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1 引 言
環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè),是人類提高生活質(zhì)量,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),在各大城市的繁華街區(qū)和居民區(qū),已有大型環(huán)境噪聲顯示器豎立街頭。但目前國(guó)內(nèi)的便攜式噪聲測(cè)試儀,多為價(jià)格昂貴的進(jìn)口設(shè)備,除衛(wèi)生、計(jì)量等環(huán)保專業(yè)部門擁有外,無法作為民用品推廣普及。本文介紹一種以89C51單片機(jī)為核心,采用V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)成的低成本、便攜式數(shù)字顯示環(huán)境噪聲測(cè)量?jī)x。該儀器工作穩(wěn)定、性能良好,經(jīng)校驗(yàn)定標(biāo)后能滿足一般民用需要,可廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、機(jī)關(guān)、學(xué)校等需要對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行測(cè)量和控制的場(chǎng)合。
2 聲壓級(jí)的測(cè)量機(jī)理
人耳的聽閾一般是20μPa,痛閾一般是200 Pa,其間相差107倍,這樣寬廣的聲壓范圍很不易測(cè)量,而且人耳對(duì)聲壓的相對(duì)變化的分辨具有非線性特征。因此,聲學(xué)中常用聲壓級(jí)Lp來反映聲壓的變化,將聲壓p的聲壓級(jí)表示成
Lp=20 lg(p/p0) ?。╠B)(附)
其中:基準(zhǔn)量p0為20μPa。當(dāng)p=p0時(shí),Lp=0 dB,而當(dāng)p=200 Pa時(shí),Lp=140 dB。
用聲級(jí)計(jì)可以測(cè)量聲壓級(jí),采用1 kHz純音輸入0.2 s到0.25 s或0.5 s以上,即可得到真實(shí)聲壓級(jí)或平均聲壓級(jí)。考慮到人耳對(duì)不同頻率的響度感覺,在噪聲測(cè)量中,常取40phon等響曲線的反曲線對(duì)聲壓級(jí)進(jìn)行計(jì)權(quán)校正,即用 A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得A聲級(jí),寫成dB(A)。附表給出倍頻帶中心頻率與A聲級(jí)的校正量之間的關(guān)系:
3 硬件電路構(gòu)成
環(huán)境噪聲測(cè)量?jī)x的硬件結(jié)構(gòu)原理見圖1:
圖1 硬件原理圖
環(huán)境噪聲經(jīng)高靈敏度、無指向性駐極體傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。所用傳聲器頻率特性在50~14 000 Hz范圍內(nèi)不均勻度小于1.5 dB,加防風(fēng)罩、防雨罩后可用于室外測(cè)量。三級(jí)放大電路由運(yùn)放LM324構(gòu)成,精心調(diào)整相關(guān)外圍元件參數(shù),可使其幅頻特性與A計(jì)權(quán)曲線相近。D1、C1、R1組成峰值檢波網(wǎng)絡(luò),其輸出直流電平反映了噪聲聲壓的大小。
由LM331構(gòu)成電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路,輸出的頻率信號(hào)變成TTL電平送給單片機(jī)的P3.4引腳,作為T0的計(jì)數(shù)脈沖。該轉(zhuǎn)換電路線性良好,抗*力強(qiáng),輸出頻率范圍在10~10 000 Hz以上,其變化比達(dá)103,優(yōu)于普通8位并行A/D轉(zhuǎn)換器,有利于提高系統(tǒng)的測(cè)量范圍。圖1中,Rs可用來調(diào)節(jié)增益偏差,改變輸出頻率。
系統(tǒng)的核心部分是AT89C51單片機(jī),其指令系統(tǒng)與MCS-51*兼容,且片內(nèi)帶4kB的E2PROM,可以方便地構(gòu)成一個(gè)zui小測(cè)量系統(tǒng)。其P3.5引腳接由NE555構(gòu)成的定時(shí)器輸出的100 kHz方波,通過T1中斷去控制T0定時(shí)計(jì)數(shù)。從T0端輸入的計(jì)數(shù)脈沖頻率,也反映了所測(cè)聲壓的大小。經(jīng)軟件處理后,噪聲聲壓級(jí)顯示值由P1口輸出,經(jīng) 74LS248譯碼再驅(qū)動(dòng)兩位1.8 in高亮度LED數(shù)碼管顯示,適當(dāng)控制譯碼器滅燈端,使兩數(shù)碼管輪流發(fā)光實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示,降低功耗。
4 軟件設(shè)計(jì)
環(huán)境噪聲測(cè)量系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì),由主程序、中斷服務(wù)程序、查表子程序和顯示子程序組成。各程序模塊的流程圖如圖2所示:
主程序處于循環(huán)工作狀態(tài),主要完成定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)的初始化,并循環(huán)調(diào)用查表和顯示子程序。每當(dāng)T1對(duì)外接100 kHz時(shí)鐘計(jì)數(shù)達(dá)0.5 s后,申請(qǐng)中斷,CPU響應(yīng)中斷后即讀取TH0、TL0兩寄存器中的計(jì)數(shù)值,并重新初始化T0、T1,以便檢測(cè)下一次的數(shù)據(jù)。
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