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基于89C51單片機的環(huán)境噪聲測量儀的設(shè)計

作者: 時間:2011-01-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

 噪聲監(jiān)測,是人類提高生活質(zhì)量,加強保護的一個重要環(huán)節(jié),在各大城市的繁華街區(qū)和居民區(qū),已有大型噪聲顯示器豎立街頭。但目前國內(nèi)的便攜式噪聲測試儀,多為價格昂貴的進口專用設(shè)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。本文介紹一種以為核心,采用V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)成的低成本、便攜式數(shù)字顯示環(huán)境儀。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(yīng)用于工礦企業(yè)、機關(guān)學校等需要對環(huán)境噪聲進行測量和控制的場合。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/195121.htm

  1 聲壓級的測量機理

  人耳的聽閾一般是20m Pa (微帕),痛閾一般是200Pa(帕),其間相差107倍,這樣寬廣的聲壓范圍很不易測量,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

  LP=20lg(p/p0) dB  (1)

  其中,基準量p0為20m Pa。當p=p0時,Lp=0dB,而當p=200 Pa時,LP=140dB。

  用聲級計可以測量聲壓級,采用1kHz純音輸入0.2秒到0.25秒或0.5秒以上,即可得到真實聲壓級或平均聲壓級??紤]到人耳對不同頻率的響度感覺,在中,常取40方(phon)等響曲線的反曲線對聲壓級進行計權(quán)校正,即用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得A聲級,寫成dB(A)。表1給出倍頻帶中心頻率與A聲級的校正量之間的關(guān)系。

  表1 倍頻帶中心頻率與A聲級校正量的關(guān)系

倍頻帶中心頻率(Hz)31.563125250500
A聲級校正量(dB)-39.4-26.2-16.1-8.6-3.2
倍頻帶中心頻率(Hz)1k2k4k8k16k
A聲級校正量(dB)01.21.0-1.1-6.6

  2 硬件電路構(gòu)成

  環(huán)境儀的硬件結(jié)構(gòu)原理框圖見圖1所示。

基于89C51單片機的環(huán)境噪聲測量儀

  圖1 硬件原理框圖

  環(huán)境噪聲經(jīng)高靈敏度、無指向性駐極體傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號。所用傳聲器頻率特性在50~14000Hz范圍內(nèi)不均勻度小于1.5 dB,加防風罩、防雨罩后可用于室外測量。由運放LM324構(gòu)成三級放大電路,精心調(diào)整相關(guān)外圍元件參數(shù),可使其幅頻特性與A計權(quán)曲線相近。D1、C1、R1組成峰值檢波網(wǎng)絡(luò),其輸出直流電平反映了噪聲聲壓的大小。

  由LM331構(gòu)成電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路,輸出的頻率信號變成TTL電平送給的P3.4引腳,作為T0的計數(shù)脈沖。該轉(zhuǎn)換電路線性良好,抗干擾能力強,輸出頻率范圍在10~10000Hz以上,其變化比達103,優(yōu)于普通8位并行A/D轉(zhuǎn)換器,有利于提高系統(tǒng)的測量范圍。圖1中,Rs可用來調(diào)節(jié)增益偏差,改變輸出頻率。

  系統(tǒng)的核心部分是AT,其指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容,且片內(nèi)帶4kb的E2PROM,可以方便地構(gòu)成一個最小測量系統(tǒng)。其P3.5引腳接入由NE555構(gòu)成的定時器輸出的100kHz方波,通過T1中斷去控制T0定時計數(shù)。從T0端輸入的計數(shù)脈沖頻率,即反映了所測聲壓的大小。經(jīng)軟件處理后,噪聲聲壓級顯示值由P1口輸出,經(jīng)74LS248譯碼再驅(qū)動兩位4.572cm(1.8英寸)高亮度LED數(shù)碼管顯示,適當控制譯碼器使能端,使兩數(shù)碼管輪流發(fā)光實現(xiàn)動態(tài)顯示,降低功耗。

  3 軟件設(shè)計

  環(huán)境噪聲測量系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計,由主程序、中斷服務(wù)程序、查表子程序和顯示子程序組成。各程序模塊的流程圖如圖2所示。

  主程序處于循環(huán)工作狀態(tài),主要完成定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)的初始化,并循環(huán)調(diào)用查表和顯示子程序。每當T1對外接100kHz時鐘計數(shù)達0.5秒后,申請中斷,CPU響應(yīng)中斷后即讀取TH0、TL0兩寄存器中的計數(shù)值,并重新初始化T0、T1,以便檢測下一次的數(shù)據(jù)。

基于89C51單片機的環(huán)境噪聲測量儀 


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