环球信息:环境噪声测量仪的方案是怎么设计的？

最近这段时间总有小伙伴问小编环境噪声测量仪的方案设计是什么，小编为此在网上搜寻了一些有关于环境噪声测量仪的方案设计的知识送给大家，希望能解答各位小伙伴的疑惑。

【资料图】

　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。D1、C1、R1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。

环球信息:环境噪声测量仪的方案是怎么设计的？

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