访问电脑版页面

导航:老古开发网手机版51单片机

基于89C51单片机的环境噪声测量仪

导读:
关键字:

常熟高等专科学校物理系(215500) 潘启勇
东南大学电子工程系(南京210096) 娄维鸿
常熟高等专科学校物理系(215500) 邬正义

摘 要 介绍了一种用单片机构成环境噪声测量系统的设计方法,给出了相关硬件框图和软件流程图。经校正测量误差小于1dB,测量范围为40~96dB,可用于一般环境下的噪声测量。

关键词 单片机    环境噪声    声压级     测量

    环境噪声监测,是人类提高生活质量,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。本文介绍一种以89C51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,经校验定标后能满足一般民用需要,可广泛应用于工矿企业、机关学校等需要对环境噪声进行测量和控制的场合。

1 声压级的测量机理

    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,将声压p的声压级表示成

         LP=20lg(p/p0) dB   (1)

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1给出倍频带中心频率与A声级的校正量之间的关系。

表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

63

125

250

500

A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

16k

A声级校正量(dB)

0

1.2

1.0

-1.1

-6.6

2 硬件电路构成

环境噪声测量仪的硬件结构原理框图见图1所示。

 图1 硬件原理框图

    环境噪声经高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。所用传声器频率特性在50~14000Hz范围内不均匀度小于1.5 dB,加防风罩、防雨罩后可用于室外测量。由运放LM324构成三级放大电路,精心调整相关外围元件参数,可使其幅频特性与A计权曲线相近。D1C1R1组成峰值检波网络,其输出直流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P3.4引脚,作为T0的计数脉冲。该转换电路线性良好,抗干扰能力强,输出频率范围在10~10000Hz以上,其变化比达103,优于普通8位并行A/D转换器,有利于提高系统的测量范围。图1中,Rs可用来调节增益偏差,改变输出频率。

    系统的核心部分是AT89C51单片机,其指令系统与MCS-51完全兼容,且片内带4kb的E2PROM,可以方便地构成一个最小测量系统。其P3.5引脚接入由NE555构成的定时器输出的100kHz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,即反映了所测声压的大小。经软件处理后,噪声声压级显示值由P1口输出,经74LS248译码再驱动两位4.572cm(1.8英寸)高亮度LED数码管显示,适当控制译码器使能端,使两数码管轮流发光实现动态显示,降低功耗。

3 软件设计

    环境噪声测量系统的软件采用模块化设计,由主程序、中断服务程序、查表子程序和显示子程序组成。各程序模块的流程图如图2所示。

    主程序处于循环工作状态,主要完成定时/计数器和中断系统的初始化,并循环调用查表和显示子程序。每当T1对外接100kHz时钟计数达0.5秒后,申请中断,CPU响应中断后即读取TH0、TL0两寄存器中的计数值,并重新初始化T0、T1,以便检测下一次的数据。

  图2 软件流程图

    值得指出的是,查表程序实现了计数值向声压级的转换。由式(1)知声压每增加12.2%,声压级增加1dB,因此T0计数值每增加12.2%,声压级增加1dB。在E2PROM中定义一张表格,每三个字节为一组数据,其中前两个字节为计数值,后一个字节为压缩BCD码表示的声压级值。调试时,参照精密声级计,读出某声压级所对应的计数值,从而确定表格中两参数的对应关系,当程序固化后,还可通过硬件电路对其进行调整。下面给出定义该表格的伪指令格式。

TAB:DB 1BH,0A0H,0BBH, ;表格上限



05H, 83H, 83H,
04H,0EAH, 82H,
04H, 61H, 81H,
03H,0E7H, 80H,
03H, 7AH, 79H,
03H, 19H, 78H,
02H,0C3H, 77H,
02H, 76H, 76H,



00H, 00H,0AAH ;表格下限

    其中,“0AAH”、“0BBH”两个数据经译码后分别显示下限标记“[”和上限标记“]”,表示超出测量范围。

    为了提高系统的抗干扰能力,除了在硬件上采取了相应的措施外,软件上采用了冗余设计法即重复重要的指令,未用空间设置空操作指令,以防止程序跳飞而死机。

4 结束语

    用国营江西红声器材厂生产的ND-2型精密声级计对系统进行校验,测量误差小于1dB,测量范围在40~96 dB之间,已满足一般环境下噪声的测量要求。

    (在仪器制作过程中,常熟高等专科学校物理系汪逸新高级工程师提出了很好的指导意见,常熟市卫生防疫站职业卫生科提供了校验仪器,在此表示深深感谢)

参 考 文 献

1 马大猷等. 声学手册. 北京:科学出版社, 1983

2 何立民. 单片机应用文集(1). 北京:北京航空航天大学出版社, 1991

3 周泽存. 检测技术. 北京:机械工业出版社, 1993

4 杨振江. A/D、D/A转换器接口技术及实用线路. 西安:西安电子科技大学出版社, 1996

5 蔡美琴等. MCS-51系列单片机系统及其应用. 北京:高等教育出版社, 1992

来源:   作者:  2006/9/25 16:50:53
栏目: [ 51单片机]

相关阅读

学C51的基础 11《 枚 举(enum) 》作者[cmh]©

16X2字符型液晶显示模块的驱动

C51怎样在绝对地址定义变量呢?  

AT89S52的中文简介

pdata型变量是如何分页的,如果我想把pdata型变量定义到eram的>256字节的高地址,怎样用P2口输入地址

有关单片机ALE引脚的问题

c51单片机实用通信协议

51内核8位单片机MAX7651的开发环境

学C51的基础 8 《 控制流程语句 》 作者[cmh]©

数字温度传感器DS18B20的原理与应用

51单片机与PC机通信的设计

volatile的作用是什么 作者[hudaidai]©

51单片机常见的7种时钟电路介绍

51单片机自然优先级与中断服务入口地址的设置

AT89C51单片机与74LS164动态显示接口

学C51的基础4 《 变 量 》 作者[cmh]©

51单片机实现显示器显示日历与时钟和温度的设计

学C51的基础5《 运算符 》 作者[cmh]©

如何利用MCS-51单片机对周期波频率进行测量

linux环境下如何开发51单片机 基于codeblocks和SDCC