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)IAn adaptive volume cont rol AT89S52MCl

2、System based on noisecollection is intAbstract : roduced. By looking forbroadcasting intermittent period using thevoice judge circuit ,complicated no ise sig nal at hall en vir onment issampledreal2time. Through A / D conv ersi on and calculati on ,the average powerof noise signal can be measured. A

3、ccording tothe average power of noise signal ,an adaptive volume cont rol system at complicated no ise en vir onment is desig ned.Thedesig n of hardware and sof tware is simple and cost performa nee is good.Experime ntal result s show that the wholesystem can adaptive adjust s volume according to th

4、e environment noise signal , and it s engin eeri ng value is good.Keywords： voice detection noise sampling adaptive volume cont rol AT89S523前言 11 硬件設(shè)計(jì)方案 21.1 系統(tǒng)組成與工作原理 21.2 系統(tǒng)組成框圖 21.3 噪音檢測(cè)電路 31.4 播音判斷電路 31.5 A/ D 接口與CPU空制電路 42軟件設(shè)計(jì)方案 52.1 軟件設(shè)計(jì)思路 52.2 程序流程框圖 52.3 程序源碼 63軟件綜合調(diào)試 93.1系統(tǒng)調(diào)試工具keil c51 94 實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果 105 結(jié)束語(yǔ) 11參考文獻(xiàn) 13噪音檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究刖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

6、低成本的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，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)保總 局和國(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

7、作，并需避雨雪、潮濕、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) 引起聽覺不適。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

8、聲波轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。根據(jù)這些特點(diǎn),本文以AT89S5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AT89S5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

9、動(dòng)A/ D轉(zhuǎn)換,也就是在 這個(gè)時(shí)段大廳內(nèi)只有噪音，沒有播音,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)換二值*比較* AT89C51F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直流電源,配合調(diào)節(jié)R13改變放大增益，使線性放大

10、 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。F?6-TE.R51 J- 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、R24、C23組成的半波整流濾波電路。與噪音檢測(cè)電路相

11、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)丄M393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) 丄M393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) 丄M393輸出低電平即認(rèn)為此時(shí)沒有播音,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 ADC0809; 74LS02或非門為ADC0809提供選通邏輯；AT89S5

12、2 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。s:E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)

13、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 程序流程框圖開始圖2.2-1程序流程圖2.3程序源碼#in clude<reg52.h>#i nclude<i ntri ns.h>#defi ne _Nop() _nop_()sbit D18B20=P3A7;sbit k仁 P1A5;un sig ned char flag;un sig ned char u,d=;void TempDelay (un sig ned char us)while(us-);void I

14、n it18b20 (void)D18B20=1;_nop_();D18B20=0;TempDelay(80);_nop_();D18B20=1;TempDelay(14);_nop_();_nop_();_nop_();if(D18B20=0)flag = 1;elseflag = 0;TempDelay(20);_nop_();_nop_();D18B20 = 1;void WriteByte (un sig ned char wr)un sig ned char idata i;for (i=0;i<8;i+)D18B20 = 0;_nop_();D18B20=wr&0x0

15、1;TempDelay(3);_nop_();_nop_();D18B20=1;wr >>= 1;un sig ned char ReadByte (void)un sig ned char idata i;for(i=0;i<8;i+)D18B20 = 0;u >>= 1;D18B20 = 1;if(D18B20=1)u |= 0x80;TempDelay (2);_nop_();return(u);mai n()un sig ned char a,b,c,j;while(1)In it18b20();WriteByte(0xcc);WriteByte(0x44

16、);In it18b20();WriteByte(Oxcc);WriteByte(Oxbe);a=ReadByte();b=ReadByte();a=a>>4;b=b<<4;c=a+b;if(c>30)k仁0;elsek1=1;for(j=0;j<250;j+)P0=dc/10;P2=0xe3;TempDelay(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 c51Keil 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

17、單片機(jī)SST89C5制作而成，主要是利用了 SST89C5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)SST89C5的串口和PCS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

18、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CP類型選擇框，我們選擇最常用的AT89C51按確定。在工程中加入文件。新建一個(gè)文件， 文件菜單File New我們?cè)龠x擇：文件菜單File Save 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 Sour

19、ce 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)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

20、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)是音量的調(diào)節(jié)不會(huì)過(guò)于頻繁，既照顧了聽覺上的自然感，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C軌播放一段沒有背景音樂的間斷語(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)

21、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

22、. 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,聽覺上感覺音量的過(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，又感覺到要完成此次設(shè)計(jì) 還需要花費(fèi)很大的時(shí)間和精力。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，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，多少人間歡樂在這里灑下，我感 覺我和同學(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