• / 36
  • 下载费用:5 金币  

论文模板(16届参考---吴文明)(11.23).doc

关 键 词:
论文 模板 16 参考 文明 1123
资源描述:
苏州大学本科生毕业设计(论文)- i -环境噪声监测仪的设计苏州大学 应用技术学院 XX 班级(学号#########) [姓名]目 录摘 要 .........................................................1ABSTRACT .........................................................2第 1章 绪论 ......................................................2第 1.1 节 课题背景 ................................................2第 1.2 节 国内外研究现状 ..........................................4第 2章 系统总体方案设计 ..........................................6第 2.1 节 系统基本要求 ............................................6第 2.2 节 硬件系统设计方案 ........................................6第 2.3 节 软件系统设计方案 ........................................9第 3章 系统硬件设计 .............................................10第 3.1 节 单片机系统的设计 .......................................10第 3.2 节 传声器模块 .............................................12第 3.3 节 信号放大电路 ...........................................13第 3.4 节 交直流转换电路 .........................................13第 3.5 节 电压-频率转换电路 ......................................14第 3.6 节 显示模块电路 ...........................................15第 3.7 节 指示电路 ...............................................15第 3.8 节 系统总图及其分析 .......................................15第 4章 系统软件设计 .............................................17第 4.1 节 程序的总体设计 .........................................17第 4.2 节 主程序设计 .............................................17第 4.3 节 分贝值转换子程序的设计 .................................19第 4.4 节 定时/计数子程序的设计 ..................................20第 4.5 节 显示子程序的设计 .......................................21第 5章 系统调试与分析 ...........................................25第 5.1 节 硬件调试 ...............................................25第 5.2 节 软件调试 ...............................................25第 5.3 节 环境模拟及系统调试 .....................................26第 5.4 节 调试故障及原因分析 .....................................26第 5.5 节 测试结果及其分析 .......................................26结 论 .........................................................28参考文献 ........................................................29致 谢 .........................................................30附 录 .........................................................31附录 1:部分源程序 ...............................................31苏州大学本科生毕业设计(论文)第 1 页基于 C8051 单片机的信号发生器设计苏州大学 应用技术学院 XX 班级(学号#########) [姓名]【摘要】随着现代工业和交通业的迅速发展,噪声污染已影响到人们的生活、学习和工作,对环境噪声的实时监测越来越得到人们的重视。本文详细介绍了噪声监测系统的测量原理和系统组成,包括:噪声信号的转换、放大、V/F 转换、数据处理和显示系统的设计。噪声信号通过驻极体传声器转换成电信号,电信号经放大后传送给 AD536AJD 进行有效值计算,再由 LM331 进行 V/F 转换,然后输入到单片机进行处理并转换成相应的 dB 值通过 LCD12864 液晶显示,从而实现对噪声的实时监测。该系统实现简单且工作稳定,可用于实际进行噪声的实时监测。【关键词】驻极体传声器;AD536AJD;V/F 转换器。[Abstract] :Along with the rapid development of modern industry and transportation, the noise pollution has influence to people’s life, study and work. Measuring noise of environment has played a important role in improving the living quality and strengthening the environment safeguard.In this paper, the measurement principle and the system constitution of the noise detection system are introduced in detail, including: the noise signal converting system, signal magnifying system, V/F converting system, data processing and indication system. The outside noise is converted into electrical signals by using the electret microphone,the magnifying signal is passed to the AD536AJD for RMS calculation, and the frequency signal is carried out by the V/F converter LM331, then the single-chip microcomputer will process the frequency signal and change it in to a noise dB value, which will be displayed on the LCD12648. This system is simple and works steadily, so it is always used in monitoring the urban noise.[Key words]: electret microphone,AD536AJD,V/F converter.苏州大学本科生毕业设计(论文)第 2 页第 1 章 绪论第 1.1 节 课题背景1.1.1 噪声的分类噪声即噪音,是一类引起人烦躁或音量过强而危害人体健康的声音。从环境保护的角度来看,凡是影响人们正常学习、工作和休息的声音都统称为噪声,例如:机器的轰鸣声、各种交通工具的鸣笛声、人的嘈杂声及各种突发声响。按照声源的不同,噪声主要分为:机械噪声、空气动力性噪声和电磁性噪声。机械噪声是由于固体振动而产生的,在机械设备运转时,机械部件间的摩擦、撞击以及运转过程中因动力不均匀等原因,使机械部件和壳体产生振动而辐射出噪声,如织布机、机床等产生的噪声。空气动力性噪声(又称气流噪声)是由于气体流动过程中的相互作用或气流和固体介质之间的相互作用而产生的噪声,如空压机、风机等进气和排气产生的噪声。电磁噪声是由电磁场交替变化引起某些机械部件或空间容积震动而产生的噪声,如变压器、励磁机等产生的噪声。 按照噪声随时间的变化可分为稳态噪声和非稳态噪声两大类。稳态噪声的强度不随时间而变化,如电机、风机、织布机等产生的噪声。而非稳态噪声又可分为周期性变化噪声、无规则变化噪声和脉冲噪声等。噪声的强度随时间有规律地起伏,周期性地时大时小地出现,称为周期性变化噪声,如蒸汽机车的噪声。噪声的强度随时间起伏变化无一定的规律则称为无规则变化噪声,如街道交通噪声。脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大,但持续时间短,且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。其主要来自于机电交换机和各种电气干扰、雷电干扰、电火花干扰和电力线感应等。1.1.2 噪声的来源噪声的来源主要有三种,分别为交通噪声、工业噪声和生活噪声。1. 交通噪声交通噪声主要是交通工具在运行时发出来的。如汽车、火车、飞机等都是交通噪声源。这 些 噪 声 的 噪 声 源 是 流 动 的 , 所 以 其 干 扰 范 围 较 大 。 汽车噪声主要来自汽车排气噪声,若不加消声器,其噪声可达 100 分贝以上。在排气系统中加上消声器,可使汽车排气噪声降低 20~30 分贝。水陆交通运输噪声,虽然影响面广,但从直接造成显著的危害来说,还是空运的噪声较大。在内燃机时期,空运噪声并不突出。但在喷气机出现后,空运噪声便渐渐地产生较大的影响。例如,当一大型喷气客机起飞时,跑道两侧 1 千米内语言通讯都受到干扰,4 千米范围内的居民都无法休息。2. 工业噪声苏州大学本科生毕业设计(论文)第 3 页工业噪声主要来自生产和各种工作过程中机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动而产生的声音。城市中各种工厂的生产运转以及市政和建筑施工所造成的噪声,其影响虽然不及交通运输广,但局部地区的污染却比交通运输严重得多。因此,这些噪声对周围环境的影响也应予重视。3. 生活噪声生活噪声主要指街道和建筑物内部各种生活设施、人群活动等产生的声音。如在居室中儿童的哭闹声、收音机、电视以及一些音响设备的大声播放;户外或街道人声喧哗,宣传或做广告用高音喇叭等。这些噪声又可以分为居室噪声和公共场所噪声两类,它们一般在 80 分贝以下,对人没有直接生理危害,但却能干扰人们交谈、工作、学习和休息。1.1.3 噪声的危害科学家们已经全面研究了噪声对生物和人类的影响。如小白鼠在 160 分贝的环境中,几分钟就会死亡;人在喷气发动机 5 米处,几分钟就变成聋子。一般认为 40 分贝是正常的环境声音,在此以上就是有害的噪声。噪声的危害概括起来有以下几个方面。(1)噪声对睡眠的干扰 人类有近 1/3 的时间是在睡眠中度过的,睡眠是人类消除疲劳、恢复体力、维持健康的一个重要条件。但环境噪声会使人被惊醒而不能安眠,在这方面,老人和病人对噪声干扰更为敏感。长期干扰睡眠会造成失眠、疲劳无力、记忆力衰退,以至产生神经衰弱症等,此时人们的工作效率和健康都会受到影响。(2)噪声对语言交流的干扰 噪声对语言交流的影响,来自噪声对听力的影响。这种影响,轻则降低交流效率,重则损伤人们的语言听力。一般处于 50~60 分贝的环境,人们的脑力劳动就会受到影响,谈话也受到干扰。(3)噪声损伤听觉 如果长年无防护地在较强的噪声环境中工作,会造成人耳听力下降,即使离开噪声环境后听觉敏感性会恢复,但会造成听觉疲劳,随着听觉疲劳的加重会造成听觉机能恢复不全。一般情况下,85 分贝以下的噪声不至于危害听觉,而 85 分贝以上则可能发生危险。(4)噪声可引起多种疾病 噪声除了损伤听力以外,还会引起其他人身损害。噪声可以引起心绪不宁、心情紧张、心跳加快和血压增高;噪声还会使人的唾液、胃液分泌减少,胃酸降低,从而易患胃溃疡和十二指肠溃疡。长期在噪声环境下工作,对神经功能也会造成障碍。苏州大学本科生毕业设计(论文)第 4 页1.1.4 噪声污染的现状及课题意义随着现代工业和交通业的迅速发展,噪 声 污 染 日 趋 严 重 , 目 前 已 成 为 继 大 气 污 染 和水 污 染 之 后 的 第 三 大 污 染 。 在我国,城市环境噪声污染已经成为干扰人们正常生活的主要环境问题之一。据统计,在影响城市环境的各种噪声来源中,社会生活噪声占 47%,工业噪声占 8%-10%,建筑施工噪声占 5%左右,交通噪声占 30%。我国重点城市区域环境噪声总体水平在 56~58dB(A),处于中等污染水平,约有 2/3 的城市人口生活在高噪声的环境中。噪 声 对 人 体 健 康 造 成 了 很 大 的 危 害 , 为了营造一个健康的居住环境,对噪声的实时监测就显得十分的重要。因此,环境噪声监测成为人类提高生活质量、加强环境保护的一个重要环节。在各大城市的繁华街区和居民区,已有大型环境噪声显示器竖立街头。但目前国内的便携式噪声测试仪,多为价格昂贵的进口专用设备,除卫生、计量等环保专业部门拥有外,无法作为民用品推广普及。为此,本设计主要是设计一种以 STC89C52单片机为核心,采用 V/F 转换技术构成的低成本、便携式数字显示环境噪声测量仪。该仪器工作稳定、性能良好,能够满足一般民用需要。1.1.5 噪声监测的工具及其原理声级计是最基本的噪声测量仪器,其一般是由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成。其工作原理是:声音经过传声器转换成电信号后由前置放大器进行阻抗变换,使传声器与衰减器匹配;接着放大器将输出信号加到计权网络,对信号进行频率计权;然后再经衰减器和放大器将信号放大到一定的幅值;最后送到有效值检波器进行检波并在指示表头上给出噪声声级的数值。此外,声级计还可以外接滤波器和记录仪,对噪声进行频谱分析。声级计中的频率计权网络有 A、B、C 三种计权网络,声级计经过频率计权网络测得的声压级称为声级,根据所使用的计权网不同,分别称为 A 声级、B 声级和 C 声级,单位记作 dB(A)、dB(B)和 dB(C)。在实际的测量中, A 计权声级最能反应噪声对人吵闹的主观感觉和人耳听力损伤的影响,用户用的最多的是 A 计权网络。第 1.2 节 国内外研究现状随着噪声污染的日趋严重,噪声监测技术的研究及设备的开发也得到迅速发展。20世纪 60 年代以前,世界各国测量环境噪声仍使用电子管的实验室仪器。20 世纪 70 年代以后,小型化的噪声测量仪器得到开发,经过多年的开发和改型,从指针式人工读数声级计发展到数字式声级计,功能上也从单纯的测量瞬时声级发展到测量等效连续声级LEQ,脉冲声级 LI,累积百分声级 LN,噪声暴露级 LAX 等多个参量。国外环境噪声监测工作是伴随着环境质量恶化的过程而开展的。目前,国外的环境苏州大学本科生毕业设计(论文)第 5 页噪声监测仪器已经能够做到自动测量、自动数据处理、信息自动传输、信息网络互联、监测信息共享。加上计算机的应用,噪声监测信息的处理、加工和评价,均已达到一个较高的水平。当前的研究热门和发展方向表现在三个方面:一是更加深入地进行环境噪声预测,为环境噪声管理、治理、控制和规划提供依据;二是加强噪声信息的实验室分析研究,着重进行噪声信息频率成分、时间特性、空间特性、空间分布、噪声信息的模拟等方面的研究;三是完善噪声的全自动监测、增加监测时段、提高监测数据的时间代表性和空间代表性。苏州大学本科生毕业设计(论文)第 6 页第 2 章 系统总体方案设计第 2.1 节 系统基本要求本设计的任务是完成基于单片机的噪声监测仪的设计系统,主要是设计以单片机为核心、采用 V/F 转换技术的噪声监测仪,实现环境噪声的实时测量和 LCD 数字显示,并指示出其所在声压级的范围。该系统设计方案由硬件系统和软件系统两部分组成。第 2.2 节 硬件系统设计方案2.2.1 硬件电路组成及工作原理噪声监测仪的硬件电路由噪声信号的转换、放大、交直流转换、电压频率转换电路以及单片机系统的硬件电路和 LCD 显示等组成,如图 2-1 噪声监测仪硬件结构框图所示。噪声传声器信号放大器单片机交直流转换V/F转换LCD显示图 2-1 噪声监测仪硬件结构框图其工作原理:外界噪声信号通过传声器转换成音频信号,然后经过放大、交直流转换和 V/F 变换输入到单片机进行处理后转换成相应的 dB 值通过 LCD 显示,从而实现噪声的实时监测。2.2.2 硬件选型1. 传声器方案一:采用动圈式传声器,其结构简单、使用方便、固有噪声小、价格也较便宜,但其灵敏度较低且频率范围窄。方案二:采用晶体式传声器,其灵敏度高、构造简单、价格便宜,但同样它的频率范围不宽。方案三:采用电容式传声器,其频响宽、灵敏度高、非线性失真小、瞬态响应好,但其防潮性差,机械强度低,价格稍贵,使用稍麻烦。方案四:采用驻极体传声器,其体积小、电声性能好、结构简单、价格便宜,而且其灵敏度高、频率范围较宽。考虑元器件性价比,选用方案四。2. 信号放大器方案一:采用三极管进行放大,利用三极管多级放大原理 Au=Au1Au2……Aun ,根据三极管的多级放大特性,在计算各级电路的电压放大倍数时,必须考虑后级的输入电苏州大学本科生毕业设计(论文)第 7 页阻对前级电路电压放大倍数的影响。方案二:采用音频功放集成块 LM386 进行放大,LM386 是美国半导体公司生产的音频 功 率 放 大 器 ,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。其与通用型集成运放相似,是一个三级放大电路,依次为差分放大、共射放大和准互补输出级。电路应用中,在其 1 脚和 8 脚之间接一电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。方案三:采用通用集成块 LM324 进行放大,LM324 为美国半导体公司生产的四运放集成运算放大器,具有电源电压宽,静态功耗小,价格低廉等优点。在电路应用中,可以双电源工作,也可单电源工作,但单电源供电无法达到我们所需的要求,使用双电源供电成本高,而且还须考虑电源的纹波系数,如果纹波系数较大会把输出的信号给掩盖,同样无法达到所需的要求。综合考虑,选用方案二,采用集成块 LM386,不但价格便宜且所需的外围电路也比较简单,能够满足信号放大的要求。3. 交直流转换器方案一:采用 AD536A 构成的交直流转换器进行转换,AD536A 是美国 AD 公司推出的真有效值转直流值(RMS-DC)的单片集成电路,它能计算复杂输入信号的有效值并给出一个与之等效的直流输出电平。其内部含有峰值因数补偿电路,在峰值因数达到 7 时转换误差仅为 1%,AD536A 的频带也很宽。此外,在 AD536A 的内部有输入和输出保护电路,输入电路能承受高于电源电压的过载电压,输出电路具有短路保护功能。方案二:采用 AD637 构成的交直流转换器进行转换,AD637 同样是美国 AD 公司产品,其内部较高的集成度可有效克服小信号带来的误差,转换精度高,其基本功能与AD536A 相当,但带宽高于 AD536。综合考虑,由于本设计中对频带宽度没有很高的要求,使用 AD536A 就能满足要求,所以采用方案一。4. 电压-频率转换器方案一:采用集成型 555 定时器进行 V/F 转换,其方便与单片机实现接口通信,价格也比较便宜,但其响应速度较慢,外围电路较复杂。方案二:采用 LM331 转换,LM331 是美国 NS 公司生产的性价比较高的精密电压频率转换器。它使用了新的温度补偿能隙基准电路,在规定工作温度范围内和 4V 电源电压下都有较高的精度。其外接电路简单,只需几个阻容元件就可构成 V /F 变换电路,并且容易保证转换精度。由 LM331 构成的 V /F 转换电路,其输出的频率信号以 TTL 电平送入STC89C52RC 单片机的 P3.5 引脚,作为 T1 的计数脉冲,该转换电路线性良好,抗干扰能力强,输出频率范围宽(10~10kHz )。苏州大学本科生毕业设计(论文)第 8 页方案三:采用 AD650 转换,AD650 是美国 ANALOG DEVICES 公司推出的高精度电压频率转换器。它由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管组成,其转换频率可高达 1MHz,具有很低的非线性度,但其最佳温度稳定性不如 LM331 ,价格也比前两者高。综合考虑,由于本次设计中转换的频率不是很高,采用方案二中的 LM331 就能满足要求,还有为避免影响信号,采用单电源 LM331 进行 V/F 转换。5. 单片机系统方案一:采用 STC89C52RC 单片机作为主控芯片, STC89C52RC 是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机,其指令代码完全兼容传统的 8051 单片机。可以用串口直接下载程序,且可反复擦写编程,而且价格也较便宜。方案二:采用 MSP430 单片机作为主控芯片,MSP430 系列单片机是美国德州仪器(TI)推出的一种 16 位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器。其处理能力强、运算速度快,片内资源也很丰富。综合考虑,由于本系统不涉及大量的数据存储和复杂处理,MSP430 的资源得不到充分利用且其成本较高,所以采用方案一,选用 STC89C52RC 单片机。其 T1 设为计数状态,用于对前向通道 V /F 输入的脉冲信号进行计数 ;T0 设为定时状态,用于定时读取 T1 计数值(定时时间为 1 秒,即单位时间) 。相应的程序编制较为简单,主要任务是实现单片机对输入的脉冲信号进行采集并进行频率与 dB 的量纲转换以及控制 LCD 显示相应的 dB 值。6. 显示器件方案一:采用 LED 数码管进行显示,数码管原理简单、容易理解且价格便宜。但不足之处是其显示内容较单调,而且多管脚使得电路板焊接变得较为复杂。方案二:采用 LCD1602 液晶显示屏进行显示,1602 液晶模块内部的字符存储器(CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形,如:阿拉伯数字、大小写英文字母、常用的符号和日文假名等。此液晶屏连线也比较简单、方便。但其显示内容不够丰富,没法显示中文字符且只能显示两行。方案三:采用 LCD12864 液晶显示屏进行显示,12864 内置 8192 个 16*16 点汉字和128 个 16*8 点 ASCII 字符集。灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面,且显示内容丰富,不仅可显示 8×4 行 16×16 点阵的汉字,还能显示图形。综合考虑,由于显示内容多于两行,显示器件选择方案三。第 2.3 节 软件系统设计方案由于本次设计中信号的采集、放大与转换都是由硬件电路完成的,所以需要编程实现的只有以下两部分:苏州大学本科生毕业设计(论文)第 9 页(1)对于 V/F 转换器输出端的频率信号进行数据处理,将其转换成 dB 值;(2)将转换好的 dB 值在 LCD12864 上显示出并指示出其所在声级范围。其程序流程图如图 2-2 所示。开始定时器 T0计数器 T1 初始化显示屏初始化读取计数值数据处理执行显示定时 1S?返回NY图 2-2 程序流程图
展开阅读全文
1
  金牌文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:论文模板(16届参考---吴文明)(11.23).doc
链接地址:http://www.gold-doc.com/p-289074.html
收起
展开