1. 研究目的与意义
声音让世界更加美妙，悦耳的声响总能给人们带来美好的享受。然而，当声音在不合时宜之际出现，就会起到反效果，它不再美妙，它扰人心神，成为人人厌烦的噪声。[1,2]当今世界噪声已无处不在，它俨然成为了环境污染的四大公害之一，不断的引起人的关注和重视。人们在日常生活中就会不断受到噪声的影响，敏感的朋友也许连睡眠也会受到各种声音的影响，导致无法入眠；而大部分人则会在噪声中感到异常烦躁，对生活和工作带来各种不利影响，长此以往，人们的身心健康会受到巨大创伤，降低生活水平。当噪声强度超过人们所能承受的程度时，就会形成噪声污染，严重影响了人们的身心健康。[3,4]甚至有许多证据表明，噪音会引起人体心理和生理上的许多不良反应，甚至会危害到胎儿的生长发育及其智力发展；另外，一些过于强烈的噪声还会使机器、仪器的某些设备产生疲劳，如果这些设备长时间收到这类噪声的影响，可能会减少其使用寿命，严重的甚至会造成事故，带来不可测的危害。
1996年，国家还颁布了《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，2008 年国家还制定了《社会生活环境噪声排放标准》（gb22337－2008）和《工业 企业厂界环境噪声排放标准》（gb12348－2008），为噪声的排放治理提供了 法律保障。[5]
不同的环境下人们对于噪声的大小有不同的反应，同时噪声的大小对人们也有很大的影响，如图1所示。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：
噪声监测系统的主要任务是采集到声音信号后，再进行信号的处理，最后完成传输[13]。基础和前提是数据采集，数据处理是系统工作的核心任务，而数据传输则是实现整个远程监测的关键。
本系统主要由传声器、a/d转换芯片、dsp芯片、存储器和rs-232模块组成，系统的硬件结构框图如图2所示，软件结构图如图3所示[14]。传声器将噪声信号转换成交变电压信号，经a/d采样后将数字信号送入dsp芯片进行处理频率计权和时间计权的处理，处理后的结果可以通过rs-232总线协议与上位机及单片机进行通信。[15]
3. 研究的方法与步骤
| （1） 本课题主要针对频率计权网络和时间计权网络的滤波特性，设计相关的数字滤波器，并对频率计权网络进行了MATLAB算法仿真[18,19]。首先通过介绍噪声的基本物理量度，然后讨论了数字滤波器的选择，分析频率计权和时间计权，并分别对A计权和C计权做了MATLAB仿真，并给出了幅频特性图，为下一步的工作提供了理论基础。 根据上述数字声级计的原理框架，考虑系统的实用性与稳定性，本设计选用专用于数字信号处理的TI公司TMS320VC5509 16位定点数字信号处理器（简称DSP5509），其最高主频为200MHz，自带McBSP接口支持SPI模式能够产生串行时钟信号，控制数据传输，满足系统实时性要求。
（2）对DSP算法处理单元进行了介绍[20]。本设计选用TI公司的TMS320VC5509数字信号处理器作为DSP数字声级计的CPU承担实时信号处理的工作，并对存储器Flash和RAM进行了详细讲解；同时还对JTAG接口、电源模块、晶阵电路、复位电路及电子狗的作用给了说明。 其次，介绍了噪声数据采集单元。选用了TLV320AIC23B作为A/D转换芯片，用来将模拟信号转为数字信号；选用AD712作为运算放大器，对输入的模拟信号进行放大。 再次，介绍了通信及显示单元。选用异步通信模块TL16C550来实现DSP与上位面及单片机之间的串行通信；用89S52单片机接收传输的数据，并控制液晶进行数据显示。 最后，对PCB的设计原则进行讲解，并给出了PCB设计板图。
（3）PCB的设计要根据实际需要合理规划，不易过小或过大。如果尺寸过小，相邻的线条容易互相干扰，而且也不利于整体的散热；如果尺寸过大，不但会使成本提高，而且阻抗增加，抗噪声能力下降。其次，确定了PCB大小后，就要确定各个元件的具体位置。一块PCB板其核心部位是处理器芯片，要先确定好它的位置及它周围的布线，再确定其它功能单元部件的位置。最后进行总体的调整，合理安排全部元器件完成总体布局。 根据以上原则，用Protel99SE软件进行设计。Protel99SE是较为流行的EDA设计软件，用于PCB板的设计与开发。本设计开发出来的PCB板为2层，正面主要是各部件元器件及传输总线，背面主要是电源总线。
（4）介绍DSP数字声级计的软件设计思路及具体实现方法，主要包括DSP主控制器软件设计、上位机软件设计和液晶模块软件设计。
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4. 参考文献
| [1] 张明明. 区县生活环境噪声的监测与防治 内蒙古环境科学 , 2008, 20(5): 82－83, 100. [2] 吴宇. 环境噪声污染与健康生活 环境教育, 2008, (10): 76-77. [3] 陈克安. 有源噪声控制 北京: 国防工业出版社, 2003:1. [4] 胡迪秦, 卢庆普, 何志辉等. 城市道路交通噪声污染控制技术及其效果调 查分析 广州环境科学, 2004, 19(2): 22-26. [5] 陈克安, 曾向阳, 李海英. 声学测量 北京: 科学出版社, 2004. [6] 马大猷. 现代声学理论基础 北京: 科学出版社, 2004 [7] 秦树人, 张明洪, 罗德扬. 机械工程测试原理与技术 重庆: 重庆大学出版社，2002 [8] 张绍栋, 孙家麒. 声级计的原理和应用 北京: 计量出版社, 1986. [9] 王建宇. 便携式数字声级计 自动化与仪器仪表, 2007, 132: 59-60. [10] 沈秋霞, 姚青, 赖凤香. 噪声测量仪器的发展 电声技术, 2008, 32(3): 80-82. [11] 孙晶华. 环境噪声检测仪的研制 哈尔滨理工大学硕士学位论文 , 2010. [12] 中国计量科学研究院. JJG 188-2002. 声级计检定规程 2003. [13] 陈克安, 曾向阳, 李海英. 声学测量 北京: 科学出版社, 2004. [14] 陈磊. 数字信号处理技术在噪声频谱分析仪中的应用 西安电子科技 大学硕士学位论文, 2010.. [15] 程永进, 马冲. 基于 MATLAB 的 FIR 滤波器在 DSP 中的实现 电子技 术, 2009, 5(3): 6-11. [16] 李文革, 赵凌云. 常用传声器的分类、结构及工作原理 科技信息, 2006, (10): 47, 97. [17] 钟国策. 声级计和驻极体电容传声器 环境技术, 1997, 2:36-40. [18] 黎泽清, 王明泉, 李博, 等. 基于 DSP 与 TLV320AIC23B 的音频处理系统. 自动化与仪表, 2009(8): 57-60. [19] 倪启彦, 石建波. TMS320C6713 与 TLV320AIC23B 的接口设计及实现 微型机与应用, 2011, 30(8): 23-25, 28. [20] 张猛. 基于MATLAB的FIR数字滤波器设计 长春大学学报 2009.
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5. 计划与进度安排
| 1. 2022-03-02 ～2022-03-25 查阅资料，翻译外文资料和撰写开题报告； 2. 2022-03-26 ～2022-04-10 查阅相关资料，熟悉DSP软硬件的开发流程； 3. 2022-04-11 ～2022-04-30 设计出基于DSP的声音采集系统，并采用常 用EDA软件绘制符合计算机辅助设计制图相关标准规范要求的原理图和PCB图； 4. 2022-05-01 ～2022-05-20 查阅相关资料，根据所设计的产品控制功能，自主完成设计相应的硬件和软件设计； 5. 2022-05-21 ～2022-06-10 整理完善设计文档，撰写设计说明书； 6. 2022-06-11 ～2022-06-20 毕业设计答辩准备，参加毕业设计答辩。
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