畢業(yè)論文 家庭環(huán)境噪聲檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院：里仁學(xué)院 系級教學(xué)單位：電子工程系</p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，家庭生活水平不

2、斷提高，人們對家庭生活環(huán)境休息舒適度的要求變得越來越高，但城市快速發(fā)展所帶來的家庭噪聲污染日益嚴(yán)重，影響人們的生活和休息。對于這種現(xiàn)狀，我們需要了解家庭噪聲的基本情況，而科學(xué)檢測是最行之有效的方法。因此，如何檢測家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度成為亟待解決的重要問題。</p><p>　　課題設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的無線噪聲檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單片機(jī)檢測家庭環(huán)境中的噪聲信息，并通過無線通信與控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)包括硬件電路、軟件

3、編程兩部分。硬件電路以STC12C5A60S2單片機(jī)與無線傳輸模塊NRF24L01為核心，應(yīng)用聲音傳感器，液晶顯示屏LCD1602，實(shí)現(xiàn)對家庭噪聲值數(shù)據(jù)采集、無線發(fā)送和顯示，控制中心判斷是否超限報警。采用Protel DXP軟件繪制電路圖，Keil C軟件編寫控制程序，編譯生成目標(biāo)文件，通過STC-ISP下載到單片機(jī)運(yùn)行調(diào)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)正確，符合預(yù)定任務(wù)要求，可以實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度的測量功能。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞　噪聲檢測；噪聲傳感器；無線傳輸；單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with the development of social economy, family life level unceasing enhancement, people's comfort of fa

5、mily life environment is becoming more and more demanding, but city family noise pollution brought by the rapid development of city increasingly severe, affecting people's lives and rest. So that we need to know the

6、basic condition of the family noise and scientific detection is the most effective way. Therefore, how to detect noise intensity in a family environment has become an importan</p><p>　　This paper designs a n

7、oise detection system based on single chip microcomputer through wireless communication. System adopts single-chip microcomputer detecting the noise information in the home environment, and communicates with control cent

8、er by wireless way. The system includes two parts of the hardware circuit and software programming. Hardware circuit with STC12C5A60S2 microcontroller and wireless transmission module NRF24L01 as the core, use the sound

9、sensor and LCD display LCD1602 to real</p><p>　　Keywords Noise testing, Sensor noise, Wireless transmission, Single chip microcomputer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

10、t;　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.1.1選題意義1</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)2</p>

11、<p>　　1.2 研究內(nèi)容及方案3</p><p>　　1.2.1 研究內(nèi)容3</p><p>　　1.2.2 研究方案4</p><p>　　1.3 論文結(jié)構(gòu)5</p><p>　　第2章 家庭噪聲檢測硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 硬件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)7</p>&

12、lt;p>　　2.2 噪聲數(shù)據(jù)采集模塊8</p><p>　　2.2.1 駐極體話筒8</p><p>　　2.2.2音頻功率放大器11</p><p>　　2.2.3 噪聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13</p><p>　　2.3 單片機(jī)控制模塊14</p><p>　　2.3.1 STC12C5A60S2單片機(jī)

13、14</p><p>　　2.3.2 噪聲信號A/D轉(zhuǎn)換16</p><p>　　2.4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊18</p><p>　　2.4.1 NRF24L01功能與結(jié)構(gòu)18</p><p>　　2.4.2 NRF24L01工作模式19</p><p>　　2.5 液晶顯示模塊21</p>&l

14、t;p>　　2.6 報警模塊24</p><p>　　2.7 復(fù)位模塊24</p><p>　　2.8 電源供電模塊25</p><p>　　2.9 本章小節(jié)25</p><p>　　第3章 家庭噪聲檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.1 系統(tǒng)軟件組成27</p><p&

15、gt;　　3.1.1 發(fā)送端程序27</p><p>　　3.1.2 接收端程序29</p><p>　　3.2 本章小結(jié)31</p><p>　　第4章 家庭噪聲檢測系統(tǒng)調(diào)試與分析33</p><p>　　4.1 硬件系統(tǒng)調(diào)試33</p><p>　　4.1.1 硬件系統(tǒng)調(diào)試過程33</p>

16、<p>　　4.1.2 硬件系統(tǒng)問題及解決33</p><p>　　4.2 軟件系統(tǒng)調(diào)試34</p><p>　　4.3 測試結(jié)果分析34</p><p>　　4.4 本章小結(jié)35</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

17、37</b></p><p><b>　　致 謝39</b></p><p><b>　　附錄141</b></p><p><b>　　附錄249</b></p><p><b>　　附錄351</b></p><

18、;p><b>　　附錄459</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p><b>　　1.1.1選題意義</b></p><p>　　聲音使這個世界變得更加美妙，悅

19、耳的聲響總是能夠帶給人美的享受。但是，當(dāng)聲音在人們不需要時出現(xiàn)，就變得不再美妙，而是成為讓人厭煩的噪聲。在這個生活節(jié)奏越來越快的現(xiàn)代化社會中，噪聲已幾乎充斥于世界的每個角落。即使是躲在家里，也存在噪聲，臨街臥室中車來車往的聲音；隔壁家的悄悄話；衛(wèi)生間下水管的水聲等。通常情況下，影響人們正常生活，包括學(xué)習(xí)，休息和工作的聲音，即某一區(qū)域內(nèi)不被人類所需要的聲音都可以稱為噪聲。當(dāng)噪聲強(qiáng)度超過人們所能承受的程度，嚴(yán)重干擾了人類正常的生活和生產(chǎn)活動

20、，就形成噪聲污染[1]。環(huán)境噪聲污染嚴(yán)重時甚至影響人們的身體健康。噪聲對人體最直接的危害就是造成聽力損害，它可能使人短時間失聰，長期處于噪聲污染嚴(yán)重的環(huán)境中的人還可能永久性失聰，這種病癥稱為噪聲性耳聾；另一方面，噪聲還會影響人的睡眠質(zhì)量，強(qiáng)烈的噪聲會導(dǎo)致人無法安然入睡，讓人心情煩躁。許多證據(jù)表明，噪聲會引起人體心理和生理上的許多不良反應(yīng)，還會影響胎兒的生長發(fā)育和兒童的智力發(fā)展。正是由于這種種危害，目前噪聲已經(jīng)成為世界性四大環(huán)境公害之一。

21、</p><p>　　家庭是人們活動的最主要場所，據(jù)統(tǒng)計(jì)，人的一生中至少有一半時間是在家庭中渡過的。從每個人所處不同位置的時間長短來考慮，居室內(nèi)噪聲強(qiáng)度對人的影響起著舉足輕重的作用。而且從人的心理需求方面看，工作勞累一天之后，人們總希望有一個安靜舒適的家庭環(huán)境以便充分地休息和消除疲勞，因此研究如何檢測和控制家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度對人們的身心健康無疑具有重要意義。</p><p>　　控制家庭環(huán)

22、境噪聲的前提是研究家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度，而研究家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度最科學(xué)的手段就是對家庭環(huán)境噪聲進(jìn)行檢測。環(huán)境檢測是環(huán)境科學(xué)的一個重要分支。廣義上，是在一定時期內(nèi)對環(huán)境因子進(jìn)行重復(fù)測定， 追蹤其變化；狹義上，是對環(huán)境進(jìn)行定期測定，作為判斷環(huán)境是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以及評價環(huán)境管理和環(huán)境控制系統(tǒng)效果的依據(jù)。家庭環(huán)境噪聲檢測是人們認(rèn)識家庭環(huán)境噪聲、評價家庭環(huán)境噪聲，制定和執(zhí)行家庭環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行家庭環(huán)境決策的主要依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境管理科學(xué)化的基礎(chǔ)，是

23、家庭環(huán)境保護(hù)工作的重要組成部分。只有實(shí)現(xiàn)對噪聲強(qiáng)度的準(zhǔn)確測量，才能夠完成對噪聲強(qiáng)度的控制和防止噪聲污染。</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)</p><p>　　目前發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的噪聲檢測系統(tǒng)，可以不間斷的對噪聲實(shí)施檢測，不僅能夠檢測白天的噪聲強(qiáng)度，而且可以檢測夜間的噪聲強(qiáng)度，甚至，能夠?qū)崿F(xiàn)對任意時段任意位置的噪聲進(jìn)行檢測，其所得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)是連續(xù)的，因而更加準(zhǔn)確。如今，國外一

24、些發(fā)達(dá)國家對噪聲檢測的研究主要匯聚在兩個方面：一是在不特意建立噪聲自動檢測系統(tǒng)的前提下，如何實(shí)現(xiàn)對噪聲的準(zhǔn)確測定；二是在已經(jīng)測得的噪聲數(shù)據(jù)中如何獲取更多的有用信息。</p><p>　　最近，發(fā)達(dá)國家在噪聲檢測系統(tǒng)的研究中取得一些重大進(jìn)展。通過使用 ACF和IACF分析方法，Kenji Fujii等人對各種類型的噪聲源（如汽車的鳴笛聲、人的吶喊聲等）建立了相應(yīng)的模型，在此模型的基礎(chǔ)上，利用噪聲自動檢測系統(tǒng)測得的數(shù)

25、據(jù)就能判斷出產(chǎn)生這些噪聲的聲源類型，這對防治噪聲污染有重要意義。通過進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和實(shí)驗(yàn)，Jin Yong Jeon等人使用多重回歸分析方法，建立了把多種不同類型的單個聲源結(jié)合在一起綜合評定噪聲強(qiáng)弱的模型，這對準(zhǔn)確地從人類主觀感受評價噪聲強(qiáng)度有重要意義。另一研究方向是如何降低噪聲自動檢測的成本，Silvia Santini等人正在研究是否可以使用普通手機(jī)的聽筒來對環(huán)境噪聲進(jìn)行自動檢測。整合目前的研究成果，他們得出的結(jié)論是，通過編寫一些在手

26、機(jī)上可以應(yīng)用的噪聲處理軟件，便可以把手機(jī)聽筒作為噪聲檢測的終端，且效果并不比專業(yè)聲級計(jì)差。這項(xiàng)研究成果如能投產(chǎn)，將大大促進(jìn)噪聲自動檢測事業(yè)的發(fā)展[2]。</p><p>　　至今為止，我國在噪聲自動檢測方面的研究主要集中在以下幾個方面： (1)研究城市噪聲的組成；(2)如何優(yōu)化噪聲自動檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；(3)如何合理安排噪聲自動檢測系統(tǒng)各檢測點(diǎn)的設(shè)定；(4)如何用最少的時間有效測定噪聲值；(5)如何整合處理噪聲檢測

27、系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)。在許多前輩學(xué)者辛勤勞作下，我國終于初步建立了一套完整的環(huán)境噪聲檢測系統(tǒng)，具備了對環(huán)境噪聲進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測的能力。但仍有很多不完善的地方，技術(shù)的不成熟和儀器的不穩(wěn)定，完全不能夠滿足日益強(qiáng)化的對環(huán)境噪聲進(jìn)行管理的需求，與發(fā)達(dá)國家相比存在一定差距。</p><p>　　我國監(jiān)測頻次低，數(shù)據(jù)代表性差。人們的生產(chǎn)活動嚴(yán)重影響噪聲污染水平，而且噪聲污染程度在一年四季中存在很大的差異，一年一次的測量完全不能夠反映

28、某一地區(qū)噪聲水平。但由于測量設(shè)備和測量人員等多種因素的影響，目前還是不能夠大幅度提高測量的頻率。</p><p>　　另一方面監(jiān)測點(diǎn)位多，浪費(fèi)人力物力。噪聲信號的空間分布是不連續(xù)的，只有采用多點(diǎn)抽樣法測量，才能較為真實(shí)地反映一個區(qū)域的噪聲平均污染水平。然而，目前使用的監(jiān)測儀器都是便攜式，需要監(jiān)測人員到現(xiàn)場測量。如此繁瑣而簡單的工作耗費(fèi)了監(jiān)測技術(shù)人員大量的精力，致使噪聲檢測只停留在簡單的數(shù)據(jù)測量階段，而無法進(jìn)行更深

29、層次的分析和評價，導(dǎo)致我國環(huán)境噪聲檢測水平的滯后。</p><p>　　1.2 研究內(nèi)容及方案</p><p>　　1.2.1 研究內(nèi)容</p><p>　　本課題研究的基本內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個適用于家庭的噪聲檢測系統(tǒng)，完成對家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度的測量，為家庭環(huán)境噪聲測量提供一個價格低廉，方便實(shí)用的系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能

30、包括：噪聲測量，無線傳輸，顯示噪聲值，超限報警等。要實(shí)現(xiàn)對噪聲強(qiáng)度的測量和傳輸，本系統(tǒng)至少應(yīng)包括發(fā)送端和接收端兩個部分，以下將分別介紹這兩個子系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)和所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。發(fā)送端使用噪聲傳感器對家庭中的某個房間噪聲強(qiáng)度進(jìn)行不間斷測量，將噪聲強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為一個能夠代表其大小的電量值，經(jīng)放大器電路放大以便進(jìn)行后期處理，再使用AD轉(zhuǎn)化器對噪聲傳感器所采集的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)的兼容，單片機(jī)將該數(shù)字量同時傳送給液晶顯示器和

31、無線傳輸模塊，液晶顯示器將代表噪聲強(qiáng)度的數(shù)值顯示出來以實(shí)現(xiàn)與人的交互，無線傳輸模塊將單片機(jī)送來的一組一組代表噪聲強(qiáng)度的數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送出去。接收端不間斷的檢測和接收來自發(fā)送端的信號，經(jīng)過處理后將代表噪聲強(qiáng)度的數(shù)值傳送給接收端的單片機(jī)，單片機(jī)首先判斷其大小是否超過預(yù)定值，若超過便啟動報警器，并將其值在液晶顯示器上顯示，若沒有超過，便只顯示而不報警。</p><p>　　通過分析，本次設(shè)計(jì)需要解決的問題包括：(

32、1)采用何種噪聲傳感器測量噪聲強(qiáng)度，系統(tǒng)使用帶有迷你麥克和專業(yè)放大芯片LM386的噪聲傳感器模塊完成對噪聲值的測量，該模塊輸出范圍為0~5V的模擬電壓值，代表噪聲強(qiáng)度；(2)如何完成對測量值的模數(shù)轉(zhuǎn)換，本次設(shè)計(jì)所采用的單片機(jī)為STC12C5A60S2單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)部集成了一個具有8路輸入的AD轉(zhuǎn)換器，使用單片機(jī)自帶的AD轉(zhuǎn)換器即可完成對測量值的模數(shù)轉(zhuǎn)換。如此，便可減少系統(tǒng)所用芯片的數(shù)量，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(3)如何完成測量數(shù)據(jù)的無線傳輸

33、，本系統(tǒng)采用NRF24L01無線傳輸模塊，該模塊與單片機(jī)具有很好的兼容性，且通信距離遠(yuǎn)，傳輸效率高。</p><p>　　1.2.2 設(shè)計(jì)方案</p><p>　　實(shí)現(xiàn)對家庭環(huán)境噪聲的檢測有兩種設(shè)計(jì)方案，基于Zigbee技術(shù)的家庭無線噪聲檢測系統(tǒng)和基于單片機(jī)的家庭無線噪聲檢測系統(tǒng)，下面分別介紹這兩種方案。</p><p>　　基于Zigbee技術(shù)的家庭無線噪聲檢測系

34、統(tǒng)主要由噪聲傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控終端3個部分構(gòu)成[3]。在房間中部署多個無線噪聲傳感器節(jié)點(diǎn)，噪聲傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集監(jiān)測環(huán)境噪聲強(qiáng)度數(shù)據(jù)。通過星形的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組織本系統(tǒng)中各個節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，各傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的信息直接傳輸給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的匯聚節(jié)點(diǎn)，具有一定的數(shù)據(jù)融合能力，同時用它來連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控終端。監(jiān)控終端將接收到的來自網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，并記錄該房間噪聲強(qiáng)度，當(dāng)房間噪聲強(qiáng)度超出預(yù)定值時，啟動

35、報警器。</p><p>　　基于單片機(jī)的家庭無線噪聲檢測系統(tǒng)主要以STC12C5A60S2單片機(jī)和NRF24L01無線傳輸模塊為核心，分為發(fā)送端與接收端兩部分。發(fā)送端應(yīng)用噪聲傳感器采集噪聲強(qiáng)度信息，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，通過無線發(fā)送模塊將噪聲強(qiáng)度信息傳輸?shù)浇邮斩耍邮斩酥饕?fù)責(zé)顯示接收到的噪聲強(qiáng)度并判斷是否超限報警[4]。此系統(tǒng)工作過程中比較穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　為減

36、少成本和縮小系統(tǒng)體積，本次設(shè)計(jì)采用基于單片機(jī)的噪聲測量系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)對噪聲強(qiáng)度的測量和傳輸，本系統(tǒng)至少應(yīng)包括發(fā)送端和接收端兩部分，為了便于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)習(xí)制作的單片機(jī)板，外接噪聲傳感器模塊便可以完成基于單片機(jī)的無線噪聲檢測系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.3 論文結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　第1章為緒論，闡述課題研究背景和意義，討論課題研究的主要內(nèi)容以及課

37、題研究方法和設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　第2章為系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案，闡述系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案，各模塊的設(shè)計(jì)方案以及所用電子器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。</p><p>　　第3章為系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)方案，闡述系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)方案，軟件編寫思路以及各函數(shù)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。</p><p>　　第4章為系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析，闡述系統(tǒng)硬件和軟件調(diào)試過程中采用的方法和遇

38、到的問題及其解決方案，系統(tǒng)的結(jié)果分析等。 </p><p>　　第2章 家庭噪聲檢測硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 硬件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) </p><p>　　本課題目標(biāo)是對家庭環(huán)境噪聲強(qiáng)度進(jìn)行檢測，該系統(tǒng)完成要求包括能夠測量家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度，并顯示噪聲強(qiáng)度值；通過無線方式將測得的數(shù)據(jù)傳輸給控制中心；噪聲超過預(yù)定值，系統(tǒng)能夠報警提示。</p>

39、<p>　　為了完成任務(wù)要求，本次設(shè)計(jì)方案整體系統(tǒng)包括發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)。發(fā)送端子系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，發(fā)送端控制模塊，顯示模塊和無線傳輸發(fā)送模塊；接收端子系統(tǒng)主要包括無線傳輸接收模塊，接收端控制模塊，顯示模塊和報警模塊。數(shù)據(jù)采集模塊采用集成噪聲傳感器和放大電路的噪聲傳感器模塊完成對噪聲值的測量，該模塊中包含采集噪聲的迷你麥克，它能夠用一個電壓的大小反應(yīng)出周圍環(huán)境中噪聲的大小，由于該電量值一般在mV級，太小而不

40、適合進(jìn)一步處理，故在該模塊內(nèi)部集成了一個專業(yè)的音頻放大電路，其輸出范圍在0~5V，適合進(jìn)一步處理。由噪聲傳感器模塊所測得的噪聲值是在時間和幅值上均連續(xù)的模擬量，不適于單片機(jī)系統(tǒng)，故需要對其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字量才能夠在單片機(jī)系統(tǒng)中傳輸、處理。本次設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制模塊的主控芯片，由于該單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)集成了一個具有8路輸入的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，為簡化系統(tǒng)和降低成本，將使用單片機(jī)完成對所測量值的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)

41、字量同時傳送給顯示模塊和無線傳輸模塊。顯示模塊采用LCD1602液晶顯示器完成對噪聲強(qiáng)度值的顯示，將來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示出來。無線傳輸模</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)整體框圖如圖2-1所示，由此圖可見本系統(tǒng)分為發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)。發(fā)送端子系統(tǒng)包括噪聲數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、液晶顯示模塊、復(fù)位模塊和電源供電模塊；接收端子系統(tǒng)包括單片機(jī)控制模塊、液晶顯示模塊、報警模塊、

42、無線數(shù)據(jù)接收模塊、復(fù)位模塊和電源供電模塊。</p><p><b>　　發(fā)送端子系統(tǒng)</b></p><p><b>　　接收端子系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)整體框圖</p><p>　　2.2 噪聲數(shù)據(jù)采集模塊 </p><p>　　本模塊采用噪聲傳感器

43、完成對家庭環(huán)境中噪聲強(qiáng)度的測量，該噪聲傳感器模塊主要包含駐極體電容式話筒和LM386音頻放大電路。駐極體話筒作為噪聲傳感器，主要完成非電量到電量的轉(zhuǎn)換，輸出一個能夠代表噪聲強(qiáng)度的電壓值。LM386音頻放大電路主要負(fù)責(zé)對駐極體話筒的輸出電壓值進(jìn)行放大等初步處理，以下將分別介紹駐極體話筒和LM386音頻放大電路的特點(diǎn)和工作原理等。</p><p>　　2.2.1 駐極體話筒</p><p>　

44、　駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電容話筒，它不僅能夠用來測量聲音強(qiáng)度，也可以作為聲音輸入端，完成錄音的功能，其外觀如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 駐極體話筒</p><p>　　駐極體話筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　駐極體話筒主要由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗轉(zhuǎn)換兩部分

45、組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，前半部分為聲電轉(zhuǎn)換部分，后半部分為阻抗轉(zhuǎn)換部分。</p><p>　　圖2-3 駐極體話筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜，其基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個上面有若干小孔的金屬電極（稱為背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對，中間有一個極小的空氣隙，形成一個以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個

46、電極的平板電容器。背電極和駐極體薄膜上分布有等量且總數(shù)不變的自由電荷。聲波會引起駐極體薄膜振動而改變電容兩極之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化。聲音的強(qiáng)度越大，聲波的振動幅度越大，引起電容兩極間距離的變化越大，電容的容量變化越大。由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式Q =CU可知，當(dāng)C變化時必然引起電容器兩端電壓U改變，從而輸出電壓信號隨著聲音強(qiáng)度的變化而改變，實(shí)現(xiàn)聲電的轉(zhuǎn)換。</p><p>

47、;　　駐極體膜片與金屬極板構(gòu)成的電容器的電容量很小，一般為幾十pF，輸出的電信號極為微弱，而它的輸出阻抗值很高，約幾十兆歐以上，這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的，所以必須連接一個阻抗變換器。通常使用在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管作為阻抗變換器，內(nèi)部電氣原理如圖2-4所示，這里接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強(qiáng)信號沖擊時起保護(hù)作用。電容器的兩個電極接在柵源極之間，電容兩端電壓既為柵源極偏置電壓，變化時，引起場效應(yīng)管

48、的源漏極之間的電流變化，實(shí)現(xiàn)了阻抗變換，一般經(jīng)阻抗變換后話筒輸出電阻小于2千歐。</p><p>　　圖2-4 駐極體話筒電氣原理</p><p>　　駐極體話筒的輸出電路</p><p>　　駐極體話筒輸出電路如圖2-5所示，話筒引出端分二端式和三端式兩種。二端輸出方式是將場效應(yīng)管接成漏極輸出電路，類似晶體三極管的共發(fā)射極放大電路，只需兩根引出線，漏極D與電源正極

49、間接一個漏極電阻R，信號由漏極D經(jīng)電容C輸出，源極S與編織線一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時要高，但電路動態(tài)范圍略小。 目前市售的駐極體話筒大多是這種連接方式，本設(shè)計(jì)采用的話筒正是這種輸出方式。</p><p>　　三端輸出方式是將場效應(yīng)管接成源極輸出方式，類似晶體三極管的射極輸出電路，需要用三根引線。漏極D接電源正極，源極S與地之間接一個電阻R來提供源極電壓，信號由源極經(jīng)電容C

50、輸出。編織線接地起屏蔽作用源極輸出的輸出阻抗小于2K，電路比較穩(wěn)定，動態(tài)范圍大，但輸出信號比漏極輸出小。三端輸出式話筒目前市場上比較少見，實(shí)際共有4種接線方式，如圖2-5所示，若電源為正極接地時，只須將D、S對換一下，仍可成為兩端輸出或者三端輸出，R的大小要根據(jù)電源電壓大小來決定。</p><p>　　圖2-5 駐極體話筒輸出電路</p><p>　　2.2.2音頻功率放大器</p&

51、gt;<p>　　LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，具有自身功耗低、增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)，收音機(jī)和聲控電路之中。</p><p>　　LM386的引腳說明</p><p>　　LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式，本設(shè)計(jì)采用雙列直插式封裝的芯片，其各引腳及功能簡介如圖2-6所示。</

52、p><p>　　圖2-6 LM386引腳功能圖</p><p>　　LM386的內(nèi)部電路及放大原理</p><p>　　圖2-7 LM386內(nèi)部電路圖</p><p>　　LM386的內(nèi)部電路如圖2-7所示，第一級為差分放大電路，VT1和VT3、VT4和VT2分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；VT5和VT6組成鏡像電流源作為VT3和VT4

53、的有源負(fù)載；VT1和VT2信號從管的基極輸入，從VT4管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電路的增益。</p><p>　　第二級為共射放大電路，VT7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。  </p><p>　　第三級中的VT8和VT9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管VT10

54、構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級。二極管VD1和VD2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。</p><p>　　電阻R7從輸出端連接到VT4的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端，電路由單電源供電，故為OTL（Output Transformer Less）電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。&#

55、160; </p><p>　　2.2.3 噪聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>　　圖2-8 數(shù)據(jù)采集模塊</p><p>　　該模塊的硬件實(shí)物如圖2-8所示，數(shù)據(jù)采集模塊電路圖如圖2-9所示，分析電路圖可知，置于電路前端的MIC完成對環(huán)境中噪聲的測量，輸出代表噪聲強(qiáng)度的一個電信號，作為音頻輸入連接到LM386音頻放大電路中。信號經(jīng)C02輸出，C01起到平滑

56、電信號的作用。改變滑動變阻器的大小可以改變輸入音量的大小。PYPASS端外接的電解電容C03，起濾除噪聲的作用，工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。在器件上電、掉電時的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，這個電容可以減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。接在1腳、8腳間的電容C04（1腳接電容+極）將系統(tǒng)的增益設(shè)定為200dB，斷開時增益為20dB。輸出耦合電容C06的作用是隔斷直流電壓和耦合音頻的交流信號，直流電壓

57、過大有可能會損壞負(fù)載。</p><p>　　圖2-9 數(shù)據(jù)采集模塊電路圖</p><p>　　2.3 單片機(jī)控制模塊 </p><p>　　控制模塊主要負(fù)責(zé)連接和協(xié)調(diào)各模塊，對數(shù)據(jù)采集模塊傳來的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。本模塊主要有STC12C5A60S2單片機(jī)組成，該單片機(jī)內(nèi)部集成了一個具有8路輸入的高速AD轉(zhuǎn)換器，可以將模擬噪聲值轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)噪聲值。以下將詳細(xì)介紹ST

58、C12C5A60S2單片機(jī)及其內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理。</p><p>　　2.3.1 STC12C5A60S2單片機(jī)</p><p>　　單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051 單片機(jī)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12 倍；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路、2 路PWM、8 路高速10 位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S

59、)。</p><p>　　STC12C5A60S2單片機(jī)控制原理</p><p>　　單片機(jī)的控制作用主要體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)流向的控制，在發(fā)送端子系統(tǒng)中主要用到了該單片機(jī)的P1口，P0口和P3.2引腳等，其對數(shù)據(jù)流向的控制如圖2-10所示。</p><p>　　圖2-10 發(fā)送端數(shù)據(jù)流向</p><p>　　單片機(jī)由P1.7引腳接收來自數(shù)據(jù)采集模塊

60、傳來的噪聲模擬信號，并把該模擬信號送給其內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，接著啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，存入數(shù)據(jù)存儲器。然后，單片機(jī)采用8位并行傳輸方式通過P0口將噪聲強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊，采用SPI串行傳輸方式通過P1.0、P1.2和P1.4引腳將噪聲值數(shù)據(jù)傳輸給無線傳輸模塊發(fā)送端。發(fā)送端將數(shù)據(jù)成功發(fā)送之后通過P3.2引腳給單片機(jī)一個下降沿，以啟動其內(nèi)部的中斷系統(tǒng)，單片機(jī)接收到中斷信號后做出相應(yīng)的反應(yīng)。</p><

61、p>　　在接收端子系統(tǒng)中主要用到了該單片機(jī)的P1口，P0口以及P2.4，P3.2引腳等，其對數(shù)據(jù)流向的控制如圖2-11所示。無線傳輸模塊接收端成功接收數(shù)據(jù)之后，通過單片機(jī)P3.2引腳啟動其中斷系統(tǒng)，單片機(jī)得知信號收到之后采用SPI串行傳輸方式通過P1.0、P1.2和P1.4引腳將噪聲值數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器中。然后，單片機(jī)采用8位并行傳輸方式通過P0口將噪聲值數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊。當(dāng)噪聲值超系統(tǒng)的預(yù)定值時，單片機(jī)會通過P2.4引腳啟動報

62、警器。</p><p>　　圖2-11 接收端數(shù)據(jù)流向</p><p>　　STC12C5A60S2單片機(jī)的程序下載電路</p><p>　　通過使用STC-ISP 軟件，該單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)串口在線編程，無需編程器，無需仿真器，其程序下載電路如圖2-12所示。</p><p>　　圖2-12 STC12C5A60S2程序下載電路</p>

63、;<p>　　2.3.2 噪聲信號A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　STC12C560S2系列單片機(jī)的A/D 轉(zhuǎn)換口在P1 口(P1.7-P1.0)，有8 路8 位高速A/D 轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到300KHz(30 萬次/ 秒)，8 路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后P1 口為弱上拉型I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8 路中的任何一路設(shè)置為A/D 轉(zhuǎn)換輸入

64、口，不需作為A/D 使用的接口可繼續(xù)作為I/O 口使用。在本系統(tǒng)中，該單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)采集模塊輸出的噪聲模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。</p><p>　　圖2-13 模數(shù)轉(zhuǎn)換內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　STC12C560S2單片機(jī)中A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-13所示，其主要包括ADC控制寄存器，10-bit DAC，比較器，逐次比較寄存器等。通過向單片機(jī)內(nèi)部A/D

65、轉(zhuǎn)換控制特殊功能寄存器寫入數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換器的控制。其各標(biāo)志位的作用如下：CHS2 / CHS1 / CHS0為模擬輸入通道選擇控制位；ADC_START為轉(zhuǎn)換啟動控制位，設(shè)置為“1”時，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后為“0”；ADC_FLAG為轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng)A/D 轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG = 1，要由軟件清0；SPEED1，SPEED0為轉(zhuǎn)換速度控制位；ADC_POWER為電源控制位。0表示關(guān)閉ADC 電源；1表示打開A/D

66、轉(zhuǎn)換器電源。</p><p>　　當(dāng)ADC_START位被置“1”之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換啟動，其工作工程為，逐次比較寄存器輸出8位或者10位的二進(jìn)制數(shù)值到D/A轉(zhuǎn)換器，DAC將該數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬量，比較器比較該模擬量與模擬輸入值大小，若模擬值大，則增大逐次寄存器的值，重復(fù)上述操作，直到確定模擬輸入值是位于兩個相鄰數(shù)字值之間。然后，將這兩個相鄰的數(shù)字值中的一個作為最終結(jié)果存入AD轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES和ADC_RES

67、L中。</p><p>　　在模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部存在一個10-bit DAC，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-14所示，其工作原理為數(shù)字值作為DAC的輸入，各位分別控制~的開關(guān)狀態(tài)。由于各開關(guān)支路中權(quán)阻值不同，在同一基準(zhǔn)電壓下，各開關(guān)支路中的電流處于不同數(shù)量級，支路電流通過加法器輸出的電壓值作為數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　圖2-14 數(shù)模轉(zhuǎn)換內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2

68、.4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸模塊主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)噪聲值數(shù)據(jù)從一端到另一端的無線傳輸，本模塊主要由nRF24L01無線通信芯片及其外圍電路組成。nRF24L01是NORDIC公司的一款無線通信芯片，采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC的Enhanced Shock Burst協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)或是1對6的無線通信，無線通信速度最高可達(dá)2Mbps。只需為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留5個GPIO，1個中斷輸入引

69、腳，就可以很容易實(shí)現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為MCU系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。以下將詳細(xì)介紹nRF24L01無線通信芯片的工作原理。</p><p>　　2.4.1 NRF24L01功能與結(jié)構(gòu)</p><p>　　nRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段，工作電壓為1.9～3.6 V，有多達(dá)125個頻道可供選擇。可通過SPI寫入數(shù)據(jù)，最高可達(dá)10 Mb/

70、s，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達(dá)2 Mb/s，并且有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，如圖2-15所示，并融進(jìn)了增強(qiáng)式Shock Burst技術(shù)，其輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。</p><p>　　圖2-15 nRF24L01內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　nRF24L01的內(nèi)存區(qū)一共有24個寄存器，nRF24L01所有的配置字都由配置寄

71、存器來定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。SPI接口由SCK，MOSI，MISO及CSN組成，在配置模式下單片機(jī)通過SPI接口配置nRF24L01的工作參數(shù)，在發(fā)射或接收模式下單片機(jī)從SPI接口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)的控制指令從nRF24L01的MOSI引腳輸入，而nRF24L01的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息是從其MISO引腳輸出并送給單片機(jī)的。</p><p>　　2.4.2 NRF24L01工作模式</p&

72、gt;<p>　　無線傳輸模塊發(fā)送端和接收端硬件上是一樣的，其電路圖如圖2-16所示，NRF24L01具有收發(fā)模式(接收模式和發(fā)射模式)、待機(jī)模式和掉電模式四種工作模式，并由CE、寄存器內(nèi)部PWR_UP和PRIM_RX共同控制。RF24L01收發(fā)模式有Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式、ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式三種，收發(fā)模式由器件配置字決定。在Enhanced ShockBurstTM

73、收發(fā)模式下，NRF24L01自動處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時，自動把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去；在發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上字頭和CRC校驗(yàn)碼。</p><p>　　圖2-16 無線傳輸模塊電路圖</p><p>　　Enhanced ShockBurstTM發(fā)射流程如下：</p><p>　　(1)把接收機(jī)的地址和需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時序送入nRF24L01；</

74、p><p>　　(2)配置CONFIG寄存器，使之進(jìn)入發(fā)送模式；</p><p>　　(3)微控制器把CE置高(至少10us)，激發(fā)nRF24L01進(jìn)行Enhanced ShockBurstTM發(fā)射；</p><p>　　(4)nRF24L01的Enhanced ShockBurstTM發(fā)射過程是給射頻前端供電；射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、CRC校驗(yàn)碼)；高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；發(fā)射

75、完成，nRF24L01進(jìn)入空閑狀態(tài)。</p><p>　　Enhanced ShockBurstTM接收流程如下：</p><p>　　(1)配置本機(jī)地址和需要接收的數(shù)據(jù)包大??；</p><p>　　(2)配置CONFIG寄存器，使之進(jìn)入接收模式，把CE置高；</p><p>　　(3)130us后，nRF24L01進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的

76、到來；</p><p>　　(4)當(dāng)接收到正確的數(shù)據(jù)包(正確的地址和CRC校驗(yàn)碼)，nRF24L01自動把字頭、地址和CRC校驗(yàn)位移去；</p><p>　　(5)nRF24L01通過把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中斷)通知微控制器；</p><p>　　(6)微控制器把數(shù)據(jù)讀出；</p><p>　　(7

77、)所有數(shù)據(jù)讀取完畢后，可以清除STATUS寄存器。</p><p>　　2.5 液晶顯示模塊</p><p>　　顯示模塊負(fù)責(zé)顯示噪聲的大小，本系統(tǒng)采用的顯示器件是LCD1602字符型液晶顯示器。LCDl602 可分為2 行共顯示32個字符，每行顯示16個字符；其可與8位或4位微處理器連接；內(nèi)藏式字符發(fā)生器ROM，可提供160種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)字符，包括全部大小寫字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及日文片假名，以及

78、32個特殊字符或符號的顯示；內(nèi)藏RAM可根據(jù)用戶的需要，由用戶自定義字符或符號；+5V單電源供電；低功耗(10mW)。</p><p><b>　　LCD1602介紹</b></p><p>　　表2-1 LCD1602各管腳功能表</p><p>　　LCD1602引腳功能如表2-1所示，其中RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平

79、時選擇指令寄存器；R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。 當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址， 當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時，可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。液晶顯示模塊連接電路如圖2-17所示， LCD1602液晶顯示器實(shí)物如圖2-18。</p><p&g

80、t;　　圖2-17 液晶顯示模塊電路圖</p><p>　　a) LCD1602正面實(shí)物圖</p><p>　　b) LCD1602反面實(shí)物圖</p><p>　　圖2-18 LCD1602液晶顯示器實(shí)物圖</p><p>　　LCD1602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和顯示原理</p><p>　　LCD1602 內(nèi)部結(jié)構(gòu)由DDRAM

81、、CGROM、IR、DR、BF、AC 等大規(guī)模集成電路組成，其各部分的功能如下：</p><p>　　(1) DDRAM 為數(shù)據(jù)顯示用的RAM，用以存放要顯示的數(shù)據(jù)；</p><p>　　(2)CGRAM 為字符產(chǎn)生RAM，可供使用者存儲特殊造型的造型碼；</p><p>　　(3) IR 為指令寄存器，負(fù)責(zé)存儲MCU 要寫給LCD 的指令碼；</p>

82、<p>　　(4) DR 為數(shù)據(jù)寄存器，它們負(fù)責(zé)存儲單片機(jī)要寫到CGRAM 或DDRAM 的數(shù)據(jù)；</p><p>　　(5) BF 為忙碌信號，當(dāng)BF 為l 時，不接收單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)BF 為0 時，接收外部數(shù)據(jù)或指令。所以在寫數(shù)據(jù)或指令到LCD 之前，必須查看BF 是否為0；</p><p>　　(6) AC 為地址計(jì)數(shù)器，負(fù)責(zé)計(jì)數(shù)寫入/讀出CGRAM 或DDRA

83、M 的數(shù)據(jù)地址。 </p><p>　　LCD1602的顯示原理，LCD1602通過指令寄存器IR接收來自MCU的指令，設(shè)置其工作模式和數(shù)據(jù)地址，通過數(shù)據(jù)寄存器DR接收來自MCU的ASCII碼，并將其寫入相應(yīng)地址的DDRAM，顯示器便會在屏幕的相應(yīng)位置顯示該ASCII碼所對應(yīng)的字符。</p><p>　　1602 的內(nèi)部顯示地址如圖2-19所示，假如需要在第一行第五列寫入字符，并不是直接寫

84、入05H就可以將光標(biāo)定位在第一行第五個字符的位置，因?yàn)閷懭腼@示地址時要求最高位D7恒定為高電平，所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是：</p><p>　　00000101B(05H)+10000000B(80H)＝10000101B(85H)。</p><p>　　圖2-19 LCD1602的內(nèi)部顯示地址</p><p><b>　　2.6 報警模塊</b&g

85、t;</p><p>　　報警模塊主要負(fù)責(zé)在噪聲值超過預(yù)定值時發(fā)出報警，主要由蜂鳴器組成，單片機(jī)通過P2.4口對蜂鳴器模塊進(jìn)行控制，硬件電路如圖2-20所示。</p><p>　　圖2-20 報警模塊</p><p><b>　　2.7 復(fù)位模塊</b></p><p>　　復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，就像

86、計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的，單片機(jī)通過RESET接口對復(fù)位模塊進(jìn)行控制，硬件電路如圖2-21所示。</p><p>　　圖2-21 復(fù)位模塊</p><p>　　2.8 電源供電模塊</p><p>　　電源供電模塊通過USB電源線與電源適配器連接，輸出+5V的直流電壓，驅(qū)動系統(tǒng)正常運(yùn)行，硬件電路如圖2-22所示。

87、</p><p>　　圖2-22 電源供電模塊</p><p><b>　　2.9 本章小節(jié)</b></p><p>　　本章主要從硬件電路設(shè)計(jì)的角度對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論述，首先簡要闡述系統(tǒng)電路的整體設(shè)計(jì)方案，然后詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)采集模塊，控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，液晶顯示模塊，報警模塊，單片機(jī)復(fù)位模塊與電源供電模塊7個模塊詳細(xì)，闡述各模塊對整個

88、系統(tǒng)的作用。</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集模塊中，詳細(xì)介紹了該模塊主要器件駐極體話筒和LM386音頻放大電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理等；在控制模塊中，詳細(xì)介紹了STC12C5A60S2單片機(jī)的控制作用及其內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理；在數(shù)據(jù)傳輸模塊中，詳細(xì)介紹了該模塊主要器件nRF24L01無線通信芯片的工作原理；在顯示模塊，詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)顯示器件LCD1602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和顯示原理；然后簡要介紹了一下報警模塊、單片機(jī)

89、復(fù)位模塊與電源供電模塊。</p><p>　　第3章 家庭噪聲檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)軟件程序在編寫時，采用先分模塊編寫，再整合為一個整體的方法，本章將詳細(xì)闡述本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　3.1 系統(tǒng)軟件組成</p><p>　　整個軟件系統(tǒng)分為發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)兩部分，下面將分別對這兩個子系統(tǒng)的軟件

90、結(jié)構(gòu)和編寫思路進(jìn)行闡述。</p><p>　　3.1.1 發(fā)送端程序</p><p><b>　　發(fā)送端程序結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　發(fā)送端子系統(tǒng)的主要任務(wù)包括測量環(huán)境中噪聲強(qiáng)度，顯示噪聲強(qiáng)度值，通過無線方式發(fā)送噪聲強(qiáng)度數(shù)據(jù)，所以本系統(tǒng)軟件分別分3個程序源文件編寫程序，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的3個任務(wù)，用一個主函數(shù)程序源文件協(xié)調(diào)各模塊程序，發(fā)送端程序

91、結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 發(fā)送端程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　AD.c文件中的程序用于實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)采集模塊測量所得的噪聲模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，其中主要包括AD轉(zhuǎn)換初始化函數(shù)以及AD轉(zhuǎn)換函數(shù)；1602.c文件中的程序用于驅(qū)動LCD1602液晶顯示器，其中主要包括LCD1602的初始化函數(shù)和顯示噪聲值函數(shù)；fasong.c文件中的程序用于實(shí)現(xiàn)噪聲值數(shù)據(jù)的無線發(fā)送，其中主

92、要包括SPI讀寫函數(shù)，設(shè)置發(fā)送模式函數(shù)以及發(fā)送函數(shù)。main.c文件中主要包括主函數(shù)，通過協(xié)調(diào)其他程序源文件中的子函數(shù)以控制發(fā)送端子系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　發(fā)送端主函數(shù)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　發(fā)送端子系統(tǒng)的主函數(shù)流程圖如圖3-2所示，其主要任務(wù)是初始化LCD1602液晶顯示器和NRF24L01無線通信芯片，配置并啟動AD轉(zhuǎn)換，顯示噪聲值，發(fā)送噪聲值數(shù)據(jù)。</p>

93、;<p>　　圖3-2 發(fā)送端主函數(shù)流程圖</p><p>　　Lcd_Int()函數(shù)為LCD1602液晶顯示器的初始化函數(shù)，其通過調(diào)用寫指令函數(shù)Lcd_WriteCom()設(shè)置液晶顯示器的工作模式為：16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口；無光標(biāo)閃爍，光標(biāo)右移，字符不移。Read_init(7)函數(shù)為AD轉(zhuǎn)換初始化函數(shù)，主要負(fù)責(zé)配置與AD轉(zhuǎn)換相關(guān)的特殊功能寄存器ADC_CONT

94、R的值，設(shè)置AD轉(zhuǎn)換的模式為采用通道7為模擬輸入口，確定轉(zhuǎn)換速度為1 4 0個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次，啟動AD轉(zhuǎn)換電源；nRF4L01_Init()函數(shù)為nRF24L01通信芯片初始化函數(shù)，使之工作在掉電模式；單片機(jī)執(zhí)行display()函數(shù)，將在液晶屏幕的第一行上顯示“NOISE”字樣，然后系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)采集并發(fā)送數(shù)據(jù)階段。首先，系統(tǒng)調(diào)用ADC_Read()函數(shù)，將輸入的模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并將結(jié)果作為返回值賦值給變量noise。通過zhua

95、nhua()函數(shù)，可以得到其入口參數(shù)noise值的每一位值，并將結(jié)果存入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TX_Buffer中，然后分別調(diào)用displaynoise()函數(shù)和fasong()函數(shù)將噪聲值每一位顯示在液晶顯示屏上并發(fā)送出去。displaynoise</p><p>　　3.1.2 接收端程序</p><p><b>　　接收端程序結(jié)構(gòu)</b></p><

96、p>　　通過對接收端端硬件電路的分析可知，接收端子系統(tǒng)的主要任務(wù)包括接收來自發(fā)送端的噪聲值數(shù)據(jù)，顯示噪聲強(qiáng)度，超過預(yù)定值報警，所以本系統(tǒng)軟件分別分3個程序源文件編寫程序，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的3個任務(wù)，用一個主函數(shù)程序源文件協(xié)協(xié)調(diào)各模塊的程序，其程序結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 發(fā)送端程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1602.c文件中的程序用于驅(qū)動LCD1602液晶顯示器，

97、其中主要包括LCD1602的初始化函數(shù)和顯示噪聲值函數(shù)；jieshou.c文件中的程序用于實(shí)現(xiàn)噪聲值數(shù)據(jù)的無線接收，其中主要包括SPI讀寫函數(shù)，設(shè)置接收模式函數(shù)以及讀取接受結(jié)果函數(shù)。fengmingqi.c文件中的程序用于驅(qū)動蜂鳴器，主要包括蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)，即報警函數(shù)。main.c文件中主要包括主函數(shù)，通過協(xié)調(diào)其他程序源文件中的子函數(shù)使接收端子系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　接收端主函數(shù)程序設(shè)計(jì)</p&

98、gt;<p>　　圖3-4 接收端主函數(shù)流程圖</p><p>　　接收端子系統(tǒng)主函數(shù)流程圖如圖3-4所示，完成初始化LCD1602液晶顯示器和NRF24L01無線通信芯片，設(shè)置接收模式并讀取接收數(shù)據(jù)，顯示噪聲值，超過預(yù)定值報警的功能。</p><p>　　Lcd_Int()函數(shù)和nRF4L01_Init()函數(shù)的作用與發(fā)送端相同，此不再綴述。單片機(jī)執(zhí)行Ready_displ

99、ay()函數(shù)，將在液晶屏幕的第一行上顯示“NOISE”字樣，然后系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)采集并發(fā)送接收階段。nRF24L01_Set_RX_Mode()函數(shù)負(fù)責(zé)配置接收模式，設(shè)定其發(fā)送與接收功率，發(fā)送與接收地址等。nRF24L01_RX_Mode()函數(shù)通過標(biāo)志位RX_DR檢測是否接收完成，如果完成將接收數(shù)據(jù)存入接收數(shù)據(jù)寄存器RX_Buffer中，并返回“1”，否則，返回“0”，系統(tǒng)通過判定該函數(shù)返回值，做出相應(yīng)的反應(yīng)。</p>&l

100、t;p><b>　　3.2 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章分為發(fā)送端子系統(tǒng)和接收端子系統(tǒng)兩部分對系統(tǒng)的程序進(jìn)行詳細(xì)介紹，針對發(fā)送端子系統(tǒng)，詳細(xì)論述其程序結(jié)構(gòu)，主函數(shù)的內(nèi)容及程序流程圖，簡要介紹發(fā)送端子系統(tǒng)主函數(shù)是如何通過調(diào)用各子函數(shù)實(shí)現(xiàn)采集和發(fā)送噪聲值數(shù)據(jù)的任務(wù)。</p><p>　　針對接收端子系統(tǒng)，詳細(xì)論述其程序結(jié)構(gòu)，主函數(shù)的內(nèi)容及程序流程圖，簡

101、要介紹接收端子系統(tǒng)主函數(shù)通過調(diào)用各子函數(shù)實(shí)現(xiàn)其接收和處理噪聲值數(shù)據(jù)的具體步驟。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)調(diào)試與分析</p><p>　　對系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后步驟，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為重要的環(huán)節(jié)。任何系統(tǒng)在焊接完成之后都要進(jìn)行檢測和調(diào)試， 以確保系統(tǒng)硬件連接無漏洞，各元器件無故障，才能進(jìn)行軟件下載和調(diào)試。本章詳細(xì)介紹硬件系統(tǒng)調(diào)試的方法，硬件系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及解決

102、方案，軟件調(diào)試的方法。</p><p>　　4.1 硬件系統(tǒng)調(diào)試</p><p>　　4.1.1 硬件系統(tǒng)調(diào)試過程</p><p>　　硬件是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的平臺，系統(tǒng)能否正常工作直接影響到軟件的編寫和調(diào)試能否順利進(jìn)行。其調(diào)試過程如下：首先，運(yùn)用直觀法檢查電路焊接是否正確，有無虛焊和錯焊的情況，觀察元器件的極性和芯片的引腳是否正確，尤其錯接會損壞器件，例如，帶極性的電

103、容，NRF24L01無線傳輸模塊等；然后測試系統(tǒng)電源是否為+5V直流電，確保電源正常之后便可以插上芯片，接上電源，觀察電源指示燈是否正常，各元器件是否上電，顯示器是否點(diǎn)亮，噪聲傳感器模塊電源指示燈是否正常，無反?，F(xiàn)象便可以下載運(yùn)行程序；若程序運(yùn)行結(jié)果與預(yù)想不符，在確保軟件無誤的情況下，全面考慮產(chǎn)生該問題的原因，分模塊檢測，逐個排除。另外，正確使用萬用表、示波器、信號發(fā)生器等工具，可以提高工作效率。</p><p>

104、;　　4.1.2 硬件系統(tǒng)問題及解決</p><p>　　雖然在硬件的連接和焊接過程中已經(jīng)格外注意元器件的極性問題和焊接點(diǎn)是否接通的問題，但是在硬件系統(tǒng)焊接完成之后依然存在問題。</p><p>　　為了保證系統(tǒng)在接通電源后，電源指示燈亮起，硬件正常工作，需要在系統(tǒng)焊接完成，認(rèn)真檢查各元器件的極性問題。若給系統(tǒng)上電后發(fā)現(xiàn)電源指示燈沒有點(diǎn)亮，可使用萬用表測量C1兩端電壓值在5V左右，而VCC

105、端電壓值很小，幾乎沒有，斷定系統(tǒng)中的VCC和GND短接。貼片電容C15~C19兩端VCC和GND容易短接，重新焊接之后，系統(tǒng)電源指示燈點(diǎn)亮。</p><p>　　通過杜邦線將噪聲傳感器模塊與單片機(jī)系統(tǒng)相連時，不慎將VCC與GND反接，接通電源后，導(dǎo)致噪聲傳感器模塊中鉭電容C7被燒毀，采集模塊電源穩(wěn)定性變差，但是不影響系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　為了可以成功下載程序目標(biāo)文件，通過US

106、B串行接口將單片機(jī)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連。若在程序下載時，一直顯示不能連接，應(yīng)認(rèn)真檢查串行接口電路，發(fā)現(xiàn)有虛焊的點(diǎn)，重新焊接之后，正常下載程序。</p><p>　　4.2 軟件系統(tǒng)調(diào)試</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用Keil C 軟件，用C語言編寫程序。通過STC_ISP軟件將Keil C軟件生成的hex文件下載到STC12C5A60S2單片機(jī)。</p><p>

107、　　本系統(tǒng)軟件程序在編寫時，采用先分模塊編寫，再整合為一個整體的方法，所以，在調(diào)試過程中也是分模塊調(diào)試，再整體調(diào)試。首先，編寫調(diào)試報警模塊程序，起初設(shè)定程序只能驅(qū)動蜂鳴器響一聲，系統(tǒng)無法起到報警作用，而后在程序中加一個4次循環(huán)的循環(huán)語句解決了這個問題，使其能夠在啟動報警器后連續(xù)響四聲。編寫調(diào)試顯示模塊程序過程中，顯示器起初會出現(xiàn)部分顯示和顯示位置混亂的情況，在LCD1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)之后加延遲函數(shù)以給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時間，這個問題得到了解決