單片機；噪音檢測；紅外檢測；報警裝置

PAGEPAGEI哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）I-摘要在我們生活中，噪音總是無處不在，它對我們的生活會造成一定的影響，而大部分是人為原因造成的，例如大聲打電話，使用噪音大的設(shè)備，這些都會對我們的生活和工作產(chǎn)生影響，同時也會影響人們的情緒和身心健康，因此，人們希望通過某些裝置來檢測噪音，并減小噪音，實現(xiàn)對人員的控制和噪音的控制。為了滿足特定的需求，利用單片機技術(shù)和傳感器技術(shù)實現(xiàn)一種智能檢測噪音的系統(tǒng)，最大程度的為人們帶來舒適的環(huán)境。本課題研究一種基于單片機的噪音檢測報警控制系統(tǒng)，首先通過紅外探測器檢測是否有人進(jìn)入到噪音控制區(qū)域，如果有人進(jìn)入，則系統(tǒng)啟動噪音檢測模式一，通過噪音檢測裝置對進(jìn)入?yún)^(qū)域的人進(jìn)行噪音檢測，如果發(fā)出較大的噪音，則通過報警裝置提醒進(jìn)入?yún)^(qū)域的人減小聲音，同時顯示出當(dāng)前哪個區(qū)域有人員進(jìn)入，工作人員可以通過顯示器來知道噪音比較大的區(qū)域，及時的做出調(diào)整，并將各個噪音檢測點通過無線連接起來，形成一個小型的噪音檢測網(wǎng)絡(luò)，而且所有檢測點的數(shù)據(jù)都會匯聚監(jiān)控主機上，通過顯示器可以將重要的信息顯示出來，這樣一來，即節(jié)省了人力又降低了噪音污染。關(guān)鍵詞：單片機；噪音檢測；紅外檢測；報警裝置AbstractNoiseisalwaysubiquitousinourlife,anditwillhaveacertainimpactonourlife,butmostofitiscausedbyhumanfactors,suchasloudtelephonecalls,theuseofnoisyequipment,whichwillhaveanimpactonourlifeandwork,butalsoaffectpeople'semotionalandphysicalandmentalhealth.Therefore,peoplehopetodetectnoisethroughsomedevices.Andreducenoise,toachievethecontrolofpersonnelandnoisecontrol.Inordertomeetthespecificneeds,akindofintelligentnoisedetectionsystemisrealizedbyusingsingle-chipcomputertechnologyandsensortechnology,whichcanbringpeopleacomfortableenvironmenttothegreatestextent.Thispaperstudiesanoisedetectionandalarmcontrolsystembasedonsinglechipcomputer.First,theinfrareddetectorisusedtodetectwhethersomeonehasenteredthenoisecontrolarea.Ifsomeonehasentered,thesystemstartsthenoisedetectionmode1.Thenoisedetectiondeviceisusedtodetectthenoiseofthepeopleenteringthearea.Ifalargernoiseisemitted,thepeopleenteringtheareaareremindedbythealarmdevice.Reducevoice,andshowwhichareaiscurrentlyoccupiedbypeople.Workerscanknowthenoisyareathroughthedisplay,maketimelyadjustments,andconnecteachnoisedetectionpointthroughwirelessconnectiontoformasmallnoisedetectionnetwork.Moreover,allthedataofthedetectionpointswillbegatheredonthemonitoringhost,throughthedisplaycanbeimportant.Theinformationisdisplayed,whichsavesmanpowerandreducesnoisepollution.Keywords：SingleChipMicrocomputer;NoiseDetection;InfraredDetection;AlarmDevice

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3課題的設(shè)計目標(biāo) 21.4課題研究的主要內(nèi)容 3第2章系統(tǒng)設(shè)計與方案論證 52.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計 52.2主控芯片的選擇 62.3傳感器的選擇 72.3.1噪音檢測傳感器的選擇 72.3.2人員檢測傳感器的選擇 82.4轉(zhuǎn)換芯片的選擇 92.5顯示模塊的選擇 102.6通信模塊的選擇 112.7系統(tǒng)電源的選擇 12本章小結(jié) 12第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 133.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計 133.2傳感器電路設(shè)計 143.2.1噪音檢測傳感器的選擇 143.2.2紅外檢測電路設(shè)計 153.3信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 163.4顯示電路設(shè)計 163.5通信電路設(shè)計 173.6輔助電路設(shè)計 183.6.1報警電路設(shè)計 183.6.2按鍵電路設(shè)計 183.6.3電源電路設(shè)計 19本章小結(jié) 20第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 214.1系統(tǒng)主程序設(shè)計 214.2A/D噪音采集程序設(shè)計 224.3按鍵檢測子程序設(shè)計 234.4顯示子程序設(shè)計 244.5報警子程序設(shè)計 25本章小結(jié) 25第5章系統(tǒng)實物調(diào)試 265.1硬件調(diào)試 265.2軟件調(diào)試 27本章小結(jié) 28結(jié)論 29致謝 30參考文獻(xiàn) 31附錄一電路圖 32第1章緒論1.1課題背景及意義近些年我國的科技水平和工業(yè)水平都得到了提高，但是，污染的治理能力無法跟上進(jìn)步的步伐，導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重，水污染，光污染，噪音污染都伴隨在我們的生活中，且噪音污染對我們的工作和學(xué)習(xí)會產(chǎn)生很大的影響，噪音污染也日益嚴(yán)重，綠化的減少，車輛和各種設(shè)備的增加，都會導(dǎo)致噪音的增加，并且噪音污染也已經(jīng)成為我們生活中常見的污染源，噪聲成為干擾人們?nèi)粘Ｉ畹膯栴}之一，根據(jù)相關(guān)人員的調(diào)查，我國對噪音污染的不滿度逐年增加，并且對噪音污染的投訴是眾多污染投訴中的最多的，因為噪音污染太常見的，以至于我們的身邊隨時都會有噪聲污染，在圖書館里的大聲喧嘩，建筑工地的作業(yè)，機器設(shè)備發(fā)出的運行聲音等等，這些都是影響我們生活的噪音源，因此，噪音污染是伴隨我們身邊且隨時會發(fā)生的。為了我們的生活能夠更健康更舒適，對噪音污染的治理就亟待解決。噪音污染與其他的環(huán)境污染相比區(qū)別很大，首先噪音污染并沒有實際的有害物質(zhì)，不會通過空氣進(jìn)行傳播，其次，噪音的污染是短暫的，噪音的圓頭停止發(fā)出噪音，則噪音污染就會停止，噪音污染要想從源頭治理難度很大，一般情況下噪音的產(chǎn)生是伴隨著生產(chǎn)或者生活而來的，如果停止噪聲源也意味著停止生產(chǎn)，這樣將會對發(fā)展帶來不利的影響，因此，盡量的降低噪聲對我們生活和工作的影響就十分重要，通過特定的裝置來檢測噪聲的大小。我們大部分的時間都會待在辦公室、圖書館和學(xué)校的課堂，這些地方需要保持安靜，否則會影響人們的狀態(tài)，通常30～40分貝是較理想的安靜環(huán)境，超過50分貝會影響休息，70分貝會影響正常的工作和學(xué)習(xí)，如果長時間處于80分貝的環(huán)境中，噪音會影響人們的聽力，從而引發(fā)大腦內(nèi)的神經(jīng)衰弱，高血壓等，超過150分貝，則會導(dǎo)致雙耳短暫的沒有聽力，嚴(yán)重的會導(dǎo)致耳膜破裂，因此，要保證這些區(qū)域的正常運行，要將噪音保持在30-50分貝，因此光憑借原則治理是無法取得成效的，需要通過結(jié)合現(xiàn)代的科技，通過裝置來對噪音進(jìn)行檢測和控制，而且噪音的測量和控制也逐漸的收到重視，為此設(shè)計一種簡單便攜的噪音信號采集裝置，實現(xiàn)對噪音監(jiān)控的目的，自動噪音監(jiān)測采集點將監(jiān)測數(shù)據(jù)和采集設(shè)備運行情況、現(xiàn)場噪音數(shù)據(jù)的實時采集，現(xiàn)場檢測的噪音數(shù)據(jù)通過智能終端內(nèi)部的程序設(shè)定可以直接發(fā)出報警提示，通過這種主動的方式實現(xiàn)隨時隨地匯報現(xiàn)場噪音信息，有力控制噪音的違規(guī)事件的發(fā)生，達(dá)到凈化城市聲環(huán)境的目的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對噪音的研究比較早，在工業(yè)化進(jìn)程中，國外的工業(yè)化程度更高，雖面臨的噪音問題更嚴(yán)重，因此他們研制出噪音檢測系統(tǒng)，通過這種裝置可以實時的對噪音進(jìn)行檢測，這種裝置可以在白天對環(huán)境的噪聲進(jìn)行檢測，還可以對夜間的噪聲進(jìn)行檢測，并將噪聲的強度檢測出來，因此檢測到的噪聲數(shù)據(jù)都是連續(xù)的，而且檢測的十分精準(zhǔn)。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，噪音檢測技術(shù)的成熟，一些研究人員將噪音的研究分為多個方向，其中包括不固定噪音自動檢測系統(tǒng)前提下，實現(xiàn)噪音的準(zhǔn)確定位，提高系統(tǒng)的檢測精度以及響應(yīng)時間，另一個方向是早噪音中獲取更多的有用數(shù)據(jù)來及支持噪音分析，例如21世紀(jì)初，KenjiFuji團隊對各種類型的噪音源進(jìn)行分析模型的建立，并在這一套模型的基礎(chǔ)上，利用噪音自動檢測系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)就能判斷出產(chǎn)生這些噪音的聲源類型，這對防治噪音污染有重要意義。JinYongJeon等人使用多重回歸分析方法，建立了把多種不同類型的單個聲源結(jié)合在一起綜合評定噪音強弱的模型。另一研究方向是如何降低噪音自動檢測的成本，SilviaSantini等人正在研究是否可以使用普通手機的聽筒來對環(huán)境噪音進(jìn)行自動檢測。整合目前的研究成果，他們得出的結(jié)論是，通過編寫一些在手機上可以應(yīng)用的噪音處理軟件，便可以把手機聽筒作為噪音檢測的終端，且效果并不比專業(yè)聲級計差。這項研究成果如能投產(chǎn)，將大大促進(jìn)噪音自動檢測事業(yè)的發(fā)展。至今為止，我國在噪音自動檢測方面的研究主要集中在研究城市噪音的組成；如何優(yōu)化噪音自動檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；如何合理安排噪音自動檢測系統(tǒng)各檢測點的設(shè)定；如何用最少的時間有效測定噪音值；如何整合處理噪音檢測系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)。我國初步建立了一套完整的環(huán)境噪音檢測系統(tǒng)，具備了對環(huán)境噪音進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測的能力，但與發(fā)達(dá)國家相比存在一定差距，2005年兆華電子研制出CRY系列噪聲檢測儀可以實現(xiàn)對環(huán)境噪音的檢測，祥瑞檢測中心研發(fā)的噪音檢測裝置等。1.3課題的設(shè)計目標(biāo)本課題主要研究以噪音傳感器和紅外傳感器為核心的噪音報警系統(tǒng)，保證一些區(qū)域不被噪音所污染。在一些區(qū)域，噪音會影響人們的正常工作和學(xué)習(xí)，但是無法實現(xiàn)對噪音的有效控制，如果投入人力進(jìn)行管制，效果不好而且成本較高，如果使用噪音檢測裝置就可以實現(xiàn)對噪音的檢測，同時有效的降低噪音的影響，通過裝置實現(xiàn)噪音的自動檢測和報警控制，實現(xiàn)對檢測區(qū)域降低噪音的作用，因此將單片機，噪音傳感器，紅外傳感器等結(jié)合，實現(xiàn)噪音檢測報警的目的。首先紅外傳感器利用人體所發(fā)出的法外波來判斷當(dāng)前區(qū)域是否有人，如果有人擇對該區(qū)域進(jìn)行噪音的檢測。利用熱釋電紅外傳感器的特性來建立噪音檢測報警系統(tǒng)，通過其對某些區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)個有人入侵這個區(qū)域的時候，熱釋電紅外傳感器會接收到紅外線波，然后觸發(fā)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路將一個高電平發(fā)送給上位機，上位機接收到高電平后，就會認(rèn)為當(dāng)前區(qū)域有人進(jìn)入，然后在控制噪音傳感器對噪音進(jìn)行實時的檢測，傳統(tǒng)的噪音監(jiān)控系統(tǒng)比較復(fù)雜，而本系統(tǒng)通過無線將各個子監(jiān)控節(jié)點連接起來，形成一個有效、大面積的噪音檢測報警網(wǎng)絡(luò)，并通過一監(jiān)控終端對這些檢測節(jié)點連接起來，實現(xiàn)對各個區(qū)域的總體把控，很大程度上節(jié)約成本，同時還可以及時的反饋各個監(jiān)控區(qū)域的情況，通過這個系統(tǒng)可以節(jié)省很多的人力，操作人員通過上位機的顯示器可以直觀的了解各個區(qū)域的實時狀況，通過總線的方式可以很大程度上的增加傳輸距離，增強可靠性，因此本系統(tǒng)更適合對某些區(qū)域的噪音監(jiān)測。1.4課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的基本內(nèi)容是設(shè)計一個適用于辦公環(huán)境的噪音檢測系統(tǒng)，完成對辦公環(huán)境中噪音強度的測量，通常這種環(huán)境的分貝不超過80db為舒適值。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能包括：噪音測量，無線傳輸，人員檢測，顯示噪音值，超限報警等。為了實現(xiàn)對噪音強度的測量和傳輸，本系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端兩個部分，以下將分別介紹這兩個子系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)和所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。發(fā)送端使用噪音傳感器對辦公環(huán)境中的某個區(qū)域噪音強度進(jìn)行不間斷測量，將噪音強度轉(zhuǎn)化為一個能夠代表其大小的電量值，經(jīng)放大器電路放大以便進(jìn)行后期處理，再使用AD轉(zhuǎn)化器對噪音傳感器所采集的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將數(shù)字量發(fā)送給單片機，單片機將該數(shù)字量通過無線傳輸模塊傳輸給上位機，上位機的液晶顯示器將顯示噪音強度并實現(xiàn)與人的交互，無線傳輸模塊將單片機送來的一組一組代表噪音強度的數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送出去。接收端不間斷的檢測和接收來自發(fā)送端的信號，經(jīng)過處理后將代表噪音強度的數(shù)值傳送給接收端的單片機，單片機首先判斷其大小是否超過預(yù)定值，若超過便啟動報警器，并將其值在液晶顯示器上顯示，若沒有超過，便只顯示而不報警，系統(tǒng)包括以下幾點功能。（1）通過噪音傳感器測量噪音強度，通過放大點電路放大模擬信號，并通過AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換、輸出范圍為0~5V的模擬電壓值代表噪音強度；（2）通過紅外傳感器檢測某區(qū)域是否有人，如果有人進(jìn)行噪音檢測，如果超過設(shè)定的80db報警值則發(fā)出報警；（3）通過LORA無線傳輸模塊實現(xiàn)多對一的數(shù)據(jù)傳輸，各個節(jié)點向匯聚節(jié)點發(fā)送區(qū)域數(shù)據(jù)；（4）監(jiān)控終端將各檢測區(qū)域的噪音數(shù)據(jù)顯示出來，并通過報警提示管理員哪些區(qū)域噪音較大。第2章系統(tǒng)設(shè)計與方案論證通過系統(tǒng)的設(shè)計方案與論證選擇適合于噪音檢測報警系統(tǒng)的傳感器，轉(zhuǎn)換電路，以及系統(tǒng)中所使用的各類模塊等，通過方案論證進(jìn)行器件和模塊的選型，實現(xiàn)對系統(tǒng)的初步組建。2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計系統(tǒng)通過器件和模塊的組合實現(xiàn)對辦公環(huán)境噪音的檢測，噪音檢測系統(tǒng)主要由噪音傳感器檢測裝置、遠(yuǎn)程監(jiān)測終端2個部分構(gòu)成。將噪音檢測報警系統(tǒng)安裝在辦公區(qū)域內(nèi)，例如會議室、辦公室等，在這些地方安裝多個噪音檢測點，可以幫助減少辦公室噪音污染，提高人們的工作效率以及工作環(huán)境。本系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端兩部分，發(fā)送端子系統(tǒng)包括噪音數(shù)據(jù)采集模塊、人體紅外檢測模塊、單片機控制模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；接收端子系統(tǒng)包括單片機控制模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、數(shù)據(jù)接收模塊。前端的噪音通過噪音傳感器和放大電路的噪音傳感器模塊完成對噪音值的測量，前端的噪音監(jiān)測裝置對區(qū)域的噪音強度進(jìn)行檢測，當(dāng)區(qū)域噪音強度超出預(yù)定值時，啟動報警器，如果有人進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域，系統(tǒng)會通過人體紅外裝置識別出來，并啟動對環(huán)境的監(jiān)測，如果進(jìn)入到此區(qū)域的人大聲喧嘩或者制造噪音，超過指定的分貝，系統(tǒng)就會發(fā)出報警，提醒人員保持安靜。噪音監(jiān)測裝置分布于各個區(qū)域，同時各個裝置還可以通過無線的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控端，監(jiān)控端對各個區(qū)域進(jìn)行檢測，并在顯示器上劃分出檢測裝置對應(yīng)的區(qū)域，一旦某區(qū)域超過設(shè)定，則顯示器上該區(qū)域的顯示變成紅色。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖噪音檢測報警系統(tǒng)的主控部分是由單片機組成的，AT89S51最小系統(tǒng)由電源，單片機，晶振電路，復(fù)位電路等組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控制，主機在系統(tǒng)中的主要作用是處理傳感器數(shù)據(jù)，然后通過無線模塊發(fā)送給遠(yuǎn)程終端，在系統(tǒng)中，前端發(fā)送來的數(shù)據(jù)有噪音數(shù)據(jù)，人員數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)，例如當(dāng)系統(tǒng)檢測到區(qū)域3出現(xiàn)了噪音超標(biāo)，則遠(yuǎn)程監(jiān)測終端就可以通過液晶來知道區(qū)域3的狀態(tài)，如果在所監(jiān)控的區(qū)域有人員進(jìn)入，則系統(tǒng)會開啟對該區(qū)噪音的檢測，如果噪音超標(biāo)，單片機則通過報警裝置進(jìn)行報警，然后通過液晶顯示當(dāng)前報警的區(qū)域，噪音測量電路由模擬量輸出的傳感器組成，它的信號無法直接傳遞給單片機，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換在發(fā)送給單片機，并將噪音強度顯示出來。在本次設(shè)計中，噪音傳感器置于前端，檢測到有人進(jìn)入到此區(qū)域后開始噪音檢測，噪音傳感器采用駐極體進(jìn)行噪音的手機，但是駐極體輸出的信號為模擬信號，因此需要通過A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，駐極體、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路共同組成噪音模塊，通過這種裝置，實現(xiàn)了特定區(qū)域的噪音監(jiān)測。2.2主控芯片的選擇方案一：采用AT89S51單片機作為主控芯片。它常用于簡單的嵌入式系統(tǒng)中，可以滿足大部分中低端設(shè)備的要求，它有2個內(nèi)部定時器，一個串口，可以存256K字節(jié)的程序，還有復(fù)用功能的IO口，在眾多產(chǎn)品中脫穎而出，相對其他系列的單片機而言，51單片機的運行穩(wěn)定，性價比高，開發(fā)難度小。方案二：采用MEGA168單片機。這種單片機是8位的單片機，而且芯片內(nèi)配置8位寄存器，相對于其他類型的單片機來講，性價比很高，內(nèi)部有32個通用寄存器，16K的flash，可以通過ISP的方式下載程序，操作簡單，同時AVR單片機的處理能力也增強了很多，但是相對來講，開發(fā)的周期較。方案三：采用DSP單片機，DSP單片機又稱為數(shù)字信號處理器，是數(shù)字信號進(jìn)行處理和運算的一種單片機，它的功能十分強大，可以進(jìn)行浮點運算等，它還可以實現(xiàn)數(shù)字濾波，傅里葉變換等操作，也可以像單片機一樣進(jìn)行IO控制和數(shù)據(jù)處理顯示，但是價格較高，不好掌握。經(jīng)過方案論證，AT89S51適合于噪音檢測系統(tǒng)，AT89S51單片機比較常用，其穩(wěn)定性得到了肯定，而本設(shè)計中需要將傳感器布置多個區(qū)域，需要很多的節(jié)點，因此從成本和維護(hù)的角度來考慮，51單片機更適合本系統(tǒng)，開發(fā)難度也較小，可以實現(xiàn)本課題的所有要求。1.芯片介紹：AT89S51單片機內(nèi)部的存儲器有4K字節(jié)的空間，而且可編程、擦除，電壓低、性能好，采用CMOS電平，是現(xiàn)在流行的8位微處理器。它的內(nèi)部的只讀存儲器連續(xù)擦除后，只能擦除100次左右。不同作用的功能電路被集成在8位的CPU內(nèi)部，而且內(nèi)部還帶有存儲器，存儲器被嵌入到芯片中。STC89C51是效率很高的8位的微型控制器。這種STC89C51單片機在應(yīng)用中為很多的嵌入式系統(tǒng)的用戶提供了合理、高效，性價比很高的方案。2、芯片主要特性：（1）完全可以兼容51系列單片機各種指令。（2）內(nèi)部有4KB的FLASH存儲器。（3）可以反復(fù)擦寫程序次數(shù)達(dá)1000次，內(nèi)部數(shù)據(jù)可長時間保留。（4）標(biāo)準(zhǔn)的工作電壓：4.0-5.5V之間均可以。（5）完全的靜態(tài)穩(wěn)定工作的頻率范圍：0HZ-33MHz。（6）內(nèi)部有128×8B的RAM，4×8個I/O口，T0和T1兩個16位的定時器/計數(shù)器，而且內(nèi)部還帶有5個中斷。（7）空閑工作狀態(tài)和掉電工作狀態(tài)：單片機使用的是內(nèi)部的振蕩器和時鐘計數(shù)電路。2.3傳感器的選擇系統(tǒng)包含兩種傳感器，一種是用于檢測人員的紅外傳感器，一種適用于檢測噪音的傳感器，根據(jù)系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行方案論證，選擇合適的傳感器。2.3.1噪音檢測傳感器的選擇方案一：采用HS5628型積分聲級計，它是一種基本的噪音測量儀，可以將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，可以對不同頻率的聲音進(jìn)行采集，而且聲級計對傳感器的要求不高，但是動態(tài)范圍比較小，一般內(nèi)部不帶濾波電路，但是靈敏度較高，采集信號速度快。方案二：采用電容駐極式無指向性MIC，駐極體由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換通過駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層金屬薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。在駐極體話筒中，有一只場效應(yīng)管做預(yù)放大。方案三：采用BR-ZS3噪音監(jiān)測儀，噪音監(jiān)測儀可以對噪音進(jìn)行收集，由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號加到網(wǎng)絡(luò)，然后將信號放大，送到有效值檢波器。通過方案論證，我們選擇電容駐極式無指向性MIC作為系統(tǒng)的噪音檢測傳感器，電容駐極式MIC的靈敏度高，檢測半徑大，可以很好的對聲音進(jìn)行收集，但是它的輸出信號為模擬信號，需要對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后通過單片機對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到實際的噪音信號，電容駐極式MIC需要通過濾波電路進(jìn)行信號的整形，通過整形電路輸出變化的直流電壓到轉(zhuǎn)換芯片。2.3.2人員檢測傳感器的選擇方案一：采用超聲波傳感器檢測人員，它的優(yōu)點是可以對任何物體進(jìn)行檢測，超聲波傳感器是利用超聲波來進(jìn)行檢測的，它可以通過發(fā)射端打出超聲波，超聲波撞到物體后反彈回來，接收模塊在對超聲波進(jìn)行接收，然后單片機根據(jù)前后兩次的時間差來計算距離，這種方法比較適合對距離的測量，如果用在系統(tǒng)中對人員進(jìn)行監(jiān)控略顯不足。方案二：采用SR602人體紅外傳感器，人體紅外傳感器是利用人體所發(fā)出的紅外線光來進(jìn)行檢測，這種傳感器采用了先進(jìn)的紅外探頭，可以直接檢測紅外光波，到人進(jìn)入奧它的檢測范圍后，它的電平就會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，向單片機發(fā)送電平信號，它的可靠性強，功耗低，便于安裝。方案三：通過光電對管來檢測，在需要檢測的區(qū)域安裝光電對管，當(dāng)人經(jīng)過時，會擋住光電對管，這時就認(rèn)為有一個人經(jīng)過，但是相對而言，這種方式的效率過低，還會因為人員密度大導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確。根據(jù)方案論證，我們選擇用人體紅外傳感器，它的檢測范圍大，準(zhǔn)確性好，價格便宜，通過系統(tǒng)的單片機直接相連就可以接收到數(shù)據(jù)，十分方便。根據(jù)方案論證，我們選擇用人體紅外傳感器，它的檢測范圍大，準(zhǔn)確性好，價格便宜，通過系統(tǒng)的單片機直接相連就可以接收到數(shù)據(jù)，十分方便。1、模塊主要性能：（1）工作電壓4.8-20V；（2）輸出電平高3.3V低0V；（3）延時時間0.5-200秒；（4）感應(yīng)角度<100度錐角。2.4轉(zhuǎn)換芯片的選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片可以對電容駐極式MIC電路輸出的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到實際的噪音大小，通過方案論證選擇適合噪音檢測系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，實現(xiàn)對噪音模擬量的轉(zhuǎn)換。方案一：使用AD7656，它的輸入有兩個通道，體積較小，所占用的IO資源比較少，它的輸入端口既可以作為單個的模擬量輸入，也可以作為差分輸入通道，可以識別出毫伏級別的電壓，轉(zhuǎn)換速度較快，但是缺點是在一些模擬量較多的系統(tǒng)中，輸入端口有些不夠用。方案二：使用ADC0809，這種模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部有8個輸入端，可以一次的對每個端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換，而且精度可以達(dá)到幾百毫伏，相對而言，精度較高，通過與單片機進(jìn)行并行的連接，傳輸速度快，轉(zhuǎn)換精度高，但是需要在轉(zhuǎn)換前進(jìn)行采樣，電路需要的引腳較多。方案三：ADS7869是12位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，每個器件有三個控制輸入端，片選，輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它有高速的轉(zhuǎn)換，通用的控制能力，具有簡化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪音隔離，耐高溫等特點。根據(jù)噪音檢測系統(tǒng)的需求，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換既照顧了轉(zhuǎn)換速度，又有具有一定的精度，根據(jù)系統(tǒng)的需求，ADC0809能滿足要求同時節(jié)省了單片機的I/O資源，性價比高、操作簡單，因此這里選用的是ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。1.芯片重要參數(shù)：（1）芯片工作直流電壓為5C；（2）各個通道的輸入電壓不能大于5V，且不能小于0V，如果不在這范圍內(nèi)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換；（3）采樣的精度可以達(dá)到1/256單位電壓，輸出的數(shù)據(jù)也在整數(shù)之間；（4）最快轉(zhuǎn)換時間為100us；（5）誤差小于等于10mV；（6）可以使用外部的2.5V參考。2.芯片引腳分布：（1）OE：芯片選擇信號；（2）EOC：控制讀取外部轉(zhuǎn)換結(jié)果的信號；（3）START：寫入控制，ADC轉(zhuǎn)換開始后（OE=0時），如果START的電平由高變低，清除數(shù)據(jù)：如果START回到高電平，AD轉(zhuǎn)換重新開始；（4）CLOCK：時鐘輸入或接振蕩元件電阻和電容頻率約限制在100KHZ～1460KHZ，如果使用電阻電容組成的電路，通過公式可推導(dǎo)出振蕩頻率是1/（1.1RC）；（5）ALE：低電平時將發(fā)出中斷請求并發(fā)出信號輸出；（6）IN0-IN07：引腳是模擬電壓的輸入端，當(dāng)輸入端是正電壓時，VIN(-)接地，若使用差動模擬量輸入時，直接連接VIN(+)，VIN(-)兩端；（7）GND：電源地；（8）VREF：參考電壓輸入端；（9）DB0～DB7：為芯片的數(shù)字輸出端；（10）VCC：電源正。2.5顯示模塊的選擇顯示部分是用來顯示噪音大小的模塊，通過單片機的控制可以實現(xiàn)不同模式和數(shù)據(jù)的顯示，下面對顯示模塊進(jìn)行選型。方案一：采用OLED液晶顯示屏，這種屏幕體積小，沒有視覺死角，可以通過IIC和SPI的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，可以顯示漢子，字符等信息，動態(tài)性能比較好，響應(yīng)速度快，功耗低，同時還可以通過指令控制OLED的亮度，對比度，開關(guān)升壓等，操作方便，功能豐富，但是相對來說，大尺寸的OLED價格較貴。方案二：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價格適中，通常有單位數(shù)碼管和多位數(shù)碼管，顏色也比較多，它的原理是通過單片機來點亮內(nèi)部的二極管，從而顯示數(shù)字等信息，它的功耗比較低，單片機可以直接通過IO口來驅(qū)動數(shù)碼管。方案三：采用點陣式數(shù)碼顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列發(fā)光二級管組成，在很多場合可以看到這種顯示方式，可以用多個小點陣組合成一個大的LED顯示屏，它的功耗低，價格便宜，在很多的商場和公共場所都能看見，它可以顯示漢字，數(shù)字等信息，并且有多種的顯示模式，性價比較高。數(shù)碼管更適合顯示數(shù)字信息，在噪音檢測報警系統(tǒng)中，噪音的大小是系統(tǒng)主要的檢測物理量，可以用數(shù)值表示噪音的大小，因此選擇數(shù)碼管更適合于系統(tǒng)數(shù)字量的顯示，它內(nèi)部由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管（a～g）作為7段筆畫組成“8”字結(jié)構(gòu)，剩下的1個發(fā)光二極管（h或dp）組成小數(shù)點。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，就能夠顯示出所示的“0～9”10個數(shù)字和“A～F”6個字母，還能夠顯示小數(shù)點，可用于2進(jìn)制、10進(jìn)制以及16進(jìn)制數(shù)字的顯示，使用非常廣泛。2.6通信模塊的選擇通訊電路是用來傳遞數(shù)據(jù)，發(fā)送指令的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對與上位機的信息傳遞，使系統(tǒng)更加靈活。方案一：采用RS485通信模塊，它具有很強的抗共模干擾的能力，通過雙絞線與其他設(shè)備連接，可以很好地抵抗干擾。通過硬件電路和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的配合，使系統(tǒng)的通訊準(zhǔn)確。可與多個單片機構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)，且硬件電路簡單，速率快，性價比高。方案二：采用GSM模塊進(jìn)行通信，GSM模塊必須使用SIM卡，GSM模塊能遠(yuǎn)距離傳輸，效果很好，可以直接與手機進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和通信，實時的將各種所需數(shù)據(jù)發(fā)送至手機上，同時還可以通過手機對下位進(jìn)行一些簡單的控制，局限性較小且性價比較高。方案三：采用SX1278模塊，它是高頻段的無線LORA模塊，使用串口低速總線，只需要簡單的指令就可以控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程互通，它的優(yōu)點在于短距離的傳輸速度快，價格低，可以實現(xiàn)大規(guī)模的布局，功耗低，模塊集成度高。將噪音檢測報警裝置實現(xiàn)大面積的覆蓋必須要使用高效、便捷的通信方式，通過無線模塊可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，將各個檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送到一個終端中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測，非常的方便，同時也可以實現(xiàn)多個檢測點對應(yīng)一個監(jiān)測點，省去了有線傳輸?shù)穆闊?，方便系統(tǒng)進(jìn)行各個區(qū)域的檢測。1.芯片主要特性：（1）使用頻段在433MHz之間；（2）發(fā)射的功率低；（3）具有定點傳輸、透明傳輸和空中喚醒功能；（4）接收靈敏度高達(dá)-130dBm，傳輸距離8000米；（5）自動中繼、連續(xù)傳輸；（6）最大發(fā)射功率約30dBm（約1W）。2.芯片引腳說明：（1）MD0、MD1：工作狀態(tài)選擇；（2）RXD、TXD：串口輸入串口輸出；（3）AUX：運行狀態(tài)指示接口；（4）VCC、GND：模塊電源輸入端；2.7系統(tǒng)電源的選擇電源電路是對系統(tǒng)提供電能的電路，是系統(tǒng)獨立的一部分，通常有幾個方案可供選擇。方案一：采用MP1584EN成品的電源DC-DC模塊，這種模塊很成熟，可以提供穩(wěn)定的電壓，模塊內(nèi)部還集成了保護(hù)電路，可以對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，同時這種模塊的效率很高，可以提供很穩(wěn)定的電壓。方案二：采用LM78系列線性電源電路，線性電源電路是常見的供電電路，由其在嵌入式系統(tǒng)中，經(jīng)常為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓，它的電路結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定，而且有多種型號的芯片，例如LM7815、LM7812、LM7805等等，通過簡單的電容和變壓器就可以將常用的交流電轉(zhuǎn)換成5V的直流電。方案三：采用LM2930T芯片來進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換，LM3596的輸入電壓寬，可以通過電阻來調(diào)節(jié)輸出的電壓，再通過電容來進(jìn)行濾波，輸出穩(wěn)定的電壓，相對于其他的穩(wěn)壓芯片，LM3596更加靈活，輸入電壓和輸出電壓可調(diào)，但是需要的外圍器件比較多，對于一些簡單的系統(tǒng)來講，結(jié)構(gòu)越簡單，系統(tǒng)越穩(wěn)定。通過方案論證，我們選用線性電源，這種電源幾個便宜，穩(wěn)定可靠，通過220V市電經(jīng)過變壓器變成9V的交流電，9V的交流電經(jīng)過整流橋變成9V的直流電，直流電經(jīng)過極性電容和無極性電容的濾波后輸出穩(wěn)定的9V直流電，直流電經(jīng)過LM7805后變成5V的直流電，5V直流電用于給設(shè)計中的單片機進(jìn)行供電，這種線性電路可以很好的屏蔽外部干擾，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。本章小結(jié)本章首先介紹了各個電路的方案論證，包括系統(tǒng)方案論證，器件和模塊的方案論證，通過方案論證實現(xiàn)系統(tǒng)的選型，其次分析了系統(tǒng)的功能，相較于其它系統(tǒng)而言，本次設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，最后通過單片機最小系統(tǒng)和外圍電路實現(xiàn)了不同信息的顯示。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)硬件電路設(shè)計主要對系統(tǒng)所用到的外圍電路進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試，包括電路的核心單片機最小系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示和傳感器電路、按鍵電路、電源電路等，通過這些電路實現(xiàn)人員檢測噪音檢測等。3.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計在噪音檢測報警系統(tǒng)中，微處理器控制傳感器電路、數(shù)碼管顯示電路等電路實現(xiàn)噪音檢測和顯示功能，通過對單片機進(jìn)行編程，實現(xiàn)不同的工作狀態(tài)，但前提是基于單片機的硬件最小系統(tǒng)上，所以單片機的最小系統(tǒng)是噪音檢測報警系統(tǒng)的核心部分，單片機通過連接、控制其他硬件部分的電路來實現(xiàn)設(shè)計的目標(biāo)，也正是通過單片機的控制，才使系統(tǒng)更加智能化，單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示。圖3-1AT89S51最小系統(tǒng)電路圖（1）復(fù)位電路：它包括220uF的電解電容和10K的電阻，以及彈性按鍵組成，電容的作用是對電能進(jìn)行充放電，當(dāng)有按鍵按下時，電路對電容進(jìn)行充電，并通過電阻進(jìn)行分流，如果系統(tǒng)復(fù)位，需要將復(fù)位引腳保持12個機器周期以上的高電平才可以使單片機復(fù)位，因此，通過電阻和電容組合成RC振蕩電路，當(dāng)按鍵按下后，通過振蕩電路使RST引腳上能夠產(chǎn)生兩個機器周期以上的高電平，這樣單片機就可以通過按鍵來實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位，復(fù)位電路如圖3-2所示。圖3-2復(fù)位電路（2）時鐘振蕩電路：晶振的輸入引腳為電路的脈沖信號輸入引腳，通過外部的晶振和電容為單片機提供脈沖信號，單片機根據(jù)脈沖信號來進(jìn)行計時等功能，晶振的內(nèi)部含有振蕩器，當(dāng)晶振上電后，振蕩器開始工作，通過電容的充放電的作用下，產(chǎn)生一定周期的脈沖信號，單片機再根據(jù)脈沖信號進(jìn)行工作，通常電容的大小為22PF，晶振的大小為12MHz，通過晶振的頻率可以計算出單片機的內(nèi)部定時器計時一個數(shù)字所用的時間，晶振電路如圖3-3所示。圖3-3時鐘振蕩電路3.2傳感器電路設(shè)計3.2.1噪音檢測傳感器的選擇在噪音檢測系統(tǒng)中使用電容駐極式無指向性MIC作為噪音的采集裝置，MIC的內(nèi)部的電容小電阻大，需要經(jīng)過放大電路對信號進(jìn)行放大，放大器選用三級管8014構(gòu)成的放大電路，通過MIC和放大電路實現(xiàn)對噪音的檢測，電路如圖3-4所示。圖3-4噪音采集傳感器電路圖當(dāng)有聲音傳入高靈敏度電容式駐極體話筒時，話筒兩端的電量發(fā)生改變，經(jīng)過電容器C2和R6的作用加到晶體三級管8014的基極及發(fā)射極之間，從而引起三級管8014基極和發(fā)射極之間的電壓發(fā)生變化，最終使三級管8014集電極的電壓發(fā)生變化，由于三級管的放大作用，所以集電極的電壓是基極電壓Au倍，最后被放大的信號通過電容器C1加到下一級電路中。3.2.2紅外檢測電路設(shè)計噪音檢測系統(tǒng)中人體紅外檢測電路由人體紅外檢測模塊組成，通過對紅外的檢測來是判斷是否有人入去此區(qū)域，它是一種熱釋電紅外的檢測裝置，這種材料通電后的電壓會隨著噪音的變化而變化，并采用紅外輻射的探頭進(jìn)行輻射檢測，并配和算法濾波，提高了擦傳感器的穩(wěn)定性，熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，在傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)噪音有變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷，環(huán)境噪音穩(wěn)定不變時，傳感器無輸出，當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體噪音與環(huán)境噪音有差別，若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動，則噪音沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測人體或者動物的活動傳感，在噪音檢測系統(tǒng)中檢測是否有人進(jìn)入到檢測區(qū)域，人體紅外檢測傳感器電路如圖3-5所示。圖3-5SR602紅外傳感器電路圖3.3信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計噪音檢測系統(tǒng)中信號轉(zhuǎn)換芯片使用的是ADC0809，它可以將MIC電路發(fā)送來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它的轉(zhuǎn)換速度快精度高，同時可以采集8路的模擬信號，本次是通過其中一路通道采集MIC電路發(fā)出的模擬量，因此未使用的模擬通道不需要外接，內(nèi)部的寄存器會逐次逼近的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過并行接口發(fā)送數(shù)據(jù)至單片機，單片機只能接收數(shù)字量，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖3-6所示。圖3-6模數(shù)轉(zhuǎn)換電路單片機通過控制A/D轉(zhuǎn)換器的地址選擇來選擇需要使用的輸入引腳，A/D轉(zhuǎn)換器也允許所有的輸入通道同時使用，不同時的輸入，這樣一來，可以節(jié)約單片機的引腳，還可以增加模擬量的輸入數(shù)量，可以高效的提高換速度。單片機控制A/D的地址段，輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)來選擇輸入通道，而轉(zhuǎn)換的結(jié)果也可以直接與單片機相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。A、B、C端是多路開關(guān)的地址選擇線之一，當(dāng)輸入低電平時，對電壓信號A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入高電平時，對電流信號A/D轉(zhuǎn)換。START是啟動引腳,通過輸入下降沿啟動單片機的內(nèi)部電路，開始A/D轉(zhuǎn)換。EOC引腳是轉(zhuǎn)換完成輸出線,輸出一個高電平時代表轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為允許輸入輸出線,輸入高電平時把數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)總線，啟動A/D轉(zhuǎn)換器可用指令，然后在與單片機相連，最終實現(xiàn)模擬量的轉(zhuǎn)換。3.4顯示電路設(shè)計噪音分貝的顯示使用的是數(shù)碼管顯示電路，4位一體數(shù)碼管可以顯示999到0噪音分貝值，精度可以實現(xiàn)1分貝的動態(tài)顯示，由于單片機的驅(qū)動能力有限，直接驅(qū)動數(shù)碼管會導(dǎo)致數(shù)碼管顯示的亮度很低，因此需要通過驅(qū)動電路來增強驅(qū)動能力，數(shù)碼管顯示電路如圖3-7所示。圖3-7數(shù)碼管顯示電路圖74HC573是電路的鎖存器，單片機將數(shù)據(jù)鎖存在芯片內(nèi)，當(dāng)單片機的IO口復(fù)用功能時，數(shù)碼管仍能顯示數(shù)據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)顯示，OE和LE是它的控制端，ULN2803是一個電流放大芯片，內(nèi)部是有三極管組成的放大電路，可以通過TTL電平和CMOS電平直接連接，目的是為了增強單片機的IO口的驅(qū)動能力，然后再與74HC573相連接，驅(qū)動數(shù)碼管數(shù)字“8”的每一個小段，數(shù)碼管的段選控制端與ULN2803的輸出端相連接。IN1-IN8是它的輸入端，OUT1到OUT8是它的輸出端，輸出端再與數(shù)碼管的段選相連接。數(shù)碼管的D1到D4時數(shù)碼管的位選控制端，由單片機的IO口直接控制。最后單片機通過程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成段選信號，再經(jīng)過鎖存器和驅(qū)動器來驅(qū)動數(shù)碼管顯示噪音。3.5通信電路設(shè)計在噪音檢測報警系統(tǒng)中，使用LORA無線通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳遞，首先通過配置MD0和MD1來進(jìn)行模式的配置，然后再通過單片機的串口RXD和TXD進(jìn)行串口通信，通過串口將噪音數(shù)據(jù)發(fā)送放到模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)打包，然后在將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，當(dāng)AUX為低電平時，表示模塊繁忙；當(dāng)AUX輸出高電平約2ms后，表示此時模塊處于空閑狀態(tài)。當(dāng)任意區(qū)域的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，具有相同地址且相同信道的模塊均可同時接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以透明方式發(fā)送和接收，所發(fā)即所收，SX1278無線通信模塊電路圖如圖3-8所示。圖3-8SX1278無線模塊電路圖3.6輔助電路設(shè)計3.6.1報警電路設(shè)計在噪音檢測報警系統(tǒng)中，使用蜂鳴器實現(xiàn)對噪音超標(biāo)的報警，通過按鍵來對噪音的分貝閥值進(jìn)行設(shè)定，如果單片機檢測到某區(qū)域的噪音超過這和設(shè)定的分貝，則單片機控制報警器進(jìn)行報警，報警電路由三極管、蜂鳴器組成，實現(xiàn)對噪音的提示，以便提醒該區(qū)域的人員減小聲音，保持環(huán)境的低噪音，報警電路如圖3-9所示。圖3-9報警電路圖系統(tǒng)采用峰鳴器報警電路，雖然蜂鳴器工作時的電流比較小，只有30mA，但是對于單片機來講，它的輸出能力比較弱，與之連接的IO口的灌電流只有15mA，單片機的IO口電流來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出的聲音會很弱，所以使用晶體管放大電路，增強驅(qū)動能力，蜂鳴器導(dǎo)通發(fā)出報警。3.6.2按鍵電路設(shè)計鍵盤輸入是人機交互界面中重要的組成部分，通過按鍵盤可以設(shè)置噪音的分貝閥值，如果超過這個閥值則進(jìn)行報警，這說明按鍵的作用是很大的，例如當(dāng)K1按下時，觸點閉合單片機的IO口會被拉為低電平，當(dāng)鍵松開時，觸點斷開，單片機的IO口重新恢復(fù)高電平。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應(yīng)的功能處理。因此，相對于單片機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號，按鍵電路圖如圖3-10所示。圖3-10按鍵電路圖按鍵電路的一端與單片機的IO口相連接，另一端與GND相連接，其中R2、R3是按鍵的上拉電阻，按鍵K1和K2與單片機的IO口相連接，它的功能是設(shè)置分貝的上下限，進(jìn)入到設(shè)置模式后，數(shù)碼管會顯示一個數(shù)值，這個數(shù)值可以通過加減按鍵來進(jìn)行設(shè)置，通常將分貝設(shè)置在80db左右，超過這個數(shù)值將影響人們的工作和生活。同時為了不使單片機受到影響，電路中加入了上拉電阻，在按鍵沒有被觸發(fā)時，單片機的I/O口輸入高電平。3.6.3電源電路設(shè)計首先，電路采用220V交流電作為總的輸入電源，220V交流電經(jīng)過變壓器，鍵電壓轉(zhuǎn)換成12V的交流電，12V的交流電經(jīng)過整流橋的作用，把12V的交流電轉(zhuǎn)換成12V的直流電，在變成直流電之前，需要經(jīng)過高低頻的濾波電路，使得電源的輸出更加穩(wěn)定，一般選取無極性電容值為0.1uF，極性電容值選取470uF，經(jīng)過濾波后的12V電壓在經(jīng)過7809芯片，將電壓轉(zhuǎn)換成9V直流電，這是因為如果直接將12V電壓輸入到7805的輸入端，會導(dǎo)致7805過熱，多余的電能以熱的方式發(fā)出，因此，需要在12V和5V之間進(jìn)行降壓，降壓后的電壓在輸入到7805的輸入端，具體電路如圖3-11所示圖3-11電源電路圖本章小結(jié)本章首先對系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，確認(rèn)功能后，選擇合適的外圍電路，包括單片機的最小系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示電路，傳感器電路、無線通信電路、電源電路，通過各個電路之間的協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能，單片機最小系統(tǒng)是課題的控制核心，它是用來處理數(shù)據(jù)和發(fā)出控制信號的電路，傳感器電路用來顯示數(shù)據(jù)等信息，報警電路用來發(fā)出噪音超標(biāo)報警，最后，系統(tǒng)實現(xiàn)了噪音檢測報警系統(tǒng)。

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計本章主要針對噪音檢測報警系統(tǒng)的軟件進(jìn)行框圖設(shè)計，通過對系統(tǒng)整體功能的分析來制作程序框圖，再根據(jù)程序框圖來完成C語言程序的設(shè)計，最終通過各個子程序的結(jié)合，完成整體程序的設(shè)計，并燒錄到單片機中進(jìn)行最后的軟硬件調(diào)試。4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計在噪音檢測報警系統(tǒng)中，單片機燒寫程序后對外圍電路進(jìn)行控制，首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化，對各個子函數(shù)進(jìn)行初始的賦值，然后在根據(jù)主函數(shù)來執(zhí)行系統(tǒng)中對應(yīng)的功能，主程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖噪音檢測報警系統(tǒng)初始化完成后，外圍硬件電路進(jìn)入到初始狀態(tài)，單片機開始執(zhí)行主函數(shù)，通過總線發(fā)送控制指令。主函數(shù)內(nèi)單片機首先控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路控制MIC傳感器對噪音進(jìn)行采集，然后根據(jù)AD芯片發(fā)送來的數(shù)據(jù)量進(jìn)行計算，得到MIC傳感器采集到的噪音值，然后在通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后發(fā)送給單片機，單片機接收到數(shù)據(jù)后，將采集到的分貝值與設(shè)定的分貝值進(jìn)行比較，如果數(shù)值小于設(shè)定的80db分貝值，則單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過IO口發(fā)出的電平來控制數(shù)碼管顯示當(dāng)前的分貝值，如果數(shù)值大于設(shè)定的80db分貝值，則單片機控制報警電路進(jìn)行報警，按鍵是用來設(shè)定分貝值范圍的，通過掃描單片機的IO口來判斷按鍵是否按下，系統(tǒng)的總體工作流程為單片機首先控制前端的MIC傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對噪音進(jìn)行采集，然后根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和顯示，讀取按鍵設(shè)定的80db分貝值，并進(jìn)行對比，系統(tǒng)傳感器啟動的前提是檢測到有人進(jìn)入到檢測區(qū)域，然后在對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，通常在辦公環(huán)境中，不能超過80db，這樣就完成了系統(tǒng)的主要功能。4.2A/D噪音采集程序設(shè)計ADC0809轉(zhuǎn)換程序通過單片機控制實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換，流程圖如圖4-2所示。圖4-2A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖噪音檢測系統(tǒng)接收端到MIC和放大電路采集的模擬量后，單片機控制ADC0809對模擬量進(jìn)行處理，首先單片機控制AD轉(zhuǎn)換芯片的使能端CS=0，使芯片工作，然后通過控制引腳向AD轉(zhuǎn)換芯片發(fā)送命令，AD轉(zhuǎn)換芯片接收到命令后對MIC電路的輸出量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過串行總線發(fā)送轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)給單片機，并判斷轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成，單片機將數(shù)據(jù)顯示出來，并關(guān)閉使能端CS=1，如果未完成則重新發(fā)送控制指令，并讀取數(shù)據(jù)。在對ADC0809程序設(shè)計方面采用子程序調(diào)用形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，提高了程序的操作性和移植性。4.3按鍵檢測子程序設(shè)計按鍵主要是對噪聲的的閥值進(jìn)行設(shè)定，本課題情境下設(shè)置為80db，根據(jù)系統(tǒng)功能，對按鍵進(jìn)行程序設(shè)計，程序框圖如圖4.3所示。圖4.3按鍵檢測子程序框圖系統(tǒng)初始化完畢后，單片機開始對獨立按鍵進(jìn)行掃描，當(dāng)有按鍵按下后，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的程序。首先單片機上電后對I/O口進(jìn)行掃描，當(dāng)單片機檢測到有某個按鍵被按下后，讀取相應(yīng)的鍵值，然后再根據(jù)相應(yīng)的鍵值執(zhí)行相應(yīng)的子函數(shù)，執(zhí)行完子函數(shù)后再回到初始狀態(tài)。在硬件設(shè)計上，按鍵使用的彈性按鍵，因此，在按下按鍵的瞬間，單片機會接收到不規(guī)則的電平，這種電平會導(dǎo)致單片機的誤判，因此需要增加按鍵的延時去抖程序，保證單片機接收到正確的指令。4.4顯示子程序設(shè)計數(shù)碼管在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)實時顯示噪音大小數(shù)據(jù)，用db單位來表示，四位一體的數(shù)碼管可以顯示0-999分貝，其中最后一位顯示D，代表噪音的單位，數(shù)碼管的驅(qū)動信號是通過定時器定時發(fā)出的，定時器工作的基本原理其實就是給初值，讓它不斷加1直至減完為止。單片機發(fā)送兩種號，一種是位選信號，一種是段選信號。位選信號控制單片機對應(yīng)位置的數(shù)碼管使能，只有使能的數(shù)碼管才能被點亮，段選控制數(shù)碼管的段選，通過讀取單片機的IO狀態(tài)來轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，然后通過數(shù)碼管將噪音分貝顯示出來，并在單片機的控制下實時的刷新數(shù)據(jù)，動態(tài)的顯示當(dāng)前噪音的大小。顯示程序子流程圖如圖4.4。圖4.4顯示程序流程圖4.5報警子程序設(shè)計噪音檢測報警系統(tǒng)只有在噪音的數(shù)值超過設(shè)定閥值時才會報警，根據(jù)測試的情況，相應(yīng)區(qū)域的報警裝置被激活。報警子程序是通過單片機來進(jìn)行控制的，首先單片機通過前端的MIC傳感器和判斷裝置進(jìn)行檢測，如果超過系統(tǒng)所設(shè)定的閥值或者出現(xiàn)特殊情況，則系統(tǒng)將會控制報警器進(jìn)行報警，報警子程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5報警子程序流程圖本章小結(jié)本章主要是能通過程序框圖對系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，按照框圖為下一步的程序設(shè)計做好準(zhǔn)備工作，系統(tǒng)主要的部分是噪音的檢測和超值報警，因此從硬件上來講，需要單片機控制來實現(xiàn)外圍電路的控制，因此本章完成單片機對外圍電路的控制和噪音的檢測等程序設(shè)計。第5章系統(tǒng)實物調(diào)試5.1硬件調(diào)試經(jīng)過系統(tǒng)的器件選型，單片機及外圍的硬件電路設(shè)計，系統(tǒng)具備了對特定環(huán)境的人員檢測和噪音的檢測、顯示和報警。對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，首先判斷供電電路是否正常，它是系統(tǒng)能否正常工作的前提，因此首先對電源部分進(jìn)行調(diào)試。接上電源，用交流檔測量變壓器次級輸出電壓應(yīng)為9V，然后用直流檔測整流器流濾波后的直流電壓在9V左右；最后測經(jīng)7805穩(wěn)壓后的電源電壓5V。1.電源電源部分測量完畢后，對單片機的最小系統(tǒng)進(jìn)行測試，上電后，單片機的各個I/O應(yīng)該呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，通過萬用表進(jìn)行電壓測量，電壓應(yīng)該在4.9-5.1V之間，然后測量復(fù)位電路是否發(fā)生電平變化，測量這些數(shù)據(jù)無誤后，則單片機最小系統(tǒng)有效。2.噪音傳感器電容駐極式無指向性MIC傳感器電路是本設(shè)計中的關(guān)鍵部分，首先通過萬用表檢查傳感器是否供電，然后通過像單片機中寫入一段測試程序進(jìn)行噪音的檢測，通過指示燈表示單片機是否接收到數(shù)據(jù)，如果指示燈亮了，說明單片機接收到數(shù)據(jù)，若指示燈沒有點亮，說明硬件電路有問題，還需要進(jìn)行調(diào)試。3.數(shù)碼管將數(shù)碼管連接到面包板上，通過5V電源連接到4位一體數(shù)碼管的共陽極，然后在將負(fù)極分別接觸數(shù)碼管的段選上，如果數(shù)碼管上的相應(yīng)段選亮了，說明數(shù)碼管的段選和位選有效，可以正常顯示數(shù)據(jù)。4.通信電路將通信連接電源，通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，如果另一端有數(shù)據(jù)接收說明串口通信和LORA無線模塊均能正常工作。5.蜂鳴器將蜂鳴器連接到萬用表的二極管檔位，如果蜂鳴器發(fā)出聲音，則蜂鳴器有效。6.按鍵測量完關(guān)鍵電路后，對電路的按鍵電路等進(jìn)行測量，同樣是通過萬用表進(jìn)行點評的測量，待所有電路測量完畢后，系統(tǒng)的硬件電路就可以正常工作了。制作硬件電路的時候都需要反復(fù)一次次的檢查以后才可以上電調(diào)試，本設(shè)計也是如此，經(jīng)過反復(fù)的測試，本設(shè)計開始了如下操作的調(diào)試：1.反復(fù)多次檢查電路，如果發(fā)現(xiàn)不對進(jìn)行改進(jìn)。2.根據(jù)檢查過的原理圖進(jìn)行實物的焊接與調(diào)試。3.利用萬用表檢測，每一個節(jié)點是否存在漏電與斷路的現(xiàn)象。4.接通電路以后第一時間用萬用表測量復(fù)位電路正確與否，尤其是測試點的電壓值。5.在反復(fù)多次進(jìn)行以上四個步驟的檢驗以后才可以輸入程序進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)最小系統(tǒng)調(diào)試完成之后，接下來向單片機內(nèi)下載噪音檢測程序，噪音檢測通過ADC0809進(jìn)行，它是模擬式式的傳感器，需要中間轉(zhuǎn)換電路，因此需要對傳感器傳遞來的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換就可以實現(xiàn)噪音的檢測，如果系統(tǒng)不能接收到噪音數(shù)據(jù)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象考慮到問題可能有以下幾種情況：1．噪音傳感器的輸出否與轉(zhuǎn)換芯片連接上；2．傳感器的正負(fù)極是否反接；3．噪音采集子函數(shù)是否正常輸出變量；接下來對噪音傳感器做了具體的分析，用萬能表檢查，當(dāng)傳感器上電后，信號輸出引腳的輸出電壓接近電源電壓，為高電平信號；同樣檢測單片機接收引腳的時候同樣如此，由此可以的斷定上拉電阻的阻值過小，經(jīng)過排查和電阻修改，傳感器可以正常工作。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試與系統(tǒng)試機。經(jīng)過以上幾步的測試，說明外圍電路都已工作正常，接下來對軟件進(jìn)行調(diào)試。這部分的調(diào)試是整個系統(tǒng)調(diào)試的重點。調(diào)試中采用模塊程序逐一添加的方法進(jìn)行，先對系統(tǒng)的數(shù)碼管部分進(jìn)行程序設(shè)計，通過程序來控制數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)顯示電路的電位器，再配合程序顯示出正常的字符，待數(shù)碼管顯示完畢后，在對本設(shè)計中的關(guān)鍵部分進(jìn)行程序設(shè)計，通過電容駐極式無指向性MIC傳感器對區(qū)域的噪音大小進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后再通過單片機接收傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實際的噪音值，然后顯示在數(shù)碼管顯示器上，通過程序發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，