智能分贝仪控制系统的设计

赵若妍

（南京师范大学附属扬子中学，南京 210048）

1 引言

工业革命以来，各种机械设备的创造和使用，给人类带来了进步，但同时也产生了越来越多的噪声污染。目前，噪声已成为污染人类社会环境的一大公害，严重危害到了人们的身心健康，被人称为“致人死命的慢性毒药”。为保护人类身体健康，本文设计一款可以测量噪声的仪器—智能分贝仪，可以预先设定噪音值，当周围环境噪音低于设定值时，绿灯闪亮，一切正常；当周围环境高于设定值时，红灯闪亮，表示已产生噪音污染，需要提醒大家注意。

2 控制系统工作原理的分析

智能分贝仪控制系统包括噪音接收模块、按键模块、存储模块、单片机模块、显示模块、报警模块，其原理方框图如图1所示。其中，噪音接收模块，将外界声音采集、放大、模数转化成数字信号送到单片机模块。按键模块，可以自主的设置分贝上限值。存储模块，可以存储噪音接收模块的声音信息和按键设置的声音上限值。单片机模块接收噪音接收模块的声音信号，并且送给显示模块显示，同时，单片机模块调用存储模块中的上限值信息，并与噪音接收模块的信息进行比较，如果超出上限值，则送信号给报警模块。显示模块，显示当前分贝值。报警模块，正常为绿灯闪亮，当接收到单片机送来的报警信号后，红灯闪亮，起提醒作用。

图1 系统方框图

3 硬件电路设计

本系统电原理图如图2所示。

噪音接收模块，采用驻极体麦克风作为声电转换器，由于麦克风的输出信号十分微弱，一般在mV 级别，且输出的信号一般会很大的噪声干扰，因此后续电路采用运放LM358 搭建两级放大电路。本文的一级放大倍数Av1=R3/R8+1=23；二级放大倍数Av2=R4/R6+1=7.8；所以二级放大电路的放大倍数Av=Av1×Av2=23*7.8=179.4。同时两级放大电路之间为阻容耦合，有滤波抗干扰的作用。将两级放大电路输出的模拟信号送入ADC0832芯片，将采集到声音信号转化为数字信号，送入单片机P3.6口。

按键模块，采用3个独立按键进行人机交互。按键通过一端连接单片机的I/O 口，一端接地。按键没有按下则I/O 默认高电平，当按下后I/O 口的电平为0。单片机可循环的检测I/O 口的低电平以此来判断是否有按键按下。

存储模块采用AT24C02芯片，AT24C02芯片将A0、A1、A2三个引脚都连接到GND，而WP 写保护引脚通用接到GND 上，以方便读/写操作。而SDA 和SCL 分别接到单片机的两个引脚上。

单片机模块采用STC89C51芯片，该芯片使用经典的MCS-51内核，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash。

显示模块，采用LCD1602液晶。在使用时候将D0-D7连接到51单片机的P0上方便进行数据的传输，而V0口接一个可调电位器，当调节电位器位置改变时，接入V0的电压也随之变化，进行显示的清晰度也随之变化。

报警模块，当测量的分贝值高于上限值时，P1.3低电平，红灯亮；当低于上限值时，P1.5低电平，绿灯亮。

图2 系统原理图

4 系统软件设计

上电后，对单片机和一些外围器件初始化。初始化完后进入死循环，程序会不断地进行循环达到实时监测执行的目的。循环中完成查看按键信息，如果按键动作则设置分贝上限值并显示，如果按键不动作，则读取噪声信息，判断读取的噪声信息是否超上限值，如果超过则红灯亮，如果不超过则绿灯亮。需要注意主函数中不宜放过多的代码，具体的代码一般都是采用函数进行封装然后在主函数进行调用，这样也可以方便阅读修改。具体流程如图3所示。仿真图如图4所示，调节输入电压以代替噪声信号，可以得出当前分贝数为66db，超出设定值60db，此时红灯报警灯亮。

5 仿真图和实物图

实物图如图5所示，表示按键设置状态，图5表明当前分贝上限值为60db。

图4 仿真图

图5 实物图

6 结束语

本文设计了以STC89C51为核心的智能分贝仪的控制系统，通过驻极体麦克风将声音信号转化为微弱电信号，通过两级放大将微弱电信号放大，通过ADC0832芯片，该信号转化为数字信号，送入单片机I/O 口；采用3个独立按键进行人机交互，分别实现设置、加1、减1功能；采用AT24C02芯片存储独立按键设置的上限值；STC89C51将接收到噪音信号与存储芯片内的上限值信号相比较，若低于上限值，则绿色灯亮表安全；若高于上限值，则红色灯表报警。本系统设计操作简单，准确度高，价格优惠，适合普遍推广。