论文总字数：18442字

目 录

摘要 I

Abstract II

1.绪论 1

1.1噪声的概念 1

1.2噪声的危害 1

1.3课程设计的意义 2

2噪声监测系统的设计方案 3

2.1系统的总体设计方案 3

2.2硬件系统的设计 4

2.3软件系统的设计 5

3噪声监测系统的硬件设计 6

3.1传声器介绍 6

3.2 信号放大器电路设计 6

3.2.1LM386音频功率放大器介绍 6

3.3 交直流转换电路 9

3.3.1有效值检测电路AD536A 9

3.3.3 AD536A辅助电路的设计 10

3.4电压-频率转换电路的设计 11

3.4.1LM331芯片介绍 11

3.4.2LM331V/F转换电路的工作原理 13

3.5 LCD1602显示模块 14

3.5.1 LCD1602的介绍 14

3.5.2LCD1602控制指令 15

3.5.3LCD1602基本操作时序 16

3.6蓝牙模块设计 17

3.6.1蓝牙介绍 17

3.6.2蓝牙模块的选择 18

3.6.3蓝牙模块参数说明 19

3.6.4蓝牙模块与手机连接的步骤 19

4单片机系统的设计 20

4.1单片机的介绍 20

4.2单片机外围电路的设计 20

4.2.1 时钟电路 20

4.2.2 复位电路 21

5小结 23

参考文献 25

致谢 27

噪声监测系统的设计

孔祥东

,China

Abstract:The The noise is all around us, it is everywhere including noise fromvehicle, noise from construction site, the noise from people. Noise is not only harmful to human health, damage to the human hearing system, but also affect the people's psychological, disturbing us. There is a danger to all the needs of noise monitoring.My graduation design subject is a noise meter.The digital electronics technology and analog electric technology can be used to get de value of noise. My innovation is to add a Bluetooth , so that the microcontroller can communicate with the phone, the phone has a wealth of resources that can be used, I am supporting my own Android application for noise monitoring.

Key words：Noise monitoring;Single Chip Micoyo; Bluetooth; Android

1.绪论

1.1噪声的概念

从人的生理学方面来说，噪声是指在一定的场景中不应该出现的声音，这些声音会妨碍人们的正常生活作息，影响人们的正常学习工作。在日常生活之中，噪声无处不在，例如街道上汽车行驶时的噪声，学习工作时别人的喧哗声和建筑工地的机器的工作的噪声等等。

对于噪声的描述有两个主要的参数，一个是噪声声波的声压高低，另一个是声波的频率。一般而言，人们更关注的是噪声的声压高低，因为它的表现更加直接。高频的噪声往往被人们忽略，但是它更加具有破坏力，会使人焦虑不安，激动烦躁甚至破坏人的听觉系统。目前在评价方法方面，最普遍的是计权等效连续噪声级，目前欧盟、美国和大部分发达国家大都采用其作为城市噪声测量准则。而我国仍然是以声压为主要评测标准。

描述噪声大小的单位是dB，dB严格来说说一个比值，它本质上是没有任何单位标准的，它在不同的领域有着不同的实际意义。此次设计中，dB是一个数值用来描述噪声的强弱，它本质上并不是一个单位，而是噪声源功率与基准声功率比值的对数乘以10的数值。

人耳对于不同dB区间的感知：0dB在人的感知中为无声，30dB到10dB表现为极其的安静，50dB到30dB是安静，70dB到50dB是较为安静，110dB到70dB人就会有很吵的感受，130dB到110dB会让人觉得疼痛，150dB到130dB人是无法忍受的。

1.2噪声的危害

人在超过50dB的环境中生活主要会造成心理上的伤害，人在超过50dB的环境下工作，学习会大幅度的降低效率，甚至会出现焦躁不安的表现特别是在高频噪声之下，人会容易很激动，很多暴力冲突就是由于噪声引起的。人们会主动远离噪声源对其敬而远之，所以噪声的主要危害还是出现在人们休息的时候，特别是当自己无法阻止噪声继续时，成年人的理想睡眠时长大约是一天9个小时保底也至少需要6个小时才不会对身体造成损伤。睡眠是人类调节身体机能，摆脱疲劳，舒缓身心，自我恢复的一个重要途径。但环境噪声例如邻居的吵闹声，马路上的汽笛声，大妈的广场舞会使人不能入睡或是被惊醒，特别是老年人和病人更是容易被噪声折磨。长期被噪声干扰睡眠会造成失眠、疲劳无力、记忆力衰退，严重的会造成人精神上的问题让人暴躁导致暴力事件的发生^[1]。

在超过70DB的环境中就会对人体造成损伤，具体的损伤包括：听力损伤，引起心脏血管伤害等等。75分贝是损害人耳机能的上限。超过80分贝就会轻度地破坏人的听力系统造成耳蜗内的听觉细胞损伤。超过110分贝的噪声会对听觉造成严重的损伤让人头晕耳朵疼痛。130分贝的环境会对在其中待超过1分钟的人会造成暂时的耳聋。一般来说150分贝是医学上定义的导致听力完全损害的最极限值，超过这个值的噪声对人耳造成的伤害是不能恢复的。180分贝的噪声会完全破坏人的听力系统。超过190分贝的噪声会导致人类死亡。

1.3课程设计的意义

随着人们对于生活品质的追求和维权意识的提升，对于噪声的监控的需求也提升了。国外对于噪声监控格外重视，如2002年第49次欧共体会议制定了指令，致力于在欧洲避免，预防和减少环境噪声污染。欧共体要求成员国按时提供在超过250，000人口城市地区的准确噪声水平分布。近10年以来，我国大多数城市也进行了大规模的噪声监测，以确保公民的合法权益满足民意。

目前我国对于噪声监测的主要方法是在道路两侧按一定的距离布置监测点，或者在城市范围内按一定的面积布置监测点，以这些监测点点的噪声水平来代替这一段路程或面积的噪声水平。如果要监测一个城市的噪声水平，人工监测就显然是不能满足需求的。

正是由于人工监控的局限性，不能实时收集噪声信息，并且有的地方人工难以检测。我的设计是利用单片机作为控制核心通过一系列的硬件设备，将采集到的噪声信号通过无线蓝牙发送到手机端。可以实现采集地点实时噪声信息的收集。手机集成了很多模块，例如通信，显示还有运算等等。安卓手机开发是很廉价的，可以用来丰富我的噪声计，甚至可以定制一个噪声分析系统。除了硬件部分，可以设计相配套的一套软件系统，定制一套自己的安卓app，除了时时显示dB值，也可以制作按时间分布的噪声折线图，更加直观的显示出一天的dB值。除此之外还可以加上噪声报警功能，可以在每个点都设置一个噪声临界值，当噪声超过临界值将报警提示，等等这类人性化的功能。

2噪声监测系统的设计方案

2.1系统的总体设计方案

此次设计的任务是要实现基于51单片机的噪声监测，它的基本功能是以51单片机为控制核心，利用膜片式晶体传声器将声信号转化为相应的电信号，得到的电信号十分微弱需要将电信号经过放大电路放大，送至V/F转换电路输出TTL电平，最终输入到单片机计数器端。每个dB值对应相应的计数值，这样我就得到了所需要的噪声dB值，dB值可以通过1602LCD显示。有些地方不方便人工监测，dB值还可以通过无线蓝牙送至手机显示，从而实现噪声的实时监控。

此次设计任务是由硬件和软件两部分内容组成，硬件电路系统主要包括了噪声的采集、放大、交直流转换、V/F转换、单片机最小系统、蓝牙模块和LCD显示电路。各个模块的电阻，电容值都需要多次调试，选出最优的方案。软件部分是利用面向单片机的的C语言实现的。最终还需要软件硬件配合调试排除缺陷，完成设计。

单片机计数值计算得出dB值的原理：dB严格来说说一个比值，它本质上是没有任何单位标准的，它在不同的领域有着不同的实际意义。此次设计中，dB是一个数值用来描述噪声的强弱，它本质上并不是一个单位，而是噪声源功率与基准声功率比值的对数乘以10的数值。本设计中是利用就是利用这以原理，只不过我利用是电压增益关系，分贝定义时电压增益和功率增益的公式不同，但是电压与功率是有关系的,采用这种关系，得出计算dB的公式。

(1)

电路中的基准电压=5uV相当于0dB。只要得到值就可以可以计算出DB值。而驻极体传声器输出电压太小，不方便得到，所以设计了上述的硬件电路。LM331V/F转换电路的作用相当于AD转换器，LM331的输入电压与输出频率是成正比的，LM331输出的TTL电平送至单片机计数端，计数值除以除以计数时间就可以得到频率，这样就得到了dB值。由此得出了计数值与dB的对应关系

主程序中可以定义两个数组。这样就可以方便的显示dB值了。

表1. 计数值与dB的部分对应关系表

续表1

2.2硬件系统的设计

此次设计中，我的总体思路是：选取了无指向性驻极体传声器来作为噪声采集的"麦克风"将声信号转化成电信号，它具有良好的中高频拾音特性并且结构简单。功率放大器相当于“麦克风”的音量调节装置，将微弱的电平信号放大至达到设计的要求，此次设计中的放大电路由运放LM386构成，调节芯片的外围电路使电压增益约为200倍。放大后的电信号通过V/F转换器后输出的信号变成TTL电平送至单片机计数器端。单片机处理后将相应的dB值用LCD1602显示，并连接蓝牙模块BT-HC05-V1.0将dB值送至手机端。硬件系统的设计如图1所示：

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