【導讀】噪聲對人體健康有著嚴重的危害，因此減少噪聲危害已成為當前一項重要的任務。設計以AT89C51單片機為核心、采用A/D轉換技術、無線傳輸技術的環(huán)境噪聲檢測儀，實現(xiàn)環(huán)境噪聲的實時測量和報警提示，給出噪聲水平的大致指示。噪聲通過聲音傳感器。處理后與PTR2020無線模塊進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。發(fā)送后的信號被無線接收器接收，然后把接收到的信號送到終端顯示電路，從而實驗噪聲的遠程檢測和報警顯示。噪聲檢測系統(tǒng)的發(fā)展狀況及趨勢··························································5. 城市區(qū)域噪聲標準····················································&#

　　

【正文】 動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 埠，而且功耗更低。 本文采用的是動態(tài)顯示。 顯示電路采用 3 位共陰極 LED 數(shù)碼管，其電路圖如圖 315 所示 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 30 圖 315 顯示電路 分析圖 315 可知，數(shù)碼管的陽極，即標有 a,b,c,d,e,f,g,h 的引腳全部連接在一起與器件鎖存器 74HC573 的數(shù)據(jù)輸出端相連接，鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機的 P0 口相連接，由于 P0 口的輸出電流較小無法達到工作的要求所以連接一個 10k 的上拉電阻。數(shù)碼管中 WE1， WE2， WE3 是他們的位選段，與器件 U3 鎖存器 74HC573 相連，其數(shù)據(jù)輸入口也與單片機的 P0 口相連控制哪一個數(shù)碼管發(fā)光。兩個鎖存器的鎖存端分別與單片機的 和 相連。單片機可以控制鎖存器的鎖存端進而控制鎖存器的數(shù)據(jù)輸出，這種分時控制的方法可方便的控制人意的數(shù)碼管顯示任意的數(shù)字 系統(tǒng)電源 任何設備的正常工作都離不開供電單元，電源的選用是必須考慮的。電源的供電方式種類繁多，采用單電源方案還是多電源方案，采用開關電源供電還是電池 (或充電電池 )供電等。系統(tǒng)設計中選用的單片機標準工作電壓是 5V，無線收發(fā)模塊的工作電壓也都是 5V。因此選擇單電源供電方式。另外，開關電源通過市電給系統(tǒng)供電，但紋波效應比較嚴重，無法提供精度較高的直流電壓；電池供電，特別是充電電池的使用，能夠 克服開關電源紋波效應同時在斷電情況下依然可以為系統(tǒng)持續(xù)供電。因此選擇電池作為系統(tǒng)電源。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 31 第 4 章 噪聲檢測系統(tǒng)的軟件設計 軟件開發(fā)語言及開發(fā)平臺 軟件開發(fā)語言 C 語言是一種通用的計算機程序設計語言，既可以編寫計算機的系統(tǒng)程序，也可以 編寫一般的應用程序。由與匯編語言程序在可讀性和可移植性方面有很多缺陷，而且調試和查錯也很困難，因此為提高單片機應用程序的編寫效率，采用高級語言是一種很好的選擇。 C 語言具有一般高級語言的特點，又能直接對計算機硬件進行操作，表達和運算 能力也比較強，可方便地移植到各種型號計算機上 [22]。 本課題是用單片機得 C51 語言進行軟件編程 Keil C51 語言是 ANSIC 的基礎上針對 51 單片機的硬件特點進行的擴展，并向 51 單片機上移植，經過多年的努力， C51 語言已經成為公認的高效、簡潔而又接近 51 單片機的實用高級編程語言。 用 C51 語言進行單片機得軟件開發(fā)具有如下優(yōu)點： （ 1）可讀性好。 C51 語言程序比匯編程序的可讀性好，因而編程效率高、程序便于修改。 （ 2）模塊化開發(fā)與資源共享。用 C51 開發(fā)出來的程序模塊化可以不經修改，直接被其他項目所用，這使 得開發(fā)者能夠很好的利用已有的大量標準 C 程序資源與豐富的庫函數(shù)，減少重復勞動。 （ 3）可移植性好。為某種型號單片機開發(fā)的 C 語言程序，只需與硬件相關處和編譯連接的參數(shù)進行適當修改，就可以方便地移植到其他型號的單片機上。 . （ 4）生成的代碼效率高。當前較好的 C51 單片機編譯系統(tǒng)編譯出來的代碼效率只比直接使用匯編語言低 20%左右，如果使用優(yōu)化編譯選項，效果會更好。 軟件開發(fā)平臺 uVision2 Keil 公司目前已經推出了 以上版本的 C51 編譯器，為 51 單片機軟件開發(fā)提供了全新的 C 語言環(huán)境，同時保留了 匯編代碼高效、快速的特點?，F(xiàn)在 Keil C51 已經完全集成到一個功能強大的全新集成開發(fā)環(huán)境（ IDE） uVision2 中，該開發(fā)環(huán)境下集成了文件編譯處理、編譯鏈接、項目管理、窗口、工具引用和仿真軟件模擬器，所有這些功能均可在 KeiluVision2 提供的開發(fā)環(huán)境中極為簡便進行操作。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 32 KeilC51 一般簡寫為 C51，指的是 51 單片機編程所有的 C 語言；而 KeiluVision2 指的是用于 51 單片機得 C51 程序編寫、調試的集成開發(fā)環(huán)境。 圖 41 uVision2開發(fā)環(huán)境界面 使用 KEIL 軟件做項目時的開發(fā)步 驟和其他軟件開發(fā)步驟相差不多，其 C 語言程序的開發(fā)步驟如下： (1)創(chuàng)建一個項目，在器件數(shù)據(jù)庫中選擇目標芯片，配置相關工具軟件設置，添加 一個 File 到項目工程中，保存項目； (2)使用 C 語言編寫源程序； (3)用項目管理器構造應用，編譯程序； (4)糾正源文件中的錯誤，重新編譯，直至沒有錯誤為止； (5)調試鏈接后的應用，生成 HEX文件 (HEX文件是可直接下載到單片機中的文件類型 )。 u Vision2 軟件提供了強大的項目管理功能，可以非常方便地進行結構化多模塊程序設計。 u Vision2 軟件內部集成源程序 編輯器，它允許用戶在編輯源程序文件時設置調齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 33 試斷點，方便程序調試過程中的快速檢查和修改程序 。其內部集成器件數(shù)據(jù)庫存儲了多種不同型號單片機的片上資源信息，通過它可以自動設置 CX51 編譯器、 AXS 1 宏匯編器、BL51/LX51 連接定位器以及調試器的默認選項，充分滿足用戶利用特定單片機上集成外圍功能的要求內部集成源級瀏覽器，利用符號數(shù)據(jù)庫中詳細的符號信息，使用戶可以快速瀏覽源文件，并優(yōu)化用戶的變量數(shù)據(jù)存儲器。此外還提供了文件查找功能、用戶菜單接口，而且還支持軟件模擬仿真和用戶目標板調試兩種工作方式。 系統(tǒng)的 軟件設計 分析單片機的系統(tǒng)功能可知，它是數(shù)據(jù)采集模塊的主控制器，主要完成對環(huán)境噪聲信號的采集，通過信號放大，然后通過無線收發(fā)模塊傳送給終端單片機處理。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，單片機的軟件設計部分主要包括主程序設計、信號模數(shù)轉化程序設計和串行通信程序設計以及報警檢測程序設計。 主程序設計 主程序設計部分主要完成系統(tǒng)的初始化和數(shù)據(jù)的采集以及按需要調用各個子程序模塊的任務，將其組成一個有機統(tǒng)一的整體。主程序流程框圖 42，系統(tǒng)上電復位后，單片機首先初始化系統(tǒng)，然后軟件查詢接收器是否發(fā)送命令信號。若接收器未發(fā)送 開始命令信號，系統(tǒng)返回初始化程序繼續(xù)重新執(zhí)行；若接收器發(fā)送開始命令信號，則發(fā)送器將收到采集信號的命令，首先讀取程序設定的采樣周期，然后調用串行通信子程序，將采集的數(shù)據(jù)傳送給接收器，接收器與發(fā)送器之間的數(shù)據(jù)傳輸通過延時順利完成。接收機發(fā)送結束命令信號則發(fā)送器停止噪聲信號的采集；若接收器未發(fā)送結束命令信號，則發(fā)送機將繼續(xù)循環(huán)采集 [18]。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 34 開 始系 統(tǒng) 初 始 化接 收 器 發(fā) 開 始命 令發(fā) 送 器 讀 取 采 樣 周期讀 數(shù) 據(jù) 采 集 子 程 序延 時接 收 器 發(fā) 結 束命 令結 束NYNY 圖 42 主程序框圖 數(shù)據(jù)處理程序設計 在數(shù)據(jù)處理模塊中，主要是對噪聲信號的采集，采集后進行信號的放大， 由 ADC0804進行模數(shù)轉換，采用軟件延時方法讀取轉換結果并按順序存入下位機中。具體轉換過程如圖 43所示。該模塊主要部分為 A/D 轉換子程序。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 35 開 始CS片 選發(fā) 送 時 鐘 信 號選 擇 輸 入 形 式讀 出 字 節(jié)字 節(jié) 數(shù) 據(jù) 校 驗將 值 送 入 指 定寄 存 器返 回 數(shù) 據(jù) 圖 43 A/D轉換流程圖 串行通信程序設計 串行通信模塊的程序設計主要是上下位機之間的通信，即兩個單片機間的通信。程序在 u Vision3 中編寫編譯，調試成功后使用下載軟件 通過串口將程序寫入到單片機中，給單片機上電即可 運行程序。 串行通信一般有異步通信和同步通信兩種基本通信方式。同步方式用十傳輸速度高且硬件復雜的情況。在異步通信時，數(shù)據(jù)時按一幀的格式傳送的，每一串行幀的數(shù)據(jù)格式由 1個起始位， 58位數(shù)據(jù)位， 1個奇偶校驗位 (可省 )和 1個停止位四部分組成 (劉艷玲2020) 系統(tǒng)采用雙機通信方式，單片機時鐘振蕩頻率為 ，采用 SMOD=0 單倍 方式，串行口以方式 1 工作，定時器 T1 以方式 2 工作。發(fā)送與接收端單片機分別通過 無線收發(fā)模塊連接起來，假設發(fā)送端單片機 AT89C52（ 1）為 A機，接收端單片機 AT89C52齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 36 （ 2）為 B機，兩機之間數(shù)據(jù)傳輸采用串行通信方式。通信協(xié)議約定如下：設置 a機與 B機間的通信波特率為 9600bit/s： A 機發(fā)送數(shù)據(jù)， B 機接收數(shù)據(jù)，雙方在收發(fā)數(shù)據(jù)時使用查詢方式：數(shù)據(jù)幀格式 8個數(shù)據(jù)位， 1個停止位，無奇偶校驗位，起始位一直存在。串行通信程序主要由串行口初始化程序、發(fā)送程序和接收程序組成。串口初始化主要實現(xiàn)串口的打開以及規(guī)定上下位機的通信協(xié)議 。發(fā)送和接收程序則實現(xiàn)上位機發(fā)送開始命令后，下位機發(fā)送數(shù)據(jù)和上位機接收數(shù)據(jù)的功能。串行通信程序流程圖如圖 44 所示。首先下位機發(fā)握手信號，請求上位機應答，上位機 收到握手信號后發(fā)送應答信號，下位機收到上位機的命令后開始傳送數(shù)據(jù)，當上位機收到最后一個數(shù)據(jù)應答后，上下位機之間的通信到此結束。 開 始定 時 器 初 始 化串 口 初 始 化發(fā) 握 手 信 號等 待 接 收 命 令命 令 收 到發(fā) 送 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 完 成結 束YY NN 圖 44串行通信流程圖 報警檢測程序設計 報警單元部分實現(xiàn)聲音報警和地點顯示報警。參考第二章系統(tǒng)硬件設計部分圖 321單片機 AT89C53 通過它的 腳為蜂鳴器提供控制輸入信號，此電路為系統(tǒng)提供聲音報警。報警檢測程序流程圖如圖 45 所示，系統(tǒng)上電后，先進行初始化操作，接著循環(huán)檢測口 與 、 口是否為低電平，不為低，則繼續(xù)檢測 。為低電平則延時 3秒再次對 腳檢測，檢測結果與上次檢測相同，則啟動蜂鳴器進行聲音報警，同時齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 37 調用液晶顯示程序顯示噪聲分貝。 采 集 來 的 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 較 正超 限 ？顯 示報 警 報 警 處 理返 回NY 圖 45報警檢測流程圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 38 第 5 章 系統(tǒng)性能測試 在完成了無線環(huán)境噪聲報警系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計之后，就是對已經設計的軟硬件系統(tǒng)進行模擬調試，對本論文而言，主要有硬件調試和軟件調試，硬件軟件結合調試，組成系統(tǒng)進行聯(lián)合調試，檢驗其系統(tǒng)的各個模塊是否能正常工作。 在完成無線環(huán)境噪聲報警控 制器的總體設計、各功能模塊設計之后，另一個重要的工作就是加工設計與產品調試。產品調試包括硬件調試、軟件調試和模擬運行。模擬運行是將硬件和軟件結合，組成系統(tǒng)進行聯(lián)合調試，檢驗其整體性能，為產品投放市場做準備。（準備刪掉） 硬件調試 按照產品的要求畫出系統(tǒng)的完整電路圖，并制成 PCB 電路板。確認印制電路板與元件選擇準確無誤后，就可以對無線噪聲報警控制器硬件部分的各個模塊進行調試。調試內容包括電源調試和功能調試。 電源調試在系統(tǒng)上電之前先檢查各個芯片的電源線是否與指定的電壓輸入口相連，地線是否與總的數(shù)字地或 模擬地相連，并確認沒有出現(xiàn)電源線與地線短接的情況。然后給整個系統(tǒng)上電，檢查各個芯片上的電源電壓是否符合要求，如果出現(xiàn)芯片異常發(fā)熱的情況，就必須立刻切斷電源，重新檢查電路，直至完全達到要求為止。 其他各個功能部分的檢查，通過一些小的調試程序來進行。對顯示部分，主要是向顯示寄存區(qū)寫入一串字符，看其是否可以正常的顯示出來；對存儲器，主要實現(xiàn)信息的存儲與調用；對時鐘基準，主要看時間設置與運行是否準確。（未改動） （ 2）無線通信部分調試 對于單片機和 PTR2020 無線收發(fā)模塊的調試，主要集中在 PTR2020 模塊和單片 機與其接口電路的調試上。以下是在調試中遇到的問題及解決方法。 PTR2020 模塊的簡單測試過程 發(fā)射一方：固定為發(fā)射方式， TXEN 為高， PWR 為高，通過單片機串口向 PTR2020一直發(fā)送數(shù)據(jù)。建議發(fā) ASCII，如字符“ A”。 接收一方：固定為接收方式， TXEN 為低， PTR 為高，接收到的數(shù)據(jù)通過終端裝置可以顯示數(shù)據(jù)。 （ 2） PTR2020 對電源的要求 采用開關電源會增加誤碼率。即使用線性電源或電池供電，也應考慮電路其他部分產生的噪聲影響。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 39 亂碼問題的解決方法 檢查試驗方法是否合理，包括傳輸速度、傳輸條 件等。 系統(tǒng)的電源不要用開關電源。 在檢查時，手不可以觸摸高頻部分即芯片和外圍元件。 電 壓 值 與 傳 輸距 離 無 關 ，經 測 試 最佳 電 壓 是 ， 最 佳 數(shù)據(jù) 傳 輸 率~。 同一塊 PTR 由接收轉為發(fā)射需要 3ms，由電平控制 TXEN 腳，高為發(fā)射，低為接收。 無線通信部分的功能調試在仿真軟件 WAVE 的視窗環(huán)境下調試程序。在調試無線通訊模塊時，主要驗證其發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的準確性 。對于時鐘基準，主要看設置的定時時間是否準確 。對于與人機交互部分的接口電路主要看串行接口能否正確的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。（準 備刪掉） 軟件調試 系統(tǒng)以單片機 C51 語言編程，在 u Vision2 集成環(huán)境中完成軟件的編譯與調試，其工作窗口如降 } 51 所示。軟件編程中，應首先完成各個模塊的編程與調試，然后進行裝置調試。最后進行聯(lián)機調試，它是系統(tǒng)調試最重要的環(huán)節(jié)，也是系統(tǒng)是否成功的關鍵所在。程序編譯通過后，信息提示框給出編譯結果 :0 錯誤， 0 警告，此時方可將程序寫到單片機中去。 AT89C52 單片機在系統(tǒng)可編程，可以使用 STCISP V35 下載軟件通過 計算機串口將程序寫入到單片機中，程序下載界面如降 }51所示 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 40 圖 51 程 序寫入到單片機中 在 Step 1 中選擇單片機型號 :AT89C52 Step2 中點擊 Open File 按鈕，選擇程序調試通過后生成的 HEX 文件 。Step3 中選擇計算機 COM 口 (本臺 PC 的 COM 為串口 2)和波特率 (一般選擇 115200bps)。 Step4 中各項選擇系統(tǒng)默認值 。Steps 中點擊 Download/下載按鈕，到此 STCISP V35 下載軟件窗口設置完畢。點擊下載按鈕之后打開單片機開發(fā)板的電源開關，下面的消息提示框顯示已加密，表示程序下載完成。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 41 結 論 本文是以 AT89C52 芯片為主控芯片， 聲音傳感器用電阻應變片式傳感器，主要作用是將聲音信號轉換為電信號進行傳輸和檢測，由于聲音傳感器屬于電阻應變片式傳感器產生的電壓（流）等電學物理量的信號值都相當微弱的，難以帶動執(zhí)行機構去實現(xiàn)控制動作，所以要結合放大電路一起使用。無線傳輸部分采用 PTR2020 進行無線發(fā)送和無線接收。并用 Protel 軟件進行電路圖的繪畫并生成 PCB 板和用 Protues 軟件進行電路功能的仿真。 放大器選擇是 NE5532， NE5532 是一種雙運放高性能低噪聲運算放大器 。 相比較大多數(shù)標準運算放大器，它顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅動 能力和相當高的小信號和電源帶寬。這使該器件特別適合應用在高品質和專業(yè)音響設備，儀器和控制電路和電話通道放大器。 一般逐次比較型 A/D 轉換器用得較多， ADC0804 就是這類單片集成 A/D 轉換器。無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 PTR2020 采用抗干擾能力較強的 FSK 調制方式，其工作射頻穩(wěn)定可靠、外圍元件少、功耗極低且便于設計生產，這些優(yōu)異特性使得 PTR2020 非常使用于便攜及手持產品。終端顯示是利用數(shù)碼管的動態(tài)顯示驅動 本控制器雖然解決了有線報警系統(tǒng)的硬件故障率高、導線布置困難的問題，但是考慮到無線通信抗干擾能力相對較差的問題 ，一旦碰到強干擾源，系統(tǒng)可能失去報警和檢測功能，在以后的研究中還需要進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由于網絡的迅猛發(fā)展，可以將獨立的報警系統(tǒng)連成網絡，通過局域網向統(tǒng)一的控制中心報警。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 42 參考文獻 [1] 李華 . 環(huán)境 信息虛 化及其在環(huán)境噪聲監(jiān)測管理上的應用 [D]. 哈爾濱： 東北林業(yè)大學