不正常工作。經(jīng)查是時鐘電路沒有接地，改正后晶振就可以啟動，單片機就可以正常工作了。2．提供電源錯誤在整個的電路中，剛開始我給所有電路提供+5v的電源，但電壓/頻率轉換器的輸出端卻沒有頻率信號的輸出，經(jīng)過再次的確認，發(fā)現(xiàn)LM368的工作電壓是+15v，當接入+15v的工作電壓后，就輸出所需的頻率信號3．LED位選連接錯誤當整個電路通電后，發(fā)現(xiàn)LED顯示的結構是bd54，發(fā)現(xiàn)顯示完全到過來了，知道是位選線鏈接錯誤，將錯誤改正后，顯示45db。4．電阻大小選擇錯誤在一切調試成功后，雖然顯示出了正確的結果，但是LED燈的亮度卻極低，很難看清楚，因此將下拉電阻換成小點的電阻，LED燈變亮了。5．軟件錯誤在軟件調試時，發(fā)現(xiàn)LED的最后兩位都顯示字母b，發(fā)現(xiàn)給后兩位的地址送的值都是7CH，所以才出現(xiàn)此現(xiàn)象，因此將第三位的值改為5EH，顯示結果就變?yōu)閐b。6.3測試結果分析由于條件有限，本課題中采用晶體式傳聲器，其測量精度不是很高，再加上聲音信號不容易控制，而且很不穩(wěn)定。再加上硬件電路中的一些系統(tǒng)誤差，所以測量結果不是十分精確。但是，當將被測量的聲音信號的音量變大時，LED的顯示值變大，反之則變小。而且此系統(tǒng)的測量范圍為40db-96db，完全符合設計要求，而且指示燈也能指示一定的聲壓級范圍。故本次設計符合設計的要求，能實現(xiàn)對噪聲信號的采集、處理及顯示，功能性較強，具有一定的實踐意義。第7章結論在整個設計過程中，充分發(fā)揮人的主觀能動性，自主學習，學到了許多沒學到的知識，完成了對設計，達到了預期的目的。在電路焊接時雖然沒什么大問題，但從中也知道了焊接在整個作品中的重要性，電路工程量大，不能心急，一個個慢慢來不能急于求成，反而達到事半功倍的效果。對電路的設計、布局要先有一個好的構思，才顯得電路板美觀、大方。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時遇到了很多的問題，經(jīng)過靜下心來思考，理清了思路，終于能夠完成它。在此次設計中，知道了做凡事要有一顆平常的心，不要想著走捷徑，一步一個腳印。也練就了我們的耐心，做什么事都在有耐心。此次設計中學到了很多很多東西，這是最重要的。該課題的主要任務是開發(fā)一個以89C52單片機為核心的噪聲監(jiān)測系統(tǒng)。通過聯(lián)調，實驗驗證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設計要求，達到設計的指標，實現(xiàn)對噪聲信號的采集、處理功能，并用LED顯示出噪聲的分貝值，采用指示燈指示出聲壓級的大概范圍。這個開發(fā)過程主要包括了硬件電路設計和軟件程序的編寫兩個部分。從確定畢設題目，到查閱質料確定總體方案設計，總體方案論證，硬件電路的設計，硬件電路的優(yōu)化，軟件的設計，軟件的優(yōu)化，焊制硬件電路板，檢驗硬件電路，調試軟件程序，到最后的軟硬件聯(lián)調，其中的每一個過程都是精心設計、仔細完成的。由于使用的是單片機作為核心的控制元件，本噪聲監(jiān)測器具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其具有很高的智能化水平。但是該設計還是不夠完善，因為聲音信號本來就很不穩(wěn)定，而且也不知道它的聲壓級是多少分貝，所以說在校正上存在一定的困難。在軟件設計的過程中，利用了Keil這個軟件在程序錄入和調試的時候的優(yōu)越性，讓我能夠在編寫軟件的時候很方便的發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤，現(xiàn)在已經(jīng)能夠使用Keil對所設計的程序進行調試。對于PROTEUS這款軟件，也能熟練掌握電路設計仿真。由于平時沒有接觸過這兩個軟件，加上畢業(yè)設計的時間有限，對于他們的連接調試程序，未能熟練掌握，但以后有機會的話會再好好學習的。參考文獻[1]李華．MCU-51系列單片機實用接口技術[M]，北京航空航天大學出版社，2006，3[2]許育誠．軟件測試與質量管理[J]海事大學，2007，6，14-42[3]景新梅．軟件產(chǎn)業(yè)原動力[J],中國計算機報，2005，7，32-33[4]劉湘濤，江世明．單片機原理與應用[M]，北京:電子工業(yè)出版社，2006，7[5]萬福軍．單片微機原理系統(tǒng)設計與應用[M]，中國科學技術大學出版社，2005，5[6]胡輝．單片機原理及應用設計[M]，中國水利水電出版社，2005，10[7]繆學勤．解讀IEC61158第四版現(xiàn)場總線標準[J]，儀器儀表標準化與計量，2007，3，1-4[8]劉藝，徐大琴．嵌入式系統(tǒng)設計大學教材[M]，人民郵電出版社，2008，12[9]張迎新，雷文．C8051F系列SOC單片機原理及應用[M]，國防工業(yè)出版社，2005，12[10]官晟．張杰.微機主從通信系統(tǒng)多232口連接電路設計[J]，微計算機信息，2005，4，10-16[11]董春霞，張勝利．I2C總線技術及其在智能儀表中的應用[J]，2008，4，24-26[12]何立民，I2C總線應用系統(tǒng)設計[M]，北京航空航天大學出版社，2005，5[13]潘新民，王燕芳．單片機微型計算機實用系統(tǒng)設計[M]，人民郵電出版社，2009，7[14]陽憲惠．現(xiàn)場總線技術及其應用[M]，清華大學出版社，2007，9[15]楊振江．A/D，D/A轉換器接口技術及實用線路[M]，西安電子科技大學出版社，2003，8[16]張毅剛．MCS-51單片機應用設計[M]，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2011，6[17]張毅剛．基于單片機的數(shù)據(jù)采集[J]，哈爾濱工業(yè)大學學報，2007，4，35-38[18]MicrochipTechnologyInc.PIC16C5XEPROM/ROM-Based8-bitCMOSMicrocontrollerSeries[EB/OL]，PhilipsSJA1000——Stand-aloneCANController,DATASHEET，2007，8[20]PhilipsPCA82C250CANControllerInterface,DATASHEET，2007，11致謝大學生活隨著畢業(yè)設計的完成也將要結束，我思緒萬千?；叵氪髮W四年的生活我要感謝的人太多太多，我的父母，我的老師，我的同學。是你們不斷的支持和鼓勵才讓我的大學四年的生活如此繽紛多彩。感謝所有的老師們，是你們的努力讓我們嵌入式系統(tǒng)工程系不斷的壯大和成長。畢業(yè)在即我希望各位老師原諒我以前做過的不夠好的事情