09160400114+陳梟+基于單片機(jī)的噪聲檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)++++

大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目論文題目：基于單片機(jī)的噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(xué)生姓名：陳梟學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：申華導(dǎo)師職稱：教授完成日期：2013年5月2大連東軟信息學(xué)院Dalian基于單片機(jī)的噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，和社會(huì)文明的不斷進(jìn)步，城市化的發(fā)展已經(jīng)成為了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，可是隨之而來(lái)的各種污染和環(huán)境破壞已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，噪聲污染是眾多污染中，較為常見(jiàn)，且影響較大的一種污染。噪聲對(duì)人體健康有著嚴(yán)重的危害，因此減少噪聲危害已成為當(dāng)前一項(xiàng)重要的任務(wù)。環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)，是人類提高生活質(zhì)量，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于噪聲是一種無(wú)法看見(jiàn)的物質(zhì)，所以對(duì)于噪聲的檢測(cè)必須通過(guò)有效的設(shè)備來(lái)進(jìn)行。環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)儀就是一款檢測(cè)環(huán)境噪聲的設(shè)備，通過(guò)檢測(cè)單片機(jī)、輔助電路、顯示電路和噪聲傳感器共同組建成為一個(gè)噪聲監(jiān)測(cè)儀。本文詳細(xì)介紹了噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理和系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和組成，主要包括：噪聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換、放大、V/F轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。外界噪聲信號(hào)通過(guò)傳聲器轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和V/F變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的噪聲分貝值通過(guò)LED顯示，從而實(shí)現(xiàn)噪聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，精確度高，可用于實(shí)際進(jìn)行噪聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：運(yùn)算放大器，V/F轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)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(shí)現(xiàn)5.1軟件實(shí)現(xiàn)5.1.1主函數(shù)模塊介紹一個(gè)程序，無(wú)論復(fù)雜或簡(jiǎn)單，總體上都是一個(gè)“函數(shù)”；這個(gè)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(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（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(dú)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(jī)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(kāi)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(yùn)行過(guò)程中，控制各個(gè)軟件模塊的運(yùn)行。主函數(shù)中定義了各個(gè)函數(shù)后，將調(diào)用的函數(shù)名進(jìn)行定義后，就可以在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)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(yùn)行，檢測(cè)傳感器的電壓值。保證系統(tǒng)能夠正常有效的運(yùn)行。5.2.2延遲函數(shù)模塊介紹系統(tǒng)程序的運(yùn)行過(guò)程中，由于各個(gè)模塊之間和顯示之間的時(shí)間并不能同步，就會(huì)造成數(shù)碼管顯示的混亂，延遲函數(shù)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)被主函數(shù)調(diào)用，在調(diào)用過(guò)程中，可以有效的延遲周期，起到穩(wěn)定系統(tǒng)餓作用。通過(guò)使用循環(huán)函數(shù)將系統(tǒng)的函數(shù)運(yùn)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(cè)儀的分貝數(shù)顯示功能。根據(jù)一般城市內(nèi)噪聲等級(jí)、測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)，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(kāi)始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進(jìn)制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。本設(shè)計(jì)的顯緩單元為5CH-5FH，采用兩個(gè)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(jìn)行位的選擇。5.2.4中斷模塊介紹噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工作過(guò)程中其主要的功能是由芯片中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TH1構(gòu)成，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。5.2程序?qū)崿F(xiàn)/********************************************************函數(shù)名：Init()參數(shù)：無(wú)返回值：無(wú)功能：初始化定時(shí)/計(jì)數(shù)器0為計(jì)數(shù)模式1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1為定時(shí)器模式1。定時(shí)時(shí)間為50ms，開(kāi)啟定時(shí)器中斷1，并啟動(dòng)定時(shí) 器1，開(kāi)啟總中斷。********************************************************/voidInit(void){ TMOD=0x15; //T0計(jì)數(shù)T1定時(shí) EA=1; //開(kāi)總中斷 TH0=0;// TL0=0; TR0=1; // 開(kāi)計(jì)數(shù)器T0 TH1=0x4c; //50ms TL1=0x00; ET1=1; //T1中斷允許 TR1=1; // 開(kāi)定時(shí)器T1}/********************************************************函數(shù)名：delay(unsignedchart)參數(shù)：短延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度返回值：無(wú)功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示時(shí)的短延時(shí)。********************************************************/voiddelay(uchart)//短延時(shí){ 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(wú)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(shí)}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(dāng)前環(huán)境的噪音值，單位為"dB".功能：將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)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(cè)試系統(tǒng)的硬件、軟件獨(dú)調(diào)和系統(tǒng)調(diào)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?yàn)樵O(shè)計(jì)和開(kāi)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(lái)。所以為了保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠正常工作，必須對(duì)軟件和硬件部分的每一個(gè)部分進(jìn)行調(diào)試和分析。本章詳細(xì)的介紹了計(jì)價(jià)器的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)的過(guò)程，并對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析。6.1噪聲監(jiān)測(cè)器的系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試是利用偉福仿真器及其自帶軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬仿真系統(tǒng)。偉福調(diào)試軟件功能較強(qiáng)，包含了單步、斷點(diǎn)、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(lái)插AT89C51芯片的插座上，就可以軟硬件調(diào)試了。本次設(shè)計(jì)的聯(lián)調(diào)采用分塊聯(lián)調(diào)，再總體聯(lián)調(diào)的方法。下面介紹本設(shè)計(jì)的軟硬件聯(lián)調(diào)的過(guò)程。首先用偉福仿真器調(diào)試顯示電路部分，調(diào)入預(yù)先編制好的顯示程序，檢查程序和硬件是否對(duì)應(yīng)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(diào)成功。當(dāng)偉福仿真器的仿真頭代替89C52芯片，插在硬件電路板的原來(lái)插89C52芯片的插座上，時(shí)鐘芯片電路在軟件的啟動(dòng)下開(kāi)始工作，在偉福軟件環(huán)境中，查看相對(duì)應(yīng)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(dāng)聲音的音量變大時(shí)從轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖信號(hào)的頻率變大，反之，頻率變小。進(jìn)行整體的聯(lián)調(diào)，將從轉(zhuǎn)換電路輸出的頻率信號(hào)接入單片機(jī)的T0口，看整體運(yùn)行是否正確。此時(shí)LED顯示出符合要求的結(jié)果。6.2調(diào)試故障及原因分析本節(jié)就基于單片機(jī)的噪聲檢測(cè)器的設(shè)計(jì)中遇到的故障和調(diào)試方面出現(xiàn)的問(wèn)題作一概要的敘述。1．線路錯(cuò)誤在實(shí)際焊硬件電路，由于線路較多，焊錯(cuò)電路，如焊完電路時(shí)發(fā)現(xiàn)電路所有的電源線與地線全部相通，且單片機(jī)不正常工作。經(jīng)查是時(shí)鐘電路沒(méi)有接地，改正后晶振就可以啟動(dòng)，單片機(jī)就可以正常工作了。2．提供電源錯(cuò)誤在整個(gè)的電路中，剛開(kāi)始我給所有電路提供+5v的電源，但電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端卻沒(méi)有頻率信號(hào)的輸出，經(jīng)過(guò)再次的確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)LM368的工作電壓是+15v，當(dāng)接入+15v的工作電壓后，就輸出所需的頻率信號(hào)3．LED位選連接錯(cuò)誤當(dāng)整個(gè)電路通電后，發(fā)現(xiàn)LED顯示的結(jié)構(gòu)是bd54，發(fā)現(xiàn)顯示完全到過(guò)來(lái)了，知道是位選線鏈接錯(cuò)誤，將錯(cuò)誤改正后，顯示45db。4．電阻大小選擇錯(cuò)誤在一切調(diào)試成功后，雖然顯示出了正確的結(jié)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(diǎn)的電阻，LED燈變亮了。5．軟件錯(cuò)誤在軟件調(diào)試時(shí)，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(jié)果就變?yōu)閐b。6.3測(cè)試結(jié)果分析由于條件有限，本課題中采用晶體式傳聲器，其測(cè)量精度不是很高，再加上聲音信號(hào)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(cè)量結(jié)果不是十分精確。但是，當(dāng)將被測(cè)量的聲音信號(hào)的音量變大時(shí)，LED的顯示值變大，反之則變小。而且此系統(tǒng)的測(cè)量范圍為40db-96db，完全符合設(shè)計(jì)要求，而且指示燈也能指示一定的聲壓級(jí)范圍。故本次設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)的要求，能實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲信號(hào)的采集、處理及顯示，功能性較強(qiáng)，具有一定的實(shí)踐意義。第7章結(jié)論在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，自主學(xué)習(xí)，學(xué)到了許多沒(méi)學(xué)到的知識(shí)，完成了對(duì)設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的目的。在電路焊接時(shí)雖然沒(méi)什么大問(wèn)題，但從中也知道了焊接在整個(gè)作品中的重要性，電路工程量大，不能心急，一個(gè)個(gè)慢慢來(lái)不能急于求成，反而達(dá)到事半功倍的效果。對(duì)電路的設(shè)計(jì)、布局要先有一個(gè)好的構(gòu)思，才顯得電路板美觀、大方。程序編寫中，由于思路不清晰，開(kāi)始時(shí)遇到了很多的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)靜下心來(lái)思考，理清了思路，終于能夠完成它。在此次設(shè)計(jì)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(gè)腳印。也練就了我們的耐心，做什么事都在有耐心。此次設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多很多東西，這是最重要的。該課題的主要任務(wù)是開(kāi)發(fā)一個(gè)以89C52單片機(jī)為核心的噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)聯(lián)調(diào)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲信號(hào)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(jí)的大概范圍。這個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程主要包括了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫兩個(gè)部分。從確定畢設(shè)題目，到查閱質(zhì)料確定總體方案設(shè)計(jì)，總體方案論證，硬件電路的設(shè)計(jì)，硬件電路的優(yōu)化，軟件的設(shè)計(jì)，軟件的優(yōu)化，焊制硬件電路板，檢驗(yàn)硬件電路，調(diào)試軟件程序，到最后的軟硬件聯(lián)調(diào)，其中的每一個(gè)過(guò)程都是精心設(shè)計(jì)、仔細(xì)完成的。由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，本噪聲監(jiān)測(cè)器具有功能強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過(guò)優(yōu)化的程序，使其具有很高的智能化水平。但是該設(shè)計(jì)還是不夠完善，因?yàn)槁曇粜盘?hào)本來(lái)就很不穩(wěn)定，而且也不知道它的聲壓級(jí)是多少分貝，所以說(shuō)在校正上存在一定的困難。在軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，利用了Keil這個(gè)軟件在程序錄入和調(diào)試的時(shí)候的優(yōu)越性，讓我能夠在編寫軟件的時(shí)候很方便的發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤，現(xiàn)在已經(jīng)能夠使用Keil對(duì)所設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于PROTEUS這款軟件，也能熟練掌握電路設(shè)計(jì)仿真。由于平時(shí)沒(méi)有接觸過(guò)這兩個(gè)軟件，加上畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間有限，對(duì)于他們的連接調(diào)試程序，未能熟練掌握，但以后有機(jī)會(huì)的話會(huì)再好好學(xué)習(xí)的。參考文獻(xiàn)[1]李華．MCU-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，2006，3[2]許育誠(chéng)．軟件測(cè)試與質(zhì)量管理[J]海事大學(xué)，2007，6，14-42[3]景新梅．軟件產(chǎn)業(yè)原動(dòng)力[J],中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)，2005，7，32-33[4]劉湘濤，江世明．單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]，北京:電子工業(yè)出版社，2006，7[5]萬(wàn)福軍．單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2005，5[6]胡輝．單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)[M]，中國(guó)水利水電出版社，2005，10[7]繆學(xué)勤．解讀IEC61158第四版現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)[J]，儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2007，3，1-4[8]劉藝，徐大琴．嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大學(xué)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(jī)原理及應(yīng)用[M]，國(guó)防工業(yè)出版社，2005，12[10]官晟．張杰.微機(jī)主從通信系統(tǒng)多232口連接電路設(shè)計(jì)[J]，微計(jì)算機(jī)信息，2005，4，10-16[11]董春霞，張勝利．I2C總線技術(shù)及其在智能儀表中的應(yīng)用[J]，2008，4，24-26[12]何立民，I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，2005，5[13]潘新民，王燕芳．單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]，人民郵電出版社，2009，7[14]陽(yáng)憲惠．現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M]，清華大學(xué)出版社，2007，9[15]楊振江．A/D，D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)及實(shí)用線路[M]，西安電子科技大學(xué)出版社，2003，8[16]張毅剛．MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2011，6[17]張毅剛．基于單片機(jī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