噪音檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究-畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、噪音檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究學(xué)生：XX 指導(dǎo)老師:XX內(nèi)容摘要：本文以AT89S52 單片機(jī)為控制核心,通過(guò)播音判斷電路尋找廣播間歇時(shí)段,實(shí)時(shí)采集噪聲環(huán)境內(nèi)的噪音信號(hào),根據(jù)A/ D 轉(zhuǎn)換后的噪音電平值計(jì)算出復(fù)雜環(huán)境下噪聲信號(hào)的平均功率;根據(jù)噪聲信號(hào)的功率大小自適應(yīng)地控制大廳環(huán)境內(nèi)的廣播音量,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜噪聲環(huán)境下自適應(yīng)音量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,性能良好,價(jià)格低廉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能,自適應(yīng)效果良好,性價(jià)比較高,具有良好的推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞: 語(yǔ)音判斷 噪音采集 自適應(yīng)音量控 AT89S52單片機(jī)An adaptive volume cont rol AT89S52 M

2、CU system based on noise collection is int Abstract：roduced. By looking forbroadcasting intermittent period using the voice judge circuit ,complicated noise signal at hall environment is sampledreal2time. Through A / D conversion and calculation ,the average power of noise signal can be measured. Ac

3、cording tothe average power of noise signal ,an adaptive volume cont rol system at complicated noise environment is designed. Thedesign of hardware and sof tware is simple and cost performance is good. Experimental result s show that the wholesystem can adaptive adjust s volume according to the envi

4、ronment noise signal , and it s engineering value is good.Keywords： voice detection noise sampling adaptive volume cont rol AT89S52目 錄前言21 硬件設(shè)計(jì)方案31.1 系統(tǒng)組成與工作原理31.2 系統(tǒng)組成框圖31.3 噪音檢測(cè)電路41.4 播音判斷電路41.5 A/ D 接口與CPU控制電路52 軟件設(shè)計(jì)方案62.1 軟件設(shè)計(jì)思路62.2 程序流程框圖62.3 程序源碼73 軟件綜合調(diào)試103.1 系統(tǒng)調(diào)試工具keil c51104 實(shí)驗(yàn)結(jié)果115 結(jié)束語(yǔ)12參考

5、文獻(xiàn)14III13噪音檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究前言 噪音能夠給人帶來(lái)生理上和心理上的危害主要有以下幾方面:a.損害聽(tīng)力b.噪音損害視力c.有害于人的心血管d.影響人的神經(jīng)系統(tǒng), 使人急躁、易怒e.影響睡眠, 造成疲倦。因此噪聲對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與控制在對(duì)人的身體健康和身心健康方面有著重要的作用，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境噪音的檢測(cè)與控制顯得尤其重要。 隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為智能噪音測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控功能的完善、測(cè)控精度的提高和抗干擾能力的增強(qiáng)等提供了條件。同時(shí)由于單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、抗干擾能力等優(yōu)于一般CPU的優(yōu)點(diǎn)，因此，在要求較高控制精度和較低成本的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，

6、往往采用單片機(jī)作為數(shù)字控制器取代模擬控制器。我國(guó)環(huán)境噪聲自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求已納人國(guó)家標(biāo)準(zhǔn), 國(guó)家環(huán)?？偩趾蛧?guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局在年頒布修改的聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量方法, 在測(cè)量?jī)x器中增加環(huán)境噪聲連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器, 并要符合有關(guān)規(guī)定。北京、上海、廣州等大城市目前已安裝丹麥公司生產(chǎn)的環(huán)境噪聲連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)的環(huán)境噪聲續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已有產(chǎn)品。 目前我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門的噪聲監(jiān)測(cè)儀器大部分都采用具有單片機(jī)處理功能的積分統(tǒng)計(jì)聲級(jí)計(jì), 屬便攜式儀器, 這些聲級(jí)計(jì)靈敏度隨氣壓、溫濕度而變化,影響測(cè)量精度, 需要經(jīng)常校準(zhǔn), 聲級(jí)計(jì)的關(guān)鍵部件傳聲器和整機(jī)不能在戶外長(zhǎng)期全天候的工作, 并需避雨雪、潮濕

7、、風(fēng)沙, 否則聲級(jí)計(jì)的測(cè)量精度明顯下降, 測(cè)量誤差會(huì)很大甚至停止工作。在車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共大廳環(huán)境內(nèi)均安裝有公共廣播系統(tǒng),主要用于廣播班次、通知等信息。然而大廳內(nèi)的噪音是各種不同頻率和強(qiáng)度聲音的無(wú)規(guī)則的組合,情況是復(fù)雜多變的,如旅客的嘈雜聲、機(jī)車的啟動(dòng)、進(jìn)站等大強(qiáng)度噪音均會(huì)對(duì)大廳廣播造成干擾,導(dǎo)致旅客聽(tīng)不清廣播信息。如果長(zhǎng)時(shí)間開大廣播音量則會(huì)引起聽(tīng)覺(jué)不適。如果手動(dòng)實(shí)時(shí)進(jìn)行音量調(diào)節(jié)也不太現(xiàn)實(shí)。通常,廣播語(yǔ)音信號(hào)是間斷的,而背景噪音在時(shí)間上多少是連續(xù)的;且聲音信號(hào)具有較寬的頻帶,但能量主要集中在800 Hz 以下,因此,采用電容駐極式無(wú)指向性MIC ,可以線性地將此頻段的聲波轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。根

8、據(jù)這些特點(diǎn),本文以AT89S52單片機(jī)為控制核心,通過(guò)在播音停頓間隙時(shí)刻采集噪音信號(hào),經(jīng)過(guò)A/ D 轉(zhuǎn)換后計(jì)算噪音平均功率;然后根據(jù)噪音功率大小,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)調(diào)節(jié)廣播音量控制系統(tǒng)。1 硬件設(shè)計(jì)方案 1.1 系統(tǒng)組成與工作原理 系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示。系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為控制核心。大廳內(nèi)的噪音信號(hào)被MIC 采集后,經(jīng)過(guò)放大、半波整流,濾波變成直流脈動(dòng)電壓信號(hào),然后通過(guò)A/ D 轉(zhuǎn)換形成數(shù)字噪音電平存入AT89S52 以備計(jì)算。取自大廳廣播功放輸出的播音信號(hào)經(jīng)過(guò)放大限幅、整流濾波后,再與設(shè)定值進(jìn)行二值比較,通過(guò)比較判斷出此時(shí)是否處于播音間隙。CPU 只在播音間隙時(shí)段啟動(dòng)A/ D

9、 轉(zhuǎn)換,也就是在這個(gè)時(shí)段大廳內(nèi)只有噪音,沒(méi)有播音,這樣就避免了MIC 將大廳播音也當(dāng)做環(huán)境噪音采入,保證了兩類音源的準(zhǔn)確區(qū)分。如圖2 所示。CPU 將采集到的最近100個(gè)噪音電平值進(jìn)行計(jì)算,得到平均噪音功率值,然后根據(jù)不同時(shí)刻的噪音平均功率大小控制繼電器,切換不同的衰減電阻接入到揚(yáng)聲器回路,最終實(shí)現(xiàn)音量的實(shí)時(shí)控制。 1.2 系統(tǒng)組成框圖AD轉(zhuǎn)換整 流濾 波放大電 路MICAT89C51功率輸出放大限 幅二值比較整 流濾 波 衰減電阻切換揚(yáng)聲器 圖1.2-1 系統(tǒng)框圖 1.3 噪音檢測(cè)電路由電容駐極式無(wú)指向性MIC 將噪音聲波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后,進(jìn)入運(yùn)放NE5532進(jìn)行信號(hào)放大。運(yùn)放使用12 V

10、直流電源,配合調(diào)節(jié)R13改變放大增益,使線性放大后的交流信號(hào)在- 6 + 6 V之間。放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)D11 、R17 組成的半波整流電路,檢出0 + 6 V 的直流脈沖信號(hào),再經(jīng)C14 濾除高次諧波后得到相對(duì)平滑的直流波動(dòng)電平。R17 與C14 組成的RC 時(shí)間常數(shù)約為0. 1 s ,能夠較快的反映出噪音信號(hào)的直流平均電壓, 保證了噪聲檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。同時(shí)0+ 6 V 的直流電壓將覆蓋ADC0809 的0 + 5 V 的A/ D轉(zhuǎn)換區(qū)域,基本滿足了轉(zhuǎn)換的電平需求。圖1.3-1 噪聲檢測(cè)部分電路 1.4 播音判斷電路 播音口取出音頻信號(hào),首先經(jīng)過(guò)運(yùn)放NE5532 放大限幅,然后通過(guò)由D21 、R

11、24 、C23 組成的半波整流濾波電路。與噪音檢測(cè)電路相似,完成對(duì)播音信號(hào)的直流轉(zhuǎn)換。LM393 構(gòu)成二值判決電路,調(diào)節(jié)R25 確定翻轉(zhuǎn)電平。當(dāng)LM393 的“ + ”腳電位高于“ - ”腳電位時(shí),LM393 輸出高電平;反之,輸出低電平。這樣,當(dāng)播音直流信號(hào)大于此判決閾值時(shí),LM393 輸出高電平即認(rèn)為此時(shí)正在播音;當(dāng)播音直流信號(hào)于此閾值時(shí),LM393 輸出低電平即認(rèn)為此時(shí)沒(méi)有播音,可以通知CPU 采集噪音值。圖1.4-1 播音判斷電路部分電路圖 1.5 A/ D 接口與CPU控制電路 A/ D 接口與CPU 控制電路如圖5 所示。本系統(tǒng)A/ D圖5 A/ D 接口與CPU 控制電路轉(zhuǎn)換采用

12、ADC0809; 74LS02 或非門為ADC0809 提供選通邏輯;AT89S52 的AL E 引腳為ADC0809 提供時(shí)鐘信號(hào);考慮到只有一路噪音模擬信號(hào)需要轉(zhuǎn)換, 故將ADC0809 的3 根地址線接地,即選擇通道0 的信號(hào)轉(zhuǎn)換;轉(zhuǎn)換結(jié)果送到AT89S52 的P0 口。LM393 的輸出接入AT89S52 的P3. 2 口,CPU 通過(guò)查詢此端口判斷是否可以啟動(dòng)A/ D 轉(zhuǎn)換。A T89S52 的P1. 5 、P1. 6 端口用于輸出控制信號(hào),控制繼電器的通斷,進(jìn)而切換不同電阻接入揚(yáng)聲器回路。圖1.5-1 A/ D 接口與CPU控制電路2 軟件設(shè)計(jì)方案 2.1 軟件設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)的軟件采

13、用C 語(yǔ)言編寫, 對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。為了方便程序調(diào)試和提高可靠性,軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法,主要包括初始化程序、主程序、定時(shí)中斷服務(wù)程序、各子程序模塊等。主程序完成系統(tǒng)初始化,查詢各種狀態(tài),打開多路轉(zhuǎn)換開關(guān)控制相應(yīng)操作等功能。 2.2 程序流程框圖初始化采樣根據(jù)功率切換電阻開始是否有更大噪音出現(xiàn)10秒到時(shí)立刻切換電阻圖2.2-1 程序流程圖 2.3 程序源碼#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define _Nop() _nop_() sbit D18B20=P37;sbit k1=P15;unsigned cha

14、r flag;unsigned char u,d=; void TempDelay (unsigned char us) while(us-);void Init18b20 (void) D18B20=1; _nop_(); D18B20=0; TempDelay(80); _nop_(); D18B20=1; TempDelay(14); _nop_(); _nop_(); _nop_(); if(D18B20=0) flag = 1; else flag = 0; TempDelay(20); _nop_(); _nop_(); D18B20 = 1;void WriteByte (uns

15、igned char wr) unsigned char idata i; for (i=0;i<8;i+) D18B20 = 0; _nop_(); D18B20=wr&0x01; TempDelay(3); _nop_(); _nop_(); D18B20=1; wr >>= 1; unsigned char ReadByte (void) unsigned char idata i; for(i=0;i<8;i+) D18B20 = 0; u >>= 1; D18B20 = 1; if(D18B20=1) u |= 0x80; TempDela

16、y (2); _nop_(); return(u);main() unsigned char a,b,c,j; while(1) Init18b20(); WriteByte(0xcc); WriteByte(0x44); Init18b20(); WriteByte(0xcc); WriteByte(0xbe); a=ReadByte(); b=ReadByte(); a=a>>4; b=b<<4; c=a+b; if(c>30) k1=0; else k1=1; for(j=0;j<250;j+) P0=dc/10; P2=0xe3; TempDelay

17、(100); P0=dc%10; P2=0xe7; TempDelay(100); 3 軟件綜合調(diào)試 3.1 系統(tǒng)調(diào)試工具keil c51 Keil C51 仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE 集成開發(fā)環(huán)境作為仿真環(huán)境的廉價(jià)仿真器，是利用SST公司具有IAP功能的單片機(jī)SST89C58制作而成，主要是利用了SST89C58的IAP功能，所謂IAP功能是In application program 的英文縮寫，是在應(yīng)用編程的意思，通俗一點(diǎn)講就是：它可以通過(guò)串口將用戶的程序下載到單片機(jī)中，可以通過(guò)串口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程。它之所以具有這種功能，實(shí)際上它有兩塊程序flash區(qū)，其中一塊flash

18、中運(yùn)行的程序可以更改另外的一塊程序flash區(qū)中的程序，正是利用這一特性才用它作成了仿真器，我們把仿真器的監(jiān)控程序事先燒入SST89C58，監(jiān)控程序通過(guò)SST89C58的串口和PC通訊，當(dāng)使用KEIL C51的IDE環(huán)境仿真時(shí)，用戶的程序通過(guò)串口被監(jiān)控程序?qū)懭雈lash程序區(qū)中，當(dāng)用戶設(shè)置斷點(diǎn)等操作仿真程序時(shí)，flash程序中的用戶程序也在相應(yīng)的更改，從而實(shí)現(xiàn)了仿真功能 。調(diào)試的主要方法 ：?jiǎn)?dòng)Keil c51新建一個(gè)工程。Project菜單New project ，選擇好我們要保存的文件夾后，鍵入Frist 保存。接著彈出CPU類型選擇框，我們選擇最常用的AT89C51,按確定。在工程中加入

19、文件。新建一個(gè)文件，文件菜單FileNew，我們?cè)龠x擇：文件菜單FileSave As? （另存為）彈出 對(duì)話框后，我們文件名框中鍵入First.c（注意文件后綴名是 .c）保存。C文件建好啦?，F(xiàn)在我們把文件加入到工程中去。 點(diǎn)擊Target 1前面的+號(hào)，右鍵單擊Source Group 1選擇Add Files to Group ，Source Group 1，選擇添加 Add。編譯運(yùn)行，檢查程序是否有錯(cuò)誤。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果單片機(jī)系統(tǒng)上電后,進(jìn)入初始化程序,完成片內(nèi)各模塊的設(shè)置、清存儲(chǔ)單元內(nèi)容、端口設(shè)定等初始化工作。然后進(jìn)入主程序,當(dāng)查詢到P3. 2 端口狀態(tài)為低即播音間歇期時(shí)啟動(dòng)A/ D 轉(zhuǎn)

20、換。在采集到100 個(gè)噪音電平后計(jì)算出這100 個(gè)電平的平均功率 7 。根據(jù)功率值的大小,通過(guò)P1. 5 、P1. 6 端口,切換接入揚(yáng)聲器回路的衰減電阻。具體阻值大小根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定?？偟膩?lái)說(shuō),如果噪音大,則串入電阻小,揚(yáng)聲器音量增大; 如果噪音小,則串入電阻大,揚(yáng)聲器音量減小。模糊音量控制規(guī)則如表1 所示 8 。程序中同時(shí)打開10 秒定時(shí)中斷,讓當(dāng)前的控制狀態(tài)保持10 s 。如果這10 s 內(nèi)有更大的噪音出現(xiàn)則馬上切換到新的狀態(tài)且再保持10 s ;如果這10 s 內(nèi)沒(méi)有更大的噪音出現(xiàn)則當(dāng)前狀態(tài)一直保持到10 s 結(jié)束,然后再根據(jù)新的噪音切換到新的狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)。軟件上這樣處理的優(yōu)點(diǎn)是音

21、量的調(diào)節(jié)不會(huì)過(guò)于頻繁,既照顧了聽(tīng)覺(jué)上的自然感,又能及時(shí)響應(yīng)突發(fā)大噪音的變化,實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)利用收音機(jī)在電臺(tái)盲區(qū)所發(fā)出的噪音來(lái)模擬環(huán)境噪聲,通過(guò)MIC 采集后送入本系統(tǒng);利用CD機(jī)播放一段沒(méi)有背景音樂(lè)的間斷語(yǔ)言信號(hào),通過(guò)功放放大后接入本系統(tǒng);然后本系統(tǒng)將經(jīng)過(guò)衰減理的語(yǔ)音功率信號(hào)接入揚(yáng)聲器。系統(tǒng)實(shí)物如圖7 所示。實(shí)驗(yàn)中采用DT2815 噪音計(jì)測(cè)量聲強(qiáng),收音機(jī)距離噪音計(jì)0. 5 m ,揚(yáng)聲器距離噪音計(jì)3 m ,實(shí)驗(yàn)者與噪音計(jì)處在同一位置。首先設(shè)定一個(gè)噪聲音量大小,噪音計(jì)測(cè)出相應(yīng)的分貝值;然后打開功放調(diào)節(jié)語(yǔ)音音量至能夠清晰聽(tīng)到為止,接著關(guān)掉收音機(jī),噪音計(jì)測(cè)出此時(shí)的語(yǔ)音分貝值。這樣

22、經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),即可得到噪聲大小與廣播音量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系和功放的最大輸出音量,就可確定圖5 中R31 和R32 的切換狀態(tài)。具體如表2 所示。最后同時(shí)打開收音機(jī)、功放和本系統(tǒng),并且實(shí)時(shí)調(diào)整收音機(jī)的噪音大小即可實(shí)現(xiàn)表2 所示的音量變化。由于每一組噪音采集和計(jì)算的時(shí)間不超過(guò)0. 3 s ,播音間隔時(shí)間一般不小于0. 4 s ,因此系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較好;而且本系統(tǒng)采用突發(fā)大噪聲的延時(shí)控制算法,聽(tīng)覺(jué)上感覺(jué)音量的過(guò)渡變化比較自然。 5 結(jié)束語(yǔ)初次看到本次的課程設(shè)計(jì)的題目時(shí)，感覺(jué)設(shè)計(jì)的難度不大，但是由于是第一次運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中又遇到了種種困難，又感覺(jué)到要完成此次設(shè)計(jì)還需要花費(fèi)很大的時(shí)間

23、和精力。但是經(jīng)過(guò)本組同學(xué)的共同努力，運(yùn)用科學(xué)的分析方法，最終順利完成了本次課程設(shè)計(jì)。生活也是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見(jiàn)證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義。我想說(shuō)，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂(lè)，在如今物欲很流的世界，很少有機(jī)會(huì)能與大自然親密接觸，但我們可以，而且設(shè)計(jì)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說(shuō)有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂(lè)在這里灑下，我感覺(jué)我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說(shuō)，設(shè)計(jì)確實(shí)很累，但當(dāng)我的設(shè)計(jì)出現(xiàn)成果時(shí)，心中也不免產(chǎn)生興奮，正所謂“三百六十行，行行出狀元”我認(rèn)為無(wú)論干什么，只要人生活的有意義就可以。同時(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一