基于单片机噪声检测报警系统的设计.doc
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基于单片机噪声检测报警系统的设计.doc
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毕业设计(论文)
题目:
噪声检测报警系统的设计
噪声检测报警系统的设计
摘要:
凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音,以及对人们要听的的内容产生干扰的声音,都可当成是噪声。
噪声不仅对人体健康有着严重的危害,而且影响着人们的日常生活。
因此,加强环境噪声监测并想办法减少噪声危害,就成了提高人类生活质量的一项当前非常重要的任务。
单片机具有体积小、功能强、可靠性好以及价格低等优势。
其在电子产品中的应用已经变得越来越广泛,其中就包括噪声检测和控制。
本设计采用ST89C51单片机作为运算、控制核心,通过检测噪声传感器返回的信号以及人体红外感应器所感应的信号,来判断周围的环境噪声的大小以及是否有人的存在,进而实现噪声的监控与报警。
利用AT89C51单片机来对温度进行控制,具有控制方便、设计简单、灵活性强等优点,可以大幅度提高产品的质量和数量。
另外,本次设计的系统还可以根据实际的需要加以扩展以实现更多的功能。
关键词:
单片机传感器噪声检测报警器
指导老师签名:
Thedesignofthenoisedetectionalarmsystem
Studentname:
ZhangChengClass:
1082022
Supervisor:
LiJunHua
Abstract:
Thatinterferewiththevoiceofthepeopletorest,studyandworknormal,andthepeoplewanttolistentothecontentoftheinterferenceofsound,canbeasnoise.
Noisehasseriousharmtohumanbodyhealthnotonly,butalsoaffectsPeople'sDailylife.Therefore,tostrengthenenvironmentalnoisemonitoringandtofindawaytoreducethenoisehazards,istoimprovethequalityofhumanlifewithacurrentimportanttask.
SCMhassmallvolume,strongfunction,goodreliabilityandlowpriceadvantage.Itsapplicationintheelectronicproductshasbecomemoreandmorewidely,includingnoisedetectionandcontrol.ThisdesignUSESAT89C51asthecontrolcore,operations,bydetectingthereturnedsignalofsensorsandnoiseinducedbythehumanbodyinfraredsensorsignal,todeterminethesizeofthesurroundingenvironmentnoiseandwhetherthepresenceofsomeone,torealizenoisemonitoringandalarm.
UsingAT89C51tocontroltemperature,easycontrolandsimpledesign,strongflexibility,etc,cangreatlyimprovethequalityandquantityoftheproduct.Inaddition,thedesignofthesystemcanalsoaccordingtotheactualneedtobeextendedinordertorealizemorefunctions
Keywords:
singlechipmicrocomputersensornoisedetectionalarm
SignatureofSupervisor:
目录
1、绪论
1.1噪声的基本介绍 1
1.2课题意义 2
1.3课题的分析 2
2、系统设计方案
2.1设计方案 3
2.2设计任务 3
2.3方案设计思想 3
3、硬件部分
3.1AT89C51芯片 4
3.2电源电路 6
3.3复位电路 6
3.4晶振电路 7
3.5蜂鸣器警报电路 8
3.6声音检测传感器 8
3.7人体红外感应传感器 10
3.8系统整体电路图 14
4、软件的实现
4.1编程KEIL环境介绍 15
4.2程序流程图 16
5、系统调试与分析
5.1调试分析的一般过程 17
5.2硬件调试 17
5.3软件调试 18
5.4调试故障及原因分析 18
5.6测试结果分析 19
5.7实物连接图 19
结论 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
南昌航空大学科技学院2014届学士学位论文
1、绪论
1.1噪声的基本介绍
1.1.1噪声的定义
在物理学上,噪声被定义为发声体做无规则振动时发出的声音。
而生理学则认为, 凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音,以及对人们要听的声音产生干扰的声音,都可视为噪声。
从这个意义上来说,噪音的来源有很多,如菜市场的喧闹声、广场上的嘻闹声、建筑工地的轰鸣声、以及汽车鸣笛的声音,都可认为是噪声。
在通信领域,能量场扰动信号传输,称为噪声。
来源可以来自于内部系统这一领域,也可以在外部环境。
典型的噪声有白噪声和热噪声,噪声强度表示为信号噪声比(SNR,Signal-To-NoiseRatio)。
1.1.2噪音影响
①干扰休息和睡眠、影响工作效率:
干扰休息和睡眠;使工作效率降低。
②在高频率之噪音下,超过了听觉器官容忍极限,对耳朵会有痛感产生,让人厌恶,不耐烦,工作效率低,且易怒急燥,食欲不振及消化不良等症状。
③强噪声会妨碍食物的消化,影响胎儿发育,噪声也可使视功能发生异常变化,影响视力,此外,噪声还是癌症的诱发因素之一。
噪声会损害人体的正常免疫功能,使免疫系统处于麻痹状态,导致癌细胞乘机作祟,引发癌症。
1.1.3噪声的利用
噪声虽然令人反感。
但是,随着现代科技的进步,噪声也被用来服务当今社会。
即使噪音是世界四大公害之一,但它的功能不容小觑。
在生活中可以利用噪声的地方有很多,比如,除草、发电、制冷、除尘利用价值敌、诊病以及有源消声等。
1.1.4噪声的控制
(1)吸声降噪吸声降噪是一种在传播途径上控制噪声强度的方法。
物体的吸声作用是普遍存在的,吸声的效果不仅与吸声材料有关,还与所选的吸声结构有关。
这种技术主要用于室内空间。
(2)消声降噪消声器是一种既能使气流通过又能有效地降低噪声的设备。
通常可用消声器降低各种空气动力设备的进出口或沿管道传递的噪声。
例如在内燃机、通风机、鼓风机、压缩机、燃气轮机以及各种高压、高气流排放的噪声控制中广泛使用消声器。
不同消声器的降噪原理不同。
常用的消声技术有阻性消声、抗性消声、损耗型消声、扩散消声等。
(3)隔声降噪:
把产生噪声的机器设备封闭在一个小的空间,使它与周围环境隔开,以减少噪声对环境的影响,这种做法叫做隔声。
隔声屏障和隔声罩是主要的两种设计,其他隔声结构还有:
隔声室、隔声墙、隔声幕、隔声门等。
1.1.5人对不同声强的感觉
无法忍受:
150dB~130dB
感到疼痛:
130dB~110dB
很吵:
110dB~70dB
较静:
70dB~50dB
安静:
50dB~30dB
极静:
30dB~10dB
无声:
0dB
1.2课题意义
噪声无时无刻充斥在我们生活周围。
一般来讲,噪声是有害的。
噪声不仅对人的身体健康有影响而且妨碍人们的正常休息日常工作,因而噪声被列入当代社会四大危害之一。
但噪声也有可以被利用的一面。
无论是利用噪声还是防止噪声,都必须确定其量值。
在长期的科学研究和工程实践中已逐步形成了一门较完整的噪声工程学科,可供进行理论计算和分析。
但这些还是理论上的假设并没有经过实验的证明,所以需要收集大量的数据来支持这些理论。
随着现代工业和科技的飞速发展,对各种仪器设备提出了低噪声的要求,需要进行噪声的分析与设计,并通过实验来验证,改进设计。
1.3课题的分析
单片机应用系统可以分为智能仪器表和工业测控系统两大类,无论哪一类,都必须以市场需求为前提。
所以,在系统设计前,首先要进行广泛的市场调查,了解该系统的时常应用概况,以分析系统当前存在的问题,研究系统的时市场前景,确定市场开发设计的目的和目标。
简单地说,就是通过调研克服旧缺点,开发新功能。
2、系统设计方案
2.1设计方案
此次的设计先从硬件设计着手。
首先,应整理出人体感应及噪声报警系统的整体思路,从而确定出方案设计中需要的硬件设备。
其次,就应该对本系统的实现进行规划。
其中包括所采集的信号种类、数量、范围,输出信号的匹配和转换,传感器的选择,技术指标的确定等。
2.2设计任务
根据设计要求,首先得做以下三件事:
(1)、熟悉Keil编程环境;
(2)、熟悉有传感器的理论知识;
(3)、给出设计方案;
其次,查阅资料以了解课题背景和环境噪声的相关知识,是接下来的又一大重点。
学习、掌握声压计的测量机理、传声器测量基本原理。
选择合适的传感器,了解它的工作原理。
学习单片机知识,进行整体方案设计,撰写开题报告。
着手硬件电路设计,包括传声器测量系统设计、单片机最小系统设计。
审查后,焊接或在面包板上搭接电路。
编写程序,仿真调试。
仿真调试通过后,固化程序,脱离开发系统运行。
在实验室进行环境模拟,测试系统,完成系统联调。
2.3方案设计思想
此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。
其中包含了我们大学四年中所学到的相关知识,运用我们所学的电工技术,传感器技术,单片机技术,本设计基于单片机的噪声报警系统。
ST89C51单片机好比一个桥梁,一端联系着传感器另一端紧连报警电路。
当周围的环境超过我们设定的数值时,声音传感器把被测的物理量作为输入参数,转换为电量(电流、电压、电阻等等)输出。
物理量和测量范围的不同,传感器的工作机理和结构就不同。
通常传感器输出的电信号是模拟信号(已有许多新型传感器采用数字量输出)。
当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时,可以不用放大器放大;当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时,就需要放大器放大。
而我们选择前者,不需要用放大器,选择数值符合A/D转换器的输入等级,这样就可以简化整个系统的设置。
传感器将物理信号经过A/D转换器转化为可以利用识别的电信号给单片机,这里我们选择单片机的P1.0为输入方式,接收到信号的单片机经过程序的设定通过判断这些信号后会由P2.0作为单片机的输出直接启动报警电路。
此时,蜂鸣器将轮流发出三种声音,相应地二极管发光,这就达到了直观的报警的效果。
3、硬件部分
3.1AT89C51芯片
3.1.1概述
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
3.1.2主要特性
AT89C51提供以下标准功能:
4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.1.3引脚功能
AT89C51引脚排列如图3.1.1所示:
图3.1.1AT89C51的引脚排列
3.1.3引脚功能
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(计时器0外部输入)
P3.5T1(计时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
3.2.2电源电路原理图
图3.2.1直流(5V)电源电路
3.3复位电路
3.3.1复位电路的概述
单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
3.3.2复位电路的原理图
图3.3.1复位电路
3.4晶振电路
3.4.1晶振电路概述
结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的所有指令的执行都是建立在晶振产生的频率上,晶振的产生的频率越高,单片机的运行速度就越快。
随着晶体的电能和机械能之间的相互转化,在共振条件下工作的结晶,提供稳定,精确的单频振荡。
3.4.2晶振电路原理图
图3.4.1晶振电路
3.5蜂鸣器警报电路
3.5.1蜂鸣器概述
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,他广泛应用于计机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。
蜂鸣器按工作原理可以分为压电式和电磁式两种类型。
电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场,振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性地振动发声。
压电式蜂鸣器主要由阻抗匹配器及共鸣箱、多谐振荡器、压电蜂鸣片、外壳等组成。
多谐振荡器是由晶体管或着集成电路所构成,当接通1.5~15V直流电源后多谐振荡器起振输出1.5~2.5kHZ的音频信号,蜂鸣器发出声音。
3.5.2蜂鸣器原理图
图3.5.1蜂鸣器警报电路
3.6声音检测传感器
3.6.1产品特点
生活中,常使用高灵敏的电容式极柱体麦克风传感器来进行声音检测。
当周围的环境超过我们设定的数值时,声音传感器把被测的物理量作为输入参数,转换为电量(电流、电压、电阻等等)输出。
3.6.2实物图片
图3.6.1声音检测传感器
3.6.3工作原理图
图3.6.2噪声传感器内部电路原理图
3.6.4功能特点
模块有2个输出:
1、AO,模拟量输出,实时输出麦克风的电压信号
2、DO,当声音强度到达某个阀值时,输出高低电平信号,【阀值-灵敏度可以通过电位器调节】
模块特点:
1、尺寸小,36mmX16mm
2、有3mm的安装螺丝孔
3、可以使用3-5.5v直流电源供电
4、有模拟量输出
5、有阀值翻转电平输出
6、极柱体麦克风,灵敏度高。
7、有电源指示灯
8、比较器输出有指示灯
3.7人体红外感应传感器
3.7.1产品特点
LHI778探头设计,灵敏度高,可靠性强,超低电压工作模式,被广泛的应用在各类自动感应设备,特别是干电池供电的产品中。
3.7.2实物图片
图3.7.1人体红外感应传感器
3.7.3工作原理图
图3.7.2人体红外感应传感器工作原理
3.7.4功能特点
①、全自动感应:
人进入探测范围的话输出高电平,人离开感应范围时将会自动关闭高电平,转为低电平输出。
②、光敏控制可设置光敏控制,在光线强烈时将不会感应。
③、温度补偿:
当环境温度升高至30~32℃,探测的距离会变短,温度补偿可作一定的性能补偿。
④、两种触发方式:
(可跳线选择)
a、不可重复触发方式:
感应输出高电平后,延时时间段一结束,输出将从高电
平自动转为低电平;
b、可重复触发方式:
即感应输出高电平后,在延时时间段内,如果有人体在其感应
范围活动,其输出将一直保持高电平,直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段,并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。
⑤、具有感应封锁时间:
感应模块在每一次感应输出后,可以紧跟着设置一个封锁时间段,在此时间段内感应器将不会接受任何的感应信号。
可以实现“封锁时间”和“感应输出时间”两者之间的间隔工作,能应用于产品的间隔探测;而且能有效的抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
。
⑥、工作电压范围宽:
默认工作电压DC4.5V-20V。
⑦、微功耗:
静态电流<50μA,适合干电池等供电的自动控制产品。
⑧、输出高电平信号:
可方便与各类电路实现对接。
3.7.5电气参数
表3.7.1人体红外感应传感器电气参数
3.8系统整体电路图
图3.8系统整体电路
4、软件的实现
4.1编程KEIL环境介绍
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。
另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到Keil的优势。
C51工具包的整体结构,uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。
目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
仿真器标配11.0592MHz的晶振,但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。
仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片,不复位目标系统。
仿真芯片的31脚(/EA)已接至高电平,所以仿真时只能使用片内ROM,不能使用片外ROM;但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连,故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM(其CPU的/EA引脚接至低电平)的目标系统中使用。
KeilC51生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。
4.2程序流程图
图4.2.1程序流程
本系统主要由单片机最小系统,噪声传感器,人体红外感应传感器组成。
主要的功能有当没人的时候系统可以检测周围环境当中是否有噪声出现。
噪声传感器的主要作用就是检测监测周围是否有噪声,噪声传感器的灵敏度是可调的。
当设定某一灵敏度后,只有当环境的噪声大于这一灵敏度的值后,单片机才会识别。
本系统设置了只有当没人的时候,噪声传感器才起检测作用,有人的时候此功能会被屏蔽。
本系统还设置了
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