噪声测量仪设计报告书

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1、噪声测量仪 摘要：本设计以单片机STC89C52为数据、控制处理器，通过驻极话筒拾取环境中的噪声，通过三级管和集成功放LM386构成的两极放大电路，再经过LM331电压频率转换器转换成频率信号，利用单片机本身的计数器、计时器和中断实现对信号的处理，最终由6个数码管显示实时噪音分贝值。当超过限定分贝值时报警器自动报警。回到正常分贝值时自动解除报警。关键词：噪声，测量，分贝(DB)，单片机30一、系统设计 设计制作一个测量噪声的装置，使该装置能测试出周围环境噪声的分贝值。高灵敏度传声器前置放大器集成功放前期数据处理器显示器单片机数据处理系统图1-1总体设计方框图1.1 基本要求1）.能测量固定声源

2、的分贝值，测量范围达到4070dB。2）.分辨率：0.5dB。3）.频率范围：3008000Hz。4）.具有显示噪声分贝值的功能；1.2 发挥部分1）.提高测量分辨率为0.1dB；2）.有超限报警功能，并且报警值可以设定；3）.具有分段测试功能，低分贝测试段和高分贝测试段。4）.测量范围达到40具有分段测试功能100dB。5）.其他。二、噪声简介2.1 噪声概念物理学定义：噪声是发生体做无规则时发出的声音。生理学定义：凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音。从这个意义上来说，噪声的来源很多。街道上的汽车声、安静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电

3、视机过大的声音，都是噪声。总体讲，噪音是物体振动产生。22 噪声对人的危害随着工业生产、交通运输、城市建筑的发展，以及人口密度的增加，家庭设施（音响、空调、电视机等）的增多，环境噪声日益严重，它已成为污染人类社会环境的一大公害。噪声具有局部性、暂时性和多发性的特点。噪声不仅会影响听力，而且还对人的心血管系统、神经系统、内分泌系统产生不利影响，所以有人称噪声为“致人死命的慢性毒药”。噪声给人带来生理上和心理上的危害主要有以下几方面： 干扰休息和睡眠、影响工作效率：干扰休息和睡眠；使工作效率降低。 损伤听觉、视觉器官：强的噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤；噪声对视力的损害。 对人体的

4、生理影响：损害心血管；对女性生理机能的损害；噪声还可以引起如神经系统功能紊乱、精神障碍、内分泌紊乱甚至事故率升高。2.3 人对不同声强的感觉无法忍受：150dB130dB感到疼痛：130dB110dB很吵：110dB70dB较静：70dB50dB安静：50dB30dB极静：30dB10dB无声： 0dB2.4 声压级测量机理人耳的听阈一般是20m Pa (微帕)，痛阈一般是200Pa（帕），其间相差107倍，这样宽广的声压范围很不易测量，而且人耳对声压的相对变化的分辨具有非线性特征。因此，声学中常用声压级LP来反映声压的变化，将声压P的声压级表示成： 其中，基准量P0为20m Pa。当P= P

5、0时，LP=0dB，而当P=200 Pa时，LP=140dB。用声级计可以测量声压级，采用1kHz纯音输入0.2秒到0.25秒或0.5秒以上，即可得到真实声压级或平均声压级。考虑到人耳对不同频率的响度感觉，在噪声测量中，常取40方（phon）等响曲线的反曲线对声压级进行计权校正，即用A计权网络测得A声级，写成dB（A）。表2.1给出倍频带中心频率与A声级的校正量之间的关系。表2.1 倍频带中心频率与A声级校正量的关系倍频带中心频率（Hz）31.563125250500A声级校正量（dB）39.4-26.2-16.1-8.6-3.2倍频带中心频率（Hz）1k2k4k8k16kA声级校正量（dB）

6、01.21.0-1.1-6.6三、整体方案设计整体思路是：将外界噪声经过传声器转换成电信号。由模拟电路采集环境噪声，经过模数转换后再经前期数据处理电路送入单片机，系统的核心部分是单片机STC89C52，输入的信号即反应了所测声压大小。最后经单片机C语言程序运算出最终数据通过P0口和锁存器送入6位LED数码管显示。3.1 方案论证设计中设计了两个方案，具体见方案一和方案二。方案一：基于STC89C52单片机采取A/D转换器设计方案将外界噪声经过高灵敏度无指向性传声器转换成电信号，由三级管和集成功放LM386构成两级放大电路，由双运放LM324构成的带通滤波器滤波，由指数电路和对数电路进行求值，由

7、AD575构成模数转换电路，输出的数字信号送给单片机的P1口和P3口，作为单片机的数据输入信号。系统的核心部分是单片机STC89C52，从P1口和P3口输入的数字信号即反应了所测声压大小。最后经单片机内部C语言程序运算出最终数据通过P0口和锁存器送入5位LED数码管显示。高灵敏度传声器MAX4466前置放大LM386集成功放A/D模数转换器LED显示器单片机数据处理系统LM324带通滤波图3-1 方案一整体方框图方案二：基于STC89C52单片机采取V/F转换器设计方案环境噪声经高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。由运放MAX4466和集成功放LM386构成两级级放大电路,其输出电平反

8、映了噪声声压的大小。由LM331构成电压/频率转换电路，输出的频率信号变成TTL电平送给单片机的T0管脚，作为T0的计数脉冲。系统的核心部分是单片机STC89C52，其P3.5引脚接入NE555构成的定时器输出的方波，通过T1中断去控制T0定时计数。从T0端输入的计数脉冲频率即反应了所测声压大小, 最后经单片机内部C语言程序运算出最终数据通过P0口和锁存器送入5位LED数码管显示。高灵敏度传声器前置放大器LM386集成功放LM331电压频率转换器LED显示器单片机数据处理系统检波电路图3-2 方案二整体方框3.2方案比较由于方案一涉及的电路相对较复杂，计算量过大，有些元器件选择和采购比较困难，

9、而且价格昂贵，而且根据题目要求，达不到设计精度，会影响测量的准确性。相比而言方案二的前期数据处理电路更为简单，在计算数据方面也没有方案一那么繁琐，元器件选择更为容易，且价格合适，调试也较方便，还有最主要的是方案二的测量精度比方案一高，符合经济实惠的要求，因此本设计设计采用了方案二四、单元模块设计本设计共采用了8个单元模块电路：高灵敏度电容式驻极体传声器、前置放大器、集成功放放大器、峰值检波电路、V/F电压频率转换器、单片机系统、七段数码管显示器。4.1高灵敏度电容式驻极体传声器驻极体传声器有两块金属极板，其中一块表面涂有驻极体薄膜（多数为聚全氟乙丙烯）并将其接地，另一极板接在场效应晶体管的栅极

10、上，栅极与源极之间接有一个二极管。图4-1 电容式驻极体话筒内部结构简图当驻极体膜片本身带有电荷，表面电荷地电量为Q，板极间地电容量为C，则在极头上产生地电压U=Q/C，当受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容C改变，而电量Q不变，就会引起电压的变化，电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是驻极体传声器地工作原理。由于这种传声器也是电容式结构，信号内阻很大，为了将声音产生的电压信号引出来并加以放大，其输出端也必须使用场效应晶体管。4.2 前置放大器前置放大器由三级管9014构成的放大电路构成，9014参数如下：结构 NPN集电

11、极-发射极电压 最大为45V集电极-基电压最大为50V射极-基极电压最大为5V集电极电流 0.1A耗散功率 0.4W结温 150特怔频率 最小 150MHZ放大倍数：A60-150 B100-300 C200-600 D400-1000图4-2 前置放大器电路图图4-2为前置放大器电路，当有声音传入高灵敏度电容式驻极体话筒LS1时，MK1两端的电量发生改变，经过电容器C2和R3的作用加到晶体三级管9014的基极好热发射极之间，从而引起三级管9014基极和发射极之间的电压发生变化，最终引起三级管9014集电极的电压发生变化，由于三级管的放大作用，所以集电极的电压是基极电压Au倍，最后被放大的信号