基于STM32的智能便攜式噪聲監(jiān)測儀的設計

劉坤香+張海峰+喻亞萍

摘要：提出一種基于STM32的智能噪聲監(jiān)測儀的設計方案。采用意法半導體STM32作處理器，用數(shù)字算法簡化了大量模擬電路，可顯示環(huán)境噪聲的聲級，并增加了報警功能和上位機通信功能。

關鍵詞：噪聲監(jiān)測儀；A計權網(wǎng)絡；數(shù)字算法；STM32；

一、引言

噪聲污染是當今三大污染之一，所以環(huán)境噪聲監(jiān)測就顯得十分重要。目前市場上的噪聲計價格昂貴，因此設計了一種多功能的噪聲監(jiān)測儀。它由噪聲信號采集及放大、AD轉換、A計權算法、數(shù)據(jù)顯示、上位機通信等模塊構成，其中對A計權網(wǎng)絡可模擬人耳對噪聲的反應。結果表明，該噪聲計具有便攜、電路簡單及靈敏度高等特點，能滿足一般環(huán)境監(jiān)測的要求。

二、硬件設計

傳聲器是將聲音信號轉換成為電信號的能量轉換器件，本設計采用小型駐極體傳聲器，體積小，靈敏度高。傳聲器后接放大電路。

MCU的選擇方面，選擇STM32F103ZET6。STM32F103ZET6工作頻率最高可以達到72MHz，同時具有512K的片內Flash和64K的片內SRAM，在本設計中可以更好地滿足對所采集的聲音數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理的存儲要求； 此外，STM32F103ZET6還具有3個模數(shù)轉換器，ADC是STM32眾多外設中功能最為復雜的外設之一，它具有12位的分辨率、支持單次和連續(xù)轉換模式、雙ADC模式、支持常規(guī)轉換期間進行DMA請求、短至12.5個時鐘周期的轉換時間。在本設計中，采用它自身的ADC模塊進行AD轉換來達到降低成本、減少ADC芯片數(shù)量的目的。

三、軟件設計

編程采用C語言，軟件的開發(fā)環(huán)境是Keil MDK5，MDK5是ARM公司最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。完成的主要功能是：完成STM32F103ZET6對GPIO、DMA、ADC、的配置，實現(xiàn)對所采集的聲音信號進行AD轉換；對AD轉換數(shù)值進行FFT、A計權等數(shù)據(jù)處理；實現(xiàn)鍵盤掃描功能和報警功能；通過對液晶顯示屏的通信控制有效完成顯示任務；完成對串行通信口的設置，實現(xiàn)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機。

STM32F103ZET6內置的ADC是一個12位逐次逼近型模擬數(shù)字轉換器，多達18個通道，可以測量16個外部和2個內部信號源，本設計采用單次轉換模式，由軟件觸發(fā)。設計時，配置PLL為72MHz并作為主時鐘，配置PCLK2為PLL的2分頻，并配置ADC時鐘為PCLK2的4分頻，因為人耳能聽到的聲音頻率在20HZ—20KHZ之間，根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，AD的采樣頻率應大于40KHZ，此處設為44800HZ。同時配置ADC的DMA通道，傳輸方向為外設到存儲器。

在STM32官方提供的DSP庫中，有開源并且支持256、512、1024點的FFT函數(shù)庫，該函數(shù)有三個參數(shù)，第一個參數(shù)是輸出數(shù)組，數(shù)據(jù)長度為32位，高十六位存儲數(shù)據(jù)虛部，低十六位存儲數(shù)據(jù)實部；第二個參數(shù)是輸入數(shù)組，同樣是32位，高十六位存儲采樣數(shù)據(jù)實部，低十六位存儲采樣數(shù)據(jù)虛部（這里把低十六位設為0）；第三個參數(shù)是轉換點數(shù)。該函數(shù)可直接調用，運算速度快。

四、總結

本設計在傳統(tǒng)噪聲監(jiān)測儀的基礎上，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度，減少了模擬電路處理部分，降低了成本，并且增加了實時報警、上位機通信等功能，成為新一代的智能噪聲監(jiān)測儀。本文介紹了智能噪聲監(jiān)測儀的整體設計方案和部分功能的初始化代碼，該設計不僅可以使聲級計算更準確、性能更穩(wěn)定，還能夠通過編程擴展功能，適合將來用于宿舍等環(huán)境噪聲要求較高的地方，實現(xiàn)統(tǒng)一化監(jiān)測。未來的噪聲監(jiān)測儀將向小型化、數(shù)字化、多功能化發(fā)展，本設計必將符合今后時代的發(fā)展要求。

參考文獻：

[1]衛(wèi)鵬，趙立宏，王玉林，基于STM32的智能聲級計的設計，《儀表技術》2012年第12期

[2]張登攀，高志強，噪聲1_3倍頻程計權聲級算法，《河南理工大學學報》第32卷第6期

[2]吳步寧，馬慶衛(wèi)，智能化多功能聲級計，《檢測技術》，1994，04，008