1、噪音檢測報警系統的設計與研究學生：XX 指導老師:XX內容摘要：本文以AT89S52 單片機為控制核心,通過播音判斷電路尋找廣播間歇時段,實時采集噪聲環境內的噪音信號,根據A/ D 轉換后的噪音電平值計算出復雜環境下噪聲信號的平均功率;根據噪聲信號的功率大小自適應地控制大廳環境內的廣播音量,實現了復雜噪聲環境下自適應音量控制系統。該系統的硬、軟件設計簡單,性能良好,價格低廉。實驗結果表明,該系統實現了預期功能,自適應效果良好,性價比較高,具有良好的推廣價值。關鍵詞: 語音判斷 噪音采集 自適應音量控 AT89S52單片機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 硬件設計方案31.1 系統組成與工作原理31.2 系統組成框圖31.3 噪音檢測電路41.4 播音判斷電路41.5 A/ D 接口與CPU控制電路52 軟件設計方案62.1 軟件設計思路62.2 程序流程框圖62.3 程序源碼73 軟件綜合調試103.1 系統調試工具keil c51104 實驗結果115 結束語12參考

5、文獻14III13噪音檢測報警系統的設計與研究前言 噪音能夠給人帶來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.影響人的神經系統, 使人急躁、易怒e.影響睡眠, 造成疲倦。因此噪聲對環境的監測與控制在對人的身體健康和身心健康方面有著重要的作用，加強對環境噪音的檢測與控制顯得尤其重要。 隨著傳感器技術、微電子技術、單片機技術的不斷發展，為智能噪音測控系統測控功能的完善、測控精度的提高和抗干擾能力的增強等提供了條件。同時由于單片機具有集成度高、功能強、體積小、價格低、抗干擾能力等優于一般CPU的優點，因此，在要求較高控制精度和較低成本的工業測控系統中，

6、往往采用單片機作為數字控制器取代模擬控制器。我國環境噪聲自動連續監測系統的技術要求已納人國家標準, 國家環保總局和國家質量監督檢驗檢疫總局在年頒布修改的聲環境質量標準及測量方法, 在測量儀器中增加環境噪聲連續自動監測儀器, 并要符合有關規定。北京、上海、廣州等大城市目前已安裝丹麥公司生產的環境噪聲連續自動監測系統。國產的環境噪聲續自動監測系統已有產品。 目前我國環境監測部門的噪聲監測儀器大部分都采用具有單片機處理功能的積分統計聲級計, 屬便攜式儀器, 這些聲級計靈敏度隨氣壓、溫濕度而變化,影響測量精度, 需要經常校準, 聲級計的關鍵部件傳聲器和整機不能在戶外長期全天候的工作, 并需避雨雪、潮濕

7、、風沙, 否則聲級計的測量精度明顯下降, 測量誤差會很大甚至停止工作。在車站、碼頭、機場等公共大廳環境內均安裝有公共廣播系統,主要用于廣播班次、通知等信息。然而大廳內的噪音是各種不同頻率和強度聲音的無規則的組合,情況是復雜多變的,如旅客的嘈雜聲、機車的啟動、進站等大強度噪音均會對大廳廣播造成干擾,導致旅客聽不清廣播信息。如果長時間開大廣播音量則會引起聽覺不適。如果手動實時進行音量調節也不太現實。通常,廣播語音信號是間斷的,而背景噪音在時間上多少是連續的;且聲音信號具有較寬的頻帶,但能量主要集中在800 Hz 以下,因此,采用電容駐極式無指向性MIC ,可以線性地將此頻段的聲波轉換為電平信號。根

8、據這些特點,本文以AT89S52單片機為控制核心,通過在播音停頓間隙時刻采集噪音信號,經過A/ D 轉換后計算噪音平均功率;然后根據噪音功率大小,設計并實現了自適應調節廣播音量控制系統。1 硬件設計方案 1.1 系統組成與工作原理 系統組成框圖如圖1 所示。系統采用AT89S51單片機作為控制核心。大廳內的噪音信號被MIC 采集后,經過放大、半波整流,濾波變成直流脈動電壓信號,然后通過A/ D 轉換形成數字噪音電平存入AT89S52 以備計算。取自大廳廣播功放輸出的播音信號經過放大限幅、整流濾波后,再與設定值進行二值比較,通過比較判斷出此時是否處于播音間隙。CPU 只在播音間隙時段啟動A/ D

9、 轉換,也就是在這個時段大廳內只有噪音,沒有播音,這樣就避免了MIC 將大廳播音也當做環境噪音采入,保證了兩類音源的準確區分。如圖2 所示。CPU 將采集到的最近100個噪音電平值進行計算,得到平均噪音功率值,然后根據不同時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聲器回路,最終實現音量的實時控制。 1.2 系統組成框圖AD轉換整 流濾 波放大電 路MICAT89C51功率輸出放大限 幅二值比較整 流濾 波 衰減電阻切換揚聲器 圖1.2-1 系統框圖 1.3 噪音檢測電路由電容駐極式無指向性MIC 將噪音聲波轉換為電壓信號后,進入運放NE5532進行信號放大。運放使用12 V

10、直流電源,配合調節R13改變放大增益,使線性放大后的交流信號在- 6 + 6 V之間。放大后的信號經過D11 、R17 組成的半波整流電路,檢出0 + 6 V 的直流脈沖信號,再經C14 濾除高次諧波后得到相對平滑的直流波動電平。R17 與C14 組成的RC 時間常數約為0. 1 s ,能夠較快的反映出噪音信號的直流平均電壓, 保證了噪聲檢測的實時性。同時0+ 6 V 的直流電壓將覆蓋ADC0809 的0 + 5 V 的A/ D轉換區域,基本滿足了轉換的電平需求。圖1.3-1 噪聲檢測部分電路 1.4 播音判斷電路 播音口取出音頻信號,首先經過運放NE5532 放大限幅,然后通過由D21 、R

11、24 、C23 組成的半波整流濾波電路。與噪音檢測電路相似,完成對播音信號的直流轉換。LM393 構成二值判決電路,調節R25 確定翻轉電平。當LM393 的“ + ”腳電位高于“ - ”腳電位時,LM393 輸出高電平;反之,輸出低電平。這樣,當播音直流信號大于此判決閾值時,LM393 輸出高電平即認為此時正在播音;當播音直流信號于此閾值時,LM393 輸出低電平即認為此時沒有播音,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A/ D圖5 A/ D 接口與CPU 控制電路轉換采用

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

13、用C 語言編寫, 對單片機進行編程實現各項功能。為了方便程序調試和提高可靠性,軟件采用模塊化結構程序設計方法,主要包括初始化程序、主程序、定時中斷服務程序、各子程序模塊等。主程序完成系統初始化,查詢各種狀態,打開多路轉換開關控制相應操作等功能。 2.2 程序流程框圖初始化采樣根據功率切換電阻開始是否有更大噪音出現10秒到時立刻切換電阻圖2.2-1 程序流程圖 2.3 程序源碼#include#include#define _Nop() _nop_() sbit D18B20=P37;sbit k1=P15;unsigned char flag;unsigned char u,d=; void

14、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 (unsigned char wr) unsigned char ida

15、ta i; for (i=0;i= 1; unsigned char ReadByte (void) unsigned char idata i; for(i=0;i= 1; D18B20 = 1; if(D18B20=1) u |= 0x80; TempDelay (2); _nop_(); return(u);main() unsigned char a,b,c,j; while(1) Init18b20(); WriteByte(0xcc); WriteByte(0x44); Init18b20(); WriteByte(0xcc); WriteByte(0xbe); a=ReadByt

16、e(); b=ReadByte(); a=a4; b=b30) k1=0; else k1=1; for(j=0;j250;j+) P0=dc/10; P2=0xe3; TempDelay(100); P0=dc%10; P2=0xe7; TempDelay(100); 3 軟件綜合調試 3.1 系統調試工具keil c51 Keil C51 仿真器是一款利用KEIL C51 的IDE 集成開發環境作為仿真環境的廉價仿真器，是利用SST公司具有IAP功能的單片機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

17、文縮寫，是在應用編程的意思，通俗一點講就是：它可以通過串口將用戶的程序下載到單片機中，可以通過串口對單片機進行編程。它之所以具有這種功能，實際上它有兩塊程序flash區，其中一塊flash中運行的程序可以更改另外的一塊程序flash區中的程序，正是利用這一特性才用它作成了仿真器，我們把仿真器的監控程序事先燒入SST89C58，監控程序通過SST89C58的串口和PC通訊，當使用KEIL C51的IDE環境仿真時，用戶的程序通過串口被監控程序寫入flash程序區中，當用戶設置斷點等操作仿真程序時，flash程序中的用戶程序也在相應的更改，從而實現了仿真功能 。調試的主要方法 ：啟動Keil c5

18、1新建一個工程。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。在工程中加入文件。新建一個文件，文件菜單FileNew，我們再選擇：文件菜單FileSave As? （另存為）彈出 對話框后，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。現在我們把文件加入到工程中去。 點擊Target 1前面的+號，右鍵單擊Source Group 1選擇Add Files to Group ，Source Group 1，選擇添加 Add。編譯運行，檢查程序是否有錯

19、誤。4 實驗結果單片機系統上電后,進入初始化程序,完成片內各模塊的設置、清存儲單元內容、端口設定等初始化工作。然后進入主程序,當查詢到P3. 2 端口狀態為低即播音間歇期時啟動A/ D 轉換。在采集到100 個噪音電平后計算出這100 個電平的平均功率 7 。根據功率值的大小,通過P1. 5 、P1. 6 端口,切換接入揚聲器回路的衰減電阻。具體阻值大小根據現場試驗確定。總的來說,如果噪音大,則串入電阻小,揚聲器音量增大; 如果噪音小,則串入電阻大,揚聲器音量減小。模糊音量控制規則如表1 所示 8 。程序中同時打開10 秒定時中斷,讓當前的控制狀態保持10 s 。如果這10 s 內有更大的噪音

20、出現則馬上切換到新的狀態且再保持10 s ;如果這10 s 內沒有更大的噪音出現則當前狀態一直保持到10 s 結束,然后再根據新的噪音切換到新的狀態。如此循環往復。軟件上這樣處理的優點是音量的調節不會過于頻繁,既照顧了聽覺上的自然感,又能及時響應突發大噪音的變化,實現了調節的實時性。系統實驗中,通過利用收音機在電臺盲區所發出的噪音來模擬環境噪聲,通過MIC 采集后送入本系統;利用CD機播放一段沒有背景音樂的間斷語言信號,通過功放放大后接入本系統;然后本系統將經過衰減理的語音功率信號接入揚聲器。系統實物如圖7 所示。實驗中采用DT2815 噪音計測量聲強,收音機距離噪音計0. 5 m ,揚聲器距

21、離噪音計3 m ,實驗者與噪音計處在同一位置。首先設定一個噪聲音量大小,噪音計測出相應的分貝值;然后打開功放調節語音音量至能夠清晰聽到為止,接著關掉收音機,噪音計測出此時的語音分貝值。這樣經過多次試驗,即可得到噪聲大小與廣播音量的對應關系。通過這種對應關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。具體如表2 所示。最后同時打開收音機、功放和本系統,并且實時調整收音機的噪音大小即可實現表2 所示的音量變化。由于每一組噪音采集和計算的時間不超過0. 3 s ,播音間隔時間一般不小于0. 4 s ,因此系統的實時性較好;而且本系統采用突發大噪聲的延時控制算法,聽覺上感覺音量

22、的過渡變化比較自然。 5 結束語初次看到本次的課程設計的題目時，感覺設計的難度不大，但是由于是第一次運用單片機設計，在設計過程中又遇到了種種困難，又感覺到要完成此次設計還需要花費很大的時間和精力。但是經過本組同學的共同努力，運用科學的分析方法，最終順利完成了本次課程設計。生活也是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次課程設計，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今物欲很流的世界，很少有機會能與大自然親密接觸，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，設計確實很累，但當我的設計出現成果時，心中也不免產生興奮，正所謂“三百六十行，行行出狀元”我認為無論干什么，只要人生活的有意義就可以。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。某個人的離群都可能導致導致整項工作的失敗。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結