基于MSP430單片機的環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的設計

許話

摘要 設計了一種基于MSP430單片機的環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，借鑒V/F轉換技術，引入低功耗理念，模擬人耳對不同聲音頻率的靈敏度，對噪聲進行聲壓級監(jiān)測，具有很好的靈活性和可靠性。

【關鍵詞】電路 噪聲監(jiān)測 環(huán)境噪音 MSP430

噪聲污染作為當今社會四大污染之一，其對人類健康的危害己引起社會各界的極大關注。本文將提供一種價格合理，功耗低且適用性強的環(huán)境噪音監(jiān)測系統(tǒng)的設計，即利用MSP430F5508處理采集到的噪音信息并評估噪音等級。

1 對單片機噪聲監(jiān)測系統(tǒng)工作原理的概述

噪音監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成部分包括：傳聲器、信號調理模塊、數(shù)據(jù)收集處理模塊以及人機界面等。其中，由傳聲器將其采集到的噪音轉變?yōu)殡妷盒盘?，然后在調理模塊的作用下，依據(jù)人耳對噪音的敏感度，將電壓信號進行頻率計權和對數(shù)檢波，繼而便是由采集處理模塊展開A/D轉換和時間計權，最后由微處理器對檢測結果做存儲、顯示等處理。

2 環(huán)境噪聲檢測系統(tǒng)的相關設計

2.1 設計方案概述

該設計分硬件和軟件兩部分，噪聲的放大、計權、檢波和轉換等由外部電路完成，對信號進行轉換和顯示等由單片機完成。

2.2 硬件設計

硬件結構示意圖如圖l所示。

傳聲器采用駐極體電容式，具有全指向、低阻抗的特點，本系統(tǒng)所使用的傳聲器靈敏度為-48db，實用且性價比高。信號放大器采用LM386。為達到模擬人耳靈敏度特性的效果，在噪音測量環(huán)節(jié)中進行頻率計權，計權網(wǎng)絡由集成開關電容濾波器MAX7490構成，如圖2所示。該網(wǎng)絡的工作原理科學快捷且具有電路簡單，體積小，穩(wěn)定性強等優(yōu)點。對數(shù)檢波電路利用交直流轉換器AD637的dB輸出功能，將上一階段頻率計權網(wǎng)絡的輸出依照對數(shù)比例關系展開真有效值交直流轉換工作，轉換精度為土1 mV，轉換時間120ms，電路如圖3所示，通過調節(jié)Rl0調整OdB輸出。V/F轉換電路由低成本的AD7740配合極少的外部元件構成，通過調節(jié)內部時鐘或晶振調節(jié)最大輸出頻率。

3 軟件設計

由于MSP430F5508可在5μs內從待機模式喚醒，故初始化后設定其工作在待機模式（LPM3），由內部定時器產生中斷，使之每lOOms讀取一次轉換后的數(shù)值，綜合數(shù)據(jù)進行處理，將計算所得噪聲值（單位dB）輸出給LCD顯示。同時watchdog開啟，定時檢測工作狀態(tài)，若出現(xiàn)異常情況則系統(tǒng)自動復位重啟，錯誤信息存儲在EEROM中，便于開發(fā)者調試糾錯。

此外，單片機還可以依據(jù)具體監(jiān)測功能的實際要求通過USB接口便捷修改程序，對采樣時間等進行調整。

4 低功耗分析

傳聲器最大工作電流僅500μA，其他電路平均電路為4mA，TI公司出品的超低功耗單片機MSP430F5508，低電源電壓范圍為3.6V到1.8V，在待機模式（LPM3）下，工作電流在2.1μA左右，內部定時器定時觸發(fā)中斷后，工作電流約115 μA。

正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)整體耗電不到1W，實現(xiàn)了低功耗的目的，可在便攜式測量應用中實現(xiàn)延長電池壽命。

5 結束語

由于人們對噪音污染問題的認識度與關注度越來越高，本文以上所述都是圍繞低功耗單片機噪音監(jiān)測系統(tǒng)展開。希望此論文所提出的低功耗、低成本方案有助于噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的推廣，從而在解決噪音問題上提供一些幫助。

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