GPRS的环境噪声监测系统硬件部分
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3本课题研究的内容 3
2 噪声测量的基本理论 3
3噪声监测系统的硬件部分 8
3.1系统硬件的总体方案 8
3.2各单元模块设计 10
3.2.1发射端的采集和前置放大模块 10
3.2.2发射端计权检波模块 12
3.2.3发射端保持调整模块 14
3.2.4发射端MCU模块 15
3.2.5发射端按键和供电模块 17
3.2.6发射端液晶显示模块 18
3.2.7发射端程序下载和GSM接口 18
3.2.8发射端的状态指示灯 20
3.2.9发射端的时钟模块 21
4系统调试 21
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附录A 发射端电路原理图 28
附录B 接收端电路原理图 29
附录C 电路PCB图 30
1 绪论
1.1 本课题研究的目的和意义
由于现在整个世界都在快速的发展着，城市的规模也已经越来越大，随之而来的便就是噪声污染，它已经严重的影响到了我们的正常生活。在一个城市范围内，如果它的噪声值比国家要求的排放标准要高，并且严重影响了人们的生活、工作和学习，那么这就是城市环境噪声污染。当噪声污染与大气、固体废弃物污染相比的时候，噪声污染的不同之处就是：它是一种“感觉公害”。噪声污染的影响非常大，它扰乱了人的工作学习，破坏了人的听力，对一个儿童的健康成长和胎儿的发育也会存在极 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
大的隐害。所以，减少噪声污染是我们迫切需要解决的问题[1]。
城市的环境噪声主要是由交通噪声，工业生产，建设和社会活动产生的，根据中国的环境保护局的统计计算，在上个世纪的90年代末，我国的所有环境噪声源中有高达46.7%的噪声来自于交通噪声；社会生活噪声次之，为28.9%；工业噪声没有超过十分之一，为8.3%；施工噪声是最少的，为5.2%；其它噪声一共加起来为10.9%。在这所有的噪声中交通噪声是最多的，并且一年比一年高，到现在为止已突破了60%，发达国家的交通噪声污染比我国严重得多。所以，从1980年开始，所有的国家都制定了一系列的监测模型，该模型是以当地真实的交通噪声为基础的[2]。那些传统的用来对噪声进行测量的仪器都有缺陷：每个仪器只能测量一个类型的数值，需要依靠与其他的仪器结合才能将噪声测量完整，没有一个固定的用以计算噪声值的参数表达式，噪声测量数据在有效管理上有所欠缺，数据的安全性仍然比较低，在测量的过程中需要人去操作，因此，对一个仪器是否可以智能并自动的测量噪声的要求会变得更高[3]。
噪声不仅仅是一种会危害到人们主观感受的污染，它也是一个可以以能量的方式对周围的环境产生破坏的污染。所谓能量污染就是指噪声可以在一瞬间将能量进行叠加，然后以声级大小的形式来表现。所以，它具有双重特性，即时间上的瞬时性和空间上的不连续性。为了能够较真实和准确的反映一个区域的环境噪声污染水平，我们只能够采取多点抽样法来测量，并且要增多测量的次数。现在在我国的许多城市中，依旧还是会采用传统的测量噪声的方法，就是每年在不同的时间内到某个地点多次的去采集噪声。
整个社会都在进步，噪声产生的污染也越来越严重，传统的监测噪声的方法也要慢慢的淘汰了，随之而来的就是我们要发明一种更加方便快捷的监测系统。这种新型的自动噪声监测系统可以不需要测量人员干预、可以自动传输远程数据、24h连续运行，这在极大程度上解决了耗时、费力、误差大等问题。这个监测系统如果可以顺利的运行下去，不仅仅可以给环境噪声的执法和管理树立一个标准，当然中国的许多规模大的城市也可以把它作为一个好的监督手段来创建城市安静工程，同时对推进城市环保工作也有促进意义。言而总之，对基于GPRS的环境噪声监测系统的深入研发是利多于弊的，我国的环保监测部门是有必要将这个工作进行深入推进的。
1.2 国内外研究现状
目前，国外的环境噪声监测仪器与某些国家相比已经十分先进，在数据的测量、处理和传输上，已经可以自动完成，不要人去干预；能够随时随地的与网络上的信息进行相互联系；共享已经监测的噪声信息。外国的专家学者运用计算机来对监测的噪声信息进行分析的水准已很高了。
在1960年以前，用来测量噪声的仪器并没有特别的多，一般都是会使用那种以电子管形式存在的实验室里的仪器；从1970年开始，外国的专家便开发了一些体积小巧的的测量噪声的仪器。这么多年来，由于在噪声监测方面的不足，就促使着我们不断的对测量仪器进行改良，以前的那种依靠人眼观察声级计上指针数的方法也渐渐退出了这个领域，取而代之的就是一种以数字形式来测量噪声的声级计。现在已发展到可以同时测量以下多个参量：噪声暴露级 、等效连续声级 、累积百分声级 和脉冲声级 等。1980年中期，环境噪声自动监测仪已经可以实现自动采集数据，存贮数据，处理数据的功能。到1990年初，环境噪声监测仪器的发展方向是研发更加小型化、方便和功能全的仪器。
现在,中国在水和大气方向上研究的自动监测技术己较为成熟,而在环境噪声方面的研究技术却很稚嫩。因为城市环境噪声是随时发生的，并没有规定的时间，而且发生的地点也是不固定的,所以传统的那种监测的噪声方法会使得噪声值准确度下降。而为了解决这个难题，最基本的方法就是增加对噪声进行测量的次数，只有尽可能多的对一个区域内的噪声进行测量，才可以较为真实的反映该地方的噪声污染水平。
虽然目前国内现状如此，但是并不代表我们止步不前。赵彦淑和其他专家在对监测点进行选择时，通过对抽样理论的熟练运用，筛选出一些比较具有代表性的监测点，以此来达到减少测点数目的目的[4]。同样，为了减少实际的测量点数和工作量，于连生和其他专家想到了最大矩阵元法和最优分割法，以此来达到这个目的[5]。在对北京朝阳区的某个市区公路进行噪声监测时，由于公路较长，工作量大，所以马东生和其他专家采用了灰色理论关联度分析法，成功的将监测点的数目从原来的9个减到了3个[6]。在对鞍山市的环境噪声进行监测时，李生文和其他专家采用多元统计主成分分析法来对该方法展开了模糊批判优化和系统分析,从而选出了基本符合情况的优化点[7]。陈向党和陈光华在对以前的某个环境噪声达标的区域的资料进行了详细的分析之后，通过对数理统计方法的熟练运用，最终统计出在一个相对小型的区域的最佳的测量点个数[8]。赵静和高岩等人在以噪声质量等级法和噪声污染指数法的基础上，对城市的环境噪声的现状进行了详细的分析，以此来制定一个较为恰当的治理方法[9]。李本纲和其他专家在参考了美国的FHWA交通噪声预测模型之后，将我国的实际环境情况与真正引起道路交通噪声的因素相结合，通过了实地测量，建立一个符合我国国情的城市环境噪声的理论统计模型[10]。
式中， 代表的是区域的平均等效A声级， 代表的是基准值。
图5有效值检波器的原理框图
在这个电路中我选用了AD536A，它是一个真有效值/直流转换器。AD536A是一个操作简单但是功能完整的单芯片集成电路，它可以执行真均方根直流转换，它的实用性与其它高成本的混合或模块式单元是不相上下的。对于那些交流和直流成分同时混杂在其中的复杂的输入波形来说，其他的转换器或许无法计算，但是对AD536A来说能够很简单的对真均方根值进行运算。AD536A采用了峰值补偿措施，所以在峰值因子达到7的情况下，转换误差不大于1%；在出现了一个不小于一百毫伏的信号电压的情况下，它的测量能力达到了300KHz只有3dB的误差。在输入和输出时AD536A的输入和输出值会有所移动，采用了激光修正的方法来改良正负波形的对称性和整体的精确度，所以通过对外部进行修正来提升精确度是没什么意义的。在AD536A的内部电路中含有一个输入和输出保护电路，当输入电压突然上升，比预设的电源电压还要高时，该电路依然可以正常工作，而输出电压的主要作用就是短路保护，从而保证整个电路不会被烧掉。
1 绪论 1
1.1 本课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3本课题研究的内容 3
2 噪声测量的基本理论 3
3噪声监测系统的硬件部分 8
3.1系统硬件的总体方案 8
3.2各单元模块设计 10
3.2.1发射端的采集和前置放大模块 10
3.2.2发射端计权检波模块 12
3.2.3发射端保持调整模块 14
3.2.4发射端MCU模块 15
3.2.5发射端按键和供电模块 17
3.2.6发射端液晶显示模块 18
3.2.7发射端程序下载和GSM接口 18
3.2.8发射端的状态指示灯 20
3.2.9发射端的时钟模块 21
4系统调试 21
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附录A 发射端电路原理图 28
附录B 接收端电路原理图 29
附录C 电路PCB图 30
1 绪论
1.1 本课题研究的目的和意义
由于现在整个世界都在快速的发展着，城市的规模也已经越来越大，随之而来的便就是噪声污染，它已经严重的影响到了我们的正常生活。在一个城市范围内，如果它的噪声值比国家要求的排放标准要高，并且严重影响了人们的生活、工作和学习，那么这就是城市环境噪声污染。当噪声污染与大气、固体废弃物污染相比的时候，噪声污染的不同之处就是：它是一种“感觉公害”。噪声污染的影响非常大，它扰乱了人的工作学习，破坏了人的听力，对一个儿童的健康成长和胎儿的发育也会存在极 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
大的隐害。所以，减少噪声污染是我们迫切需要解决的问题[1]。
城市的环境噪声主要是由交通噪声，工业生产，建设和社会活动产生的，根据中国的环境保护局的统计计算，在上个世纪的90年代末，我国的所有环境噪声源中有高达46.7%的噪声来自于交通噪声；社会生活噪声次之，为28.9%；工业噪声没有超过十分之一，为8.3%；施工噪声是最少的，为5.2%；其它噪声一共加起来为10.9%。在这所有的噪声中交通噪声是最多的，并且一年比一年高，到现在为止已突破了60%，发达国家的交通噪声污染比我国严重得多。所以，从1980年开始，所有的国家都制定了一系列的监测模型，该模型是以当地真实的交通噪声为基础的[2]。那些传统的用来对噪声进行测量的仪器都有缺陷：每个仪器只能测量一个类型的数值，需要依靠与其他的仪器结合才能将噪声测量完整，没有一个固定的用以计算噪声值的参数表达式，噪声测量数据在有效管理上有所欠缺，数据的安全性仍然比较低，在测量的过程中需要人去操作，因此，对一个仪器是否可以智能并自动的测量噪声的要求会变得更高[3]。
噪声不仅仅是一种会危害到人们主观感受的污染，它也是一个可以以能量的方式对周围的环境产生破坏的污染。所谓能量污染就是指噪声可以在一瞬间将能量进行叠加，然后以声级大小的形式来表现。所以，它具有双重特性，即时间上的瞬时性和空间上的不连续性。为了能够较真实和准确的反映一个区域的环境噪声污染水平，我们只能够采取多点抽样法来测量，并且要增多测量的次数。现在在我国的许多城市中，依旧还是会采用传统的测量噪声的方法，就是每年在不同的时间内到某个地点多次的去采集噪声。
整个社会都在进步，噪声产生的污染也越来越严重，传统的监测噪声的方法也要慢慢的淘汰了，随之而来的就是我们要发明一种更加方便快捷的监测系统。这种新型的自动噪声监测系统可以不需要测量人员干预、可以自动传输远程数据、24h连续运行，这在极大程度上解决了耗时、费力、误差大等问题。这个监测系统如果可以顺利的运行下去，不仅仅可以给环境噪声的执法和管理树立一个标准，当然中国的许多规模大的城市也可以把它作为一个好的监督手段来创建城市安静工程，同时对推进城市环保工作也有促进意义。言而总之，对基于GPRS的环境噪声监测系统的深入研发是利多于弊的，我国的环保监测部门是有必要将这个工作进行深入推进的。
1.2 国内外研究现状
目前，国外的环境噪声监测仪器与某些国家相比已经十分先进，在数据的测量、处理和传输上，已经可以自动完成，不要人去干预；能够随时随地的与网络上的信息进行相互联系；共享已经监测的噪声信息。外国的专家学者运用计算机来对监测的噪声信息进行分析的水准已很高了。
在1960年以前，用来测量噪声的仪器并没有特别的多，一般都是会使用那种以电子管形式存在的实验室里的仪器；从1970年开始，外国的专家便开发了一些体积小巧的的测量噪声的仪器。这么多年来，由于在噪声监测方面的不足，就促使着我们不断的对测量仪器进行改良，以前的那种依靠人眼观察声级计上指针数的方法也渐渐退出了这个领域，取而代之的就是一种以数字形式来测量噪声的声级计。现在已发展到可以同时测量以下多个参量：噪声暴露级 、等效连续声级 、累积百分声级 和脉冲声级 等。1980年中期，环境噪声自动监测仪已经可以实现自动采集数据，存贮数据，处理数据的功能。到1990年初，环境噪声监测仪器的发展方向是研发更加小型化、方便和功能全的仪器。
现在,中国在水和大气方向上研究的自动监测技术己较为成熟,而在环境噪声方面的研究技术却很稚嫩。因为城市环境噪声是随时发生的，并没有规定的时间，而且发生的地点也是不固定的,所以传统的那种监测的噪声方法会使得噪声值准确度下降。而为了解决这个难题，最基本的方法就是增加对噪声进行测量的次数，只有尽可能多的对一个区域内的噪声进行测量，才可以较为真实的反映该地方的噪声污染水平。
虽然目前国内现状如此，但是并不代表我们止步不前。赵彦淑和其他专家在对监测点进行选择时，通过对抽样理论的熟练运用，筛选出一些比较具有代表性的监测点，以此来达到减少测点数目的目的[4]。同样，为了减少实际的测量点数和工作量，于连生和其他专家想到了最大矩阵元法和最优分割法，以此来达到这个目的[5]。在对北京朝阳区的某个市区公路进行噪声监测时，由于公路较长，工作量大，所以马东生和其他专家采用了灰色理论关联度分析法，成功的将监测点的数目从原来的9个减到了3个[6]。在对鞍山市的环境噪声进行监测时，李生文和其他专家采用多元统计主成分分析法来对该方法展开了模糊批判优化和系统分析,从而选出了基本符合情况的优化点[7]。陈向党和陈光华在对以前的某个环境噪声达标的区域的资料进行了详细的分析之后，通过对数理统计方法的熟练运用，最终统计出在一个相对小型的区域的最佳的测量点个数[8]。赵静和高岩等人在以噪声质量等级法和噪声污染指数法的基础上，对城市的环境噪声的现状进行了详细的分析，以此来制定一个较为恰当的治理方法[9]。李本纲和其他专家在参考了美国的FHWA交通噪声预测模型之后，将我国的实际环境情况与真正引起道路交通噪声的因素相结合，通过了实地测量，建立一个符合我国国情的城市环境噪声的理论统计模型[10]。
式中， 代表的是区域的平均等效A声级， 代表的是基准值。
图5有效值检波器的原理框图
在这个电路中我选用了AD536A，它是一个真有效值/直流转换器。AD536A是一个操作简单但是功能完整的单芯片集成电路，它可以执行真均方根直流转换，它的实用性与其它高成本的混合或模块式单元是不相上下的。对于那些交流和直流成分同时混杂在其中的复杂的输入波形来说，其他的转换器或许无法计算，但是对AD536A来说能够很简单的对真均方根值进行运算。AD536A采用了峰值补偿措施，所以在峰值因子达到7的情况下，转换误差不大于1%；在出现了一个不小于一百毫伏的信号电压的情况下，它的测量能力达到了300KHz只有3dB的误差。在输入和输出时AD536A的输入和输出值会有所移动，采用了激光修正的方法来改良正负波形的对称性和整体的精确度，所以通过对外部进行修正来提升精确度是没什么意义的。在AD536A的内部电路中含有一个输入和输出保护电路，当输入电压突然上升，比预设的电源电压还要高时，该电路依然可以正常工作，而输出电压的主要作用就是短路保护，从而保证整个电路不会被烧掉。
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