1、I报告书题目名称： 噪 声 测 量 仪 组 名：电一 第六组 指导老师： XXXXXXXX 成 员： 王嘉伊 朱水仙 郭丽丽 刘瑞普 II2011 年 5 月噪声测量仪摘要：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III目 录一、系统设计 -11.1 基
2、本要求 -11.2 发挥部分 -1二、噪声简介 -22.1 噪声概念 -222 噪声对人的危害 -22.3 人对不同声强的感觉 -22.4 声压级测量机理 -3三、整体方案设计 -43.1 方案论证 -43.2 方案比较 -5四、单元模块设计 -64.1 高灵敏度电容式驻极体传声器 -64.2 前置放大器 -74.3 集成功放 LM386 放大器 -84.4 检波电路 -104.5 V/F 电压频率转换器 -114.6 单片机系统 -134.7 七段数码管显示器 -18五、软件设计 -21六、系统技术指标及精度和误差分析 -25七、设计小结 -26八、参考文献 -27附录 1（电路总图） -2
3、8附录 2（部分程序） -291一、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）.能测量固定声源的分贝值，测量范围达到 40100dB。2）.分辨率：0.1dB。3）.频率范围：3008000Hz 。4）.具有显示噪声分贝值的功能；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2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
4、静的图书馆里的说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，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
5、耳鸣、耳痛、听力损伤；噪声对视力的损害。 对人体的生理影响：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： 0dB32.4 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
6、压 P 的声压级表示成： dBPL)/lg(200其中，基准量 P0 为 20m Pa。当 P= P0 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）31.5
7、63 125 250 500A 声级校正量（dB）39.4 -26.2 -16.1 -8.6 -3.2倍频带中心频率（Hz）1k 2k 4k 8k 16kA 声级校正量（dB）0 1.2 1.0 -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。4方案：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
8、、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
9、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 3-1 方案整体方框四、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。54.1 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 上 ， 栅 极 与 源 极 之 间 接 有 一 个 二 极管
10、 。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
11、 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 NPN6集电极-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 B1
12、00-300 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，最后被放大的信号通过电容器 C1 加到下一级电路中。放大倍数 An 计算公式如下：A u=（ ）rbeRc其中 rbe=300+（1+）所以 Au 100（倍）74.
13、3 集成功放 LM386 放大器LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20 倍。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在 6V 电源电压下，它的静态功耗仅为 24mW,使得 LM386 特别适用于电池供电的场合。功率放大器的作用相当于扬声器的音量调节器。音频功率放大电路的作用主要是将信号处理器发送过来的信号功率放大，使其信号的功率达到设计要求。对该部分电路的要求是输出功率大。在电路设计过程中进行对比，通过比较发现 LM386 集成电路使用简单，基本没有外围器件，而且它还有体积小、电源范围宽、外接元件少、电压增益可调整、频率响应好、输出功率大、总谐波失真小等优点。因此选用 LM386 来组成音频功率放大电路。LM386 被广泛地应用在录音机和收音机音频放大、室內对讲机、红外线、超声波、小型马达驱动器等电路中。LM386 的引脚图如图 4-3 所示。图 4-3 LM386 引脚图其中 LM386 的内部方块图如图 4-4 所示。
