基于單片機的噪音監(jiān)測系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u1899第1章緒論 340451.1背景 3142741.2設計依據 3157451.3設計內容 4124432.1系統(tǒng)組成 447912.2系統(tǒng)整體設計 58406第3章硬件電路設計 6258743.1系統(tǒng)原件原理圖 664813.2STC89C52 624323.3按鍵電路 10257223.4電源電路 1073573.5報警電路 1126333.6顯示電路 11268403.7聲音傳感器電路 12227903.8LED電路模塊 1283463.11ADC0832模數轉換電路 133698第4章軟件系統(tǒng)設計 1441884.1軟件主程序架構 1492284.2LCD流程圖 1583994.3聲音流程圖 17272524.4按鍵程序 18265764.5蜂鳴器報警流程圖 1923025第5章實物調試 20326905.1.3 22252045.1.4 2215369結論 23引言噪音是指那些聲調過強，會帶來不良影響的聲音。通俗的講就是我們不需要的聲音。從我國社會環(huán)境衛(wèi)生與保護管理的角度來講:凡是對生活正常進行造成阻礙的聲音,都屬于噪音。隨著社會和科技的發(fā)展,噪聲污染已經我們如今社會主要公害之一。人們已經形成共同認知需要保護環(huán)境和控制并減少噪聲。其這之中,對噪聲進行實時測量,是我們減少噪音任務的關鍵之一。隨著當前我國國民經濟社會的持續(xù)迅猛發(fā)展,經濟的高速發(fā)展進步與持續(xù)發(fā)展、人口密度的迅猛增長提升。在我國逐步實現(xiàn)小康社會之際，人們開始注重養(yǎng)生，更多的關注自己的身體。生活中出現(xiàn)了各式各樣的生活隔音配套設施。比如：無聲電吹風、無聲風扇、無聲空調、低噪的各種廚房設施等等。還有愈發(fā)先進好用的隔音耳塞等。音爆有很強的威力，可以輕易擊碎很多東西。如果噪聲一直存在我們身邊，就有如水滴石穿。會對我們造成不同程度的傷害。所以我們實現(xiàn)了對于空氣噪聲實時自動監(jiān)控、實時報警就顯得十分的重要。我們需要實時的獲取我們身邊的噪聲情況，并對這些噪聲進行準確的分析。我們要清楚的知道它的特性，才能更好的去防治和消除它。我們需要了解它不同時間，不同地點的變化情況。搞清楚不同的噪聲之間是否相互關聯(lián)，是否相互影響。所以我們需要更多的數據，更全面、更貼切我們生活的噪聲數據。所以，更小、更方便的噪聲檢測儀的設計很符合這種需求。只需要將檢測儀放置在當前環(huán)境，就能輕松完成對當前聲音的監(jiān)測和數值顯示。第1章緒論1.1背景隨著科技的進步，社會的發(fā)展,大家對影響自己生活的事物更加注意。無論身處何地，都會伴隨著噪聲。噪聲會影響我們正常的生活。如果在高分貝的地方待久了，人就會不適，比方說：高血壓、頭暈目眩、全身乏力等。人們對噪聲的防護意識日益提高，在生活中更多的去注意如何減少噪音的干擾。如吸音玻璃，吸音木材質。在馬路兩旁多種樹，建起隔音板等?；疖嚨缆穬膳院椭饕穬膳远紩懈粢舸胧?。對噪聲進行檢測，有利于我們更好的防治噪聲，能減少噪聲帶來的經濟損失和提高我們的生活質量。21世紀以來，噪聲污染一直得不到很好的治理，噪聲污染每年還是帶來很多的經濟損失。人們對噪聲愈發(fā)不滿，是被投訴最多的環(huán)境污染。測量儀的目的是能更好的知道我們身邊的聲音情況。只有更了解它，減少它，更好的治理它。1.2設計依據我們第一步就是要對核心進行選擇，C52無疑是我的最好選擇。它是我們用得比較多的一款。它價格相對低廉，它浩瀚的功能可以完成眾多要求。應對設計完全足夠了。聲音傳感器采用咪頭采集，再通過LM386放大。LM386是最符合這次設計的放大器，因為它能在5V的電壓下工作，用我們的電寶就可以使用。我只對聲音報警，兩個按鍵就夠用了。一個上調，再一個下調分貝報警?？梢赃x擇震動或者聲音來進行報警。震動不是那么容易注意到，所以選用聲音。選擇蜂鳴器來作為報警。當計算得的聲音分貝值已經大于了我自己設置的報警上限時,蜂鳴器就會得到一個來自于單片機送出的高電平,蜂鳴器就有可能會馬上向它們發(fā)出報警。為了知道準確的聲音數值，還需要一個顯示器。LCD1602就可以了。因為只有聲音的具體值和自己設定的報警值需要顯示而已。1.3設計內容這是一個基于單片機的環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)設計。本次設計采用STC89C52單片機作為處理器。主要是完成對聲音的檢測，并有顯示和報警的功能。要對聲音數值采集，使用咪頭采集聲音，AD轉換后，單片機就可以通過運算得出我們需要的分貝數值。分貝數值通過LCD1602顯示出來，這個數值是實時的，是當前環(huán)境的聲音的實時分貝值。報警部分包括按鍵設置，蜂鳴器。一開始我們用按鍵設定好報警的上限，再之后檢測分貝值是不是已經超過上限值，只要聲音分貝高于這個值，紅色LED燈馬上亮起，蜂鳴器也會隨之進行報警。到這里任務基本就已經完成了。第2章設計方案2.1系統(tǒng)組成環(huán)境噪聲檢測的設計思路，想清楚它整體框架，要完成的任務是什么，也就是設計有何功能。噪聲檢測就是對噪聲進行報警，儀器需要實時的檢測當前環(huán)境是否存在噪聲并進行響應，咪頭用來采集，蜂鳴器用來響應。它們是功能完成的體現(xiàn)。為了更好的觀察到聲音，所以需要顯示出來。選用LCD1602。第一個功能已完成，還有就是得報警。報警才能讓我們知道已經存在噪音。兩個按鍵設定好聲音分貝報警值，當環(huán)境中的聲音超過這個值后，蜂鳴器會響起。這就是報警功能。對功能進行的分析完成之后，就要選擇合適的硬件，并對電路進行構思。在單片機的選擇上，進行了一些對比之后，選擇物美價廉，我們更為熟悉的STC89C52單片機。他可以協(xié)調不同的傳感器還有外部設備。聲音傳感器選擇咪頭，放大器使用LM386。顯示用LCD1602。構成這系統(tǒng)的硬件的還有蜂鳴器和AD數模轉換。下面介紹一下它們是怎么工作的：對聲音的檢測還有對聲音的顯示和對聲音的報警是這一次設計的內容。STC89C52就是我們選用的處理器，它是核心，也是任務的大腦。檢測是對當前環(huán)境的聲音分貝數值檢測，LCD1602顯示檢測到的聲音分貝數，按鍵用于設置聲音分貝報警上限，紅色LED燈作為報警指示燈，蜂鳴器用于報警。對系統(tǒng)的設計，是參照以前學習的方法，使用思維導圖。將各個器件還有器件的功能不斷的發(fā)散，尋找它們有何相似的點，尋找它們的結合點。有效合理的進行排版。用更少的時間做更多的事情，大大的減少我們的工作量。還不會因為粗心而漏掉一些內容，保障了設計的完整。還能在選擇上，更容易發(fā)現(xiàn)最優(yōu)解，選擇最好的線路和最合適的東西。工作原理如圖2.1所示：圖2.1工作原理圖2.2系統(tǒng)整體設計往大了分這次設計是由：硬件和軟件兩個大的部分組成。往細一點說就是：各小的模塊一起完成任務。一開始，要對各種器材進行選擇。因為設計不僅僅是要完成自己想要完成的任務，還需要兼顧，設計要盡可能的簡單一些，太復雜可能自己都不會。還有就是得便宜一點，如果都不可以選用特別貴的器件，那這次的設計就不那么的居家和大眾化。太貴的器件，也支付不起，所以選擇方方面面都合適的器件。器件選擇完成后，就要對電路進行設計。提前做好設計，可以減少在焊接過程中的工作量，還能減少出錯。必須確保設計的電路是合理的，要它們能正常工作。這提前設計還能讓我們合理的使用電路板，這樣成品看著就更整潔干練，不是一團亂糟糟的東西。做完硬件，就要設計軟件的東西了。軟件就像給一輛汽車加滿油，或者說是發(fā)動機。這樣才能讓汽車跑起來，不然它就是一個空架子，有神而無魂。如我們老師說的，C語言是天下第一的語言，所以選用C語言來編寫軟件的這一部分。通過Kile完成語言的編寫后，將文件燒寫進入我們的單片機。還有小的模塊需要完成，其中為噪聲檢測、對按鍵的設定、報警。噪聲分貝值是檢測部分的檢測內容，這里噪聲檢測采用咪頭采集器，再經過LM386，經過AD轉換后才能將數據發(fā)給單片機。LCD1602是用來顯示的，計算得到的分貝數值會通過它顯示出來，就可以看到一個可以觀察到的聲音值。報警器的部分我們可以詳細劃分如下兩個，報警器數值的手動設置,蜂鳴器的自動音響報警。是要通過按鍵去調整分貝報警值的。該模塊用戶可以任意選擇一種采用噪聲蜂鳴器方式進行噪聲報警,紅色的LED的就是報警信號指示燈。

第3章硬件電路設計3.1系統(tǒng)原件原理圖顯示當前分貝數是使用LCD實現(xiàn)的，下面一行顯示分貝報警上限。單片機選用我們熟悉的STC89C52，它功能強大REF_Ref31449\n\h[1]。右下角為收集聲音的咪頭采集器。按鍵用來設定報警上限值，左鍵為上調右鍵為上調。聲音分貝數值通過AD轉換后，一系列的運算之后，然后就得到數值。蜂鳴器用于報警，2個LED燈分別表示聲音未超過設定值和聲音超過設定設定值。只需要5V的直流電就可以給系統(tǒng)供上電，像圖片3.1展示的這樣：圖3.1系統(tǒng)結構圖3.2STC89C52我們選用C52。這個東西它功耗特別特別的小，而且還有很強大的功能。它是很早以前美國一家特別厲害的公司出品的。以前是用于大的處理。現(xiàn)在可以小的系統(tǒng)也可以使用。它可以控制各式各樣的傳感器還有很多外部連接的設備。它能自己運算傳輸給它的數據，然后會做出一系列的響應。但是如果拿它來和現(xiàn)在的電腦進行比較的話，它只是一個小東西，它的功能會顯得特別渺小，也就能搞定那些相對簡單的東西。單片機能廣泛存在于我們的生活之中，很多用到的東西都使用它。那些帶有開關或者可以設定的東西嗎，都多多少少的會有單片機的存在。它還經常使用于很多需要更高級計算的儀器上邊，就連航天航空這些都會用到它。為了滿足迅猛發(fā)展的需要，對它的要求也隨之上升，所以出現(xiàn)了更厲害的單片機。把它和51單片機進行全面的比較，52的存儲空間比51的更大了，有了MCS-51的存在，還能進行更高的強度的運算。他擁有史無前例的32個I/O口，這就可以連接更多數量的外部連接儀器。FLASH還有8K的字節(jié)，它的計算能夠有更好的緩存。當RAM攜帶521字節(jié)之后，它的反應會更迅捷。C52的燒錄也更為簡便，運用TX以及RX這兩個端口，之后選用正確的編譯器就行了。它眾多的優(yōu)點無疑是我們選擇的第一位。3.2.1特點該單片在數控電機中所需要采用的計算機技術主要是經由中國宏晶科技公司所自主研發(fā)并推出的新型第二代低耗、高效的數控單片機,指令和可編程的電機代碼與目前我國常規(guī)傳統(tǒng)8051單片的數控電機代碼基本上完全相同,12時鐘/每個計算機的工作周期和6時鐘/每一個計算機的工作周期都使得你可以隨心地選擇。主要特性如下：增強型8051單片機,6個工作時鐘/一次工作處理周期的通用單片機,12個工作時鐘/一次工作處理周期的通用單片機讓您可以隨心所欲選用,指令集可編程執(zhí)行代碼與使用傳統(tǒng)8051。2.能提供用戶使用的應用空間為8k字節(jié)REF_Ref327\w\h[6]。3.片上集成512字節(jié)RAM。4.具有EEPROM功能。5.具有看門狗功能。6.16位自動定時器/自動計數器。即它的定時器為T0和T1還有T2。7.工作環(huán)境溫度適用區(qū)范圍:-40~+85℃(工業(yè)等級)/0~75℃(商務等級)。8.PDIP封裝。單片機的工作模式a.正常工作模式：典型功耗4Ma～7mAb.掉電喚醒模式：此時可由外部充電控制器自動中斷電源進行充電喚醒。3.22介紹這個作品用了擁有很多個引腳的單片機，它的引腳有40個那么多,并且這也是首次直接或內插式封裝方法用來進行數位密碼器的硬件封裝。單片機的兩個導線引腳間的連接就是聯(lián)通了單片傳感器等或單片的主機及其他傳感器等的外部設施。單片機利用了引腳這個渠道來與外面的設施完成交互的功能。畢竟引腳不是用不完的，這樣一來，我們就要合理的去利用這些引腳，對我們來說是特別棒的。增強單片機的可使用范圍是使用改良完善引腳的外形。并賦予引腳更多的用途的方法來實現(xiàn)的。引腳如圖3.2所示，也順帶說一說它們：圖3.2端口連接圖電源的重要端口：（1）40號管口就是VCC，在供電時，大多數情況下是連接正極的。它的大小在5伏上下波動。20號管口也就是VSS，但是它與40號管口不同，它的作用是與地相連，保證安全，它是與負極相連接起來的。（2）多功能I/O39號管腳也就是P0腳,它是作為八個管口中的漏極存在。如果要使用它，還得給它內部安裝上一個電阻，作用是牽引。正常就是用來將顯示屏和機器連起來的。它與P0到P0.7管口是一一對應的。端口P1到8，它們這八個管腳是兩個方向都連通的I/O口，外面的設施就可以用它完成與單片機的通信，它還有牽引的用途，它們和P1.1到P1.7管口是對應的。端口P22到27。這幾個也是兩個方向都連通I/O口，和上面說的端口一樣。端口P3的幾個管口。這些幾個引腳都基本應該確定是一個擁有里面的牽引和兩個方向相連通的I/O口。它甚至還有一些不同尋常的用處。（3）復用31號端口就是EA端口。這個端口也就是作為信號口的輸入或者輸出而存在的。它還可以與外面的設施相連接。但是這些都是有一定的前提的，需要它是低電平。存儲：單片機會將存儲分開來，當需要存儲一些大一點的數據的時候，會用ROM來。存儲那些小一點的數據的時候就RAM來。這也是比較有特色的一種設計了。復位：機器總會需要重啟的,有時候因為一些不確定的東西而需要再打開一次。就不用很麻煩的把電源都切斷了，或者自己將它再啟動一次。簡單的一個信號就能完美做到,只要需要，它就能夠跨過毛病，重新回到正常。這個東西太好用，還這么方便，是單片機驚艷的地方。3.2.2內部原理單片機看著只是一小塊東西，但它里面的組成很是復雜。它就算是一個很小很小的處理器，該有的東西它還是有的，那些基本的成分還是一個不落下的，處理器有的它也有。單片機內部如下圖3.3所示：圖3.3內部電路圖3.3按鍵電路這里就是簡單的兩個開關。它檢測的做法就是檢一下電平的高或低。我們要摁下去，這是需要一些時間的，這中間就可以會有一些誤差在。在弄按鍵程序的時候，加上一個函數，用來對它去抖。這樣一來誤差就會小一些。用按鍵去改變一開始的分貝值上限。按鍵1用來調高，按鍵2用來調低。按鍵電路如圖3.4所示： 圖3.4按鍵電路3.4電源電路電源這里通常來說是使用正五伏使它工作。這里面的電源的這個部分有兩個開關。電源插頭就是這里的開關座子的另一種說法。座子的2腳管口跟地連接在一塊，被用來固定的是3腳管口。將1腳管口和開關的3腳管口連起來。它們有相同作用的幾個管口，開關這邊的除了2和5腳管口，別的四個都是可以作為正極的。剩下的兩個管口，也是一樣的。都可以連接地。自己想用哪一邊就用哪一邊。要用1或者3口管腳當輸出的話，我們就用5腳管口去連接地。用2和4的話就用6去連接地就可以了。5V的電池就可以讓它工作了。電源電路如圖3.5所示：圖3.5電源電路3.5報警電路這個地方有3個器件構成，第一個為電阻，第二個為三極管，第三個是蜂鳴器。這里邊三極管連接一個蜂鳴器的管口,蜂鳴器的另一個管口得與地連接。這樣做是讓蜂鳴器能正常的響起。電路中電流不能夠支持蜂鳴器的工作，得需要三極管將電流進行放大之后才可以。三極管還能限制電流，只有需要報警的時候，才放大。在這個時候蜂鳴器就可以響起，完成它報警的任務。報警電路如圖3.6所示：圖3.6報警電路3.6顯示電路首先檢測到并得到一個聲音報警信號后當采集器收到之后,單片機在其控制的電視顯示器上就會自動地分別顯示當前的聲音分貝和如何設定聲音報警的數值。為了方便和更好的觀察聲音的數值，顯示這里我們用LCD就可以了。LCD可以說是我們最常見的了。它不大的體積能讓我們更好的設計，能顯示的東西也不算少，對聲音數值的顯示不在話下。LCD有上下兩行來顯示。我用上邊這行顯示檢測的聲音，這個數據是實時的。下邊這一行就顯示設定的分貝報警數值就行了。LCD引腳如圖下3.7所示：圖3.7LCD電路圖3.7聲音傳感器電路音頻信號放大芯片：LM386(可以放大200至20倍)的工作電壓：3.3V-5.3V產品尺寸：39.0mm*21.0mm固定孔尺寸：2.0mm工作原理：LM386是一種主要采用交流音頻源的集成式內鏈功率增益放大器,具有自己的電源功耗較低、更新時間和內鏈功率增益不易被自動調整、電源電路輸出的交流電壓諧波區(qū)域響應范圍較大、外部元件連接到的元件總線數量少和總線的諧波功率失真較小等幾大特性。它們主要用于適合廣泛應用于各種類型低電壓和高消耗型電子產品。為了盡量使外圍電路元件輸出數量最少,電壓上的增益時間應設定為20。在1腳和8腳之間分別添加一只外部電路連接的輸入電阻和一個外部電容,便于你可以把輸入電壓的外部增益電平調到200以內的任何一個增益值。此設計種沒有運用到。7引腳和GND連接接一個旁路電容C進行濾波。圖3.8聲音傳感器電路3.8LED電路模塊本次設計采用直插式LED燈，分別使用紅綠兩種顏色的LED燈，分貝值不超過設定時綠燈常亮，超過設定的值后紅燈亮。原理如圖3.9所示：圖3.9LED電路圖3.9單片機的下載我們能通過很多渠道來獲得這個單片機的代碼。能用串口進行下載，當然CH340也是可以的。還有用MAX232的。我用的是特有的下載方法來下載這個。它沒有雜亂的過程，直接放在下載器它就能夠完成。3.11ADC0832模數轉換電路ADC0832是一種由中國一家基于美國國家半導體公司專門自主研制開發(fā)和設計制造的8位半導體高分辨率、雙通道和超高頻數字a/d以及數字信號串行輸入的微轉換器和數字控制處理系統(tǒng)的集成芯片。由于它的技術產品由于體積小,兼容性,性價比高而廣泛地深深的與人接觸而受到各類大型通用智能單片機的產品設計技術愛好者和產品制造商及其產品生產加工企業(yè)的普遍性和歡迎,其目前也已經在國內市場上完全具備了非常高的技術產品質量市場占有率和應用普及度。ADC0832應用原理框圖如圖3.12所示：圖3.12ADC0832應用原理框圖第4章軟件系統(tǒng)設計4.1軟件主程序架構結束了硬件的工作，也完成了對它相應的調試后。還得設計一下軟件這一塊的東西。把它們預置為初始狀態(tài)，咪頭采集器，LCD，LED，蜂鳴器。接下來讓這些東西運作起來，完成它們要完成的工作。按照這些順序運作：LCD初始化，咪頭采集器檢測當前分貝數值。按鍵自動配置設定分貝噪聲報警的音量上限。當分貝超過規(guī)定分貝的限值時,蜂鳴器自動發(fā)出報警,紅色的LED也會常亮。流程如圖4.1所示：圖4.1系統(tǒng)流程圖4.2LCD流程圖LCD有16個引腳，其中RS、RW的值控制單片機對它的讀寫REF_Ref941\w\h[5]：如圖4.2所示圖4.2讀寫LCD1602液晶顯示器在模塊開始繼續(xù)執(zhí)行一個應用程序執(zhí)行指令之前大都需要先對顯示模塊的兩個標志位作一做忙碌的信號,只有等到當其中一個忙信號標志位已經變成了低穩(wěn)壓電平時,這才足以代表模塊可以重新開始繼續(xù)執(zhí)行一個程序指令。LCD1602要顯示字符時，就要獲得該字符的現(xiàn)實的RAM地址。它內部的一個通用控制指令寄存器中還包含有11條新的控制指令,其中主要包括清幕,光標的自動移位等。本次設計LCD是起顯示作用的，當電流通過的時候，剛開始的時候把屏幕預置為初始狀態(tài)，在上面的數字都消失，會把之前存儲的東西也清理掉。單片機和它兩者相互通信,顯示亮度和內容是可以改變,通過單片機就能完成。經過一定程度的延時,數據會被放倒操作里邊,LCD會把檢測出來的分貝值和設定的那個聲音報警值顯示出來。同時，設定聲音分貝報警值的時候，LCD也會同步更新。寫入內容的指令是經過單片機實現(xiàn)的。LCD得到指令后，就會把指令需要它展現(xiàn)的東西展現(xiàn)出來。顯示流程如圖4.2所示：圖4.2顯示流程圖4.3聲音流程圖當聲音采集到當前的數據后，把模擬量傳輸給ADC0832進行處理，然后會進行初始化后，必須對它進行選擇，因為它是有兩個通道的。這里我選用的是0通道，還得進行數據的讀取，這里面的信息都會被轉成數字，轉換為現(xiàn)在的電壓的數值。聲音流程如圖4.3所示：圖4.3聲音流程圖4.4按鍵程序按鍵的存在是為了改變聲音分貝報警的值。它的運作的方式并不是是對高電平進行排查，而是對低電平。這次我只是用了兩個按鍵而已，主要是因為我只需要將聲音分貝報警的值調高或者調低就行了。操作運作的不同是因為用了兩個不一樣的函數，在這里還需要注意一點，一定要使誤差變得最低，為了達到這個目的就弄了一個延時的東西。它設置噪聲分貝報警上限。流程圖如下：圖4.4按鍵子程序4.5蜂鳴器報警流程圖我們會在開始的時候預先設置一個聲音分貝數值，經過檢測之后，看看它有沒有超過我自己設的這一個值。這里可以讓循環(huán)函數來完成，它會幫我們算出這個值是不是已經超過一開始設定的那個值。如果當前的聲音超過了一開始的值，這時LED就會常亮。蜂鳴器發(fā)出嗚嗚的聲音。報警流程如圖4.5所示：圖4.5蜂鳴報警器流程圖第5章實物調試5.1實物的展示與調試5.1.1開機后，屏幕里下面點的一行是我自己設定的聲音分貝報警值，上面點的一行是我們當前環(huán)境的聲音分貝值。目前來看，聲音沒有超過我設的80分貝，所以綠色的LED是常亮的，蜂鳴器也沒有動靜。如圖5.1實物