低功耗个体噪声暴露保护装置

摘要

环境中的噪声会影响人们正常的工作、学习与休息，过量的噪声还会损害人的听觉、视觉器官，引发心理疾病。声源、传播途径和受体是噪声产生危害的三要素，在无法消除声源和阻碍其传播时，需要及时转移受体避免过量噪声，因此需对噪声进行实时监测。传统的噪声测量仪器中，音频信号需经过放大电路、计权网络、检波器、对数放大器和积分电路等一系列模拟电路进行处理，其电路结构复杂、元件精度要求高、难于调试、功耗高、体积大。本课题设计了一种新型低功耗个体噪声暴露保护装置，主要内容如下: (1)提出了个体噪声暴露保护装置的全数字方案，采用脉冲密度调制(PDM)接口的MEMS数字麦克风采集噪声，以数字信号处理技术代替模拟电路实现噪声信号的处理，实现对噪声剂量的监测与报警。 (2)设计了一种低功耗个体噪声暴露保护装置，装置主要由MEMS数字麦克风、存储器、接口转换电路、用户按键、报警LED、MCU和电源模块六个部分组成。完成了器件选型和低功耗电路设计，并在搭建好的硬件环境中设计了外设的驱动程序以及实现了噪声信号的全数字化处理，完成了装置的低功耗软件设计。 (3)根据噪声剂量累积过程中，声强较小的噪声对100％剂量影响较低的特性，提出了基于声强阈值触发的噪声剂量累积方案，设计了声强阈值触发电路方案和对应的软件方案，使装置可根据环境中的声强变化自动调整工作模式。 (4)搭建测试平台，测量了装置主要器件和整机的电流状况，对比了装置与NP-DLX单频点与混频状态下的声强级。测试表明，器件的电流指标与手册基本相符，整机工作电流在8mA以下，混频测试时声强级误差在1dB以内。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1课题研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1噪声暴露

1．2．2噪声监测仪器

1．3课题主要研究内容

第二章个体噪声暴露保护装置全数字实现原理

2．1个体噪声暴露保护装置全数字方案

2．2．1麦克风的分类

2．2．2 PDM信号的调制原理

2．3 PDM信号的解调

2．4频率计权

2．4．1频率计权的特性

2．4．2频率计权的数字化实现

2．5声强计算

2．5．1声压和声压级

2．5．2声强和声强级

2．5．3声强与声压的关系

2．6噪声剂量累积的原理

2．6．1幅度计权

2．6．2噪声剂量累积

2．6．3声强阈值触发方案

2．7本章小结

第三章个体噪声暴露保护装置硬件设计

3．1总体硬件架构

3．2各模块电路低功耗设计

3．2．1 MEMS数字麦克风

3．2．2存储器

3．2．3接口转换电路

3．2．4用户按键和报警LED

3．2．5 MCU

3．2．6电源模块

3．3装置接口电路设计

3．4声强阈值触发电路设计方案

3．5本章小结

第四章个体噪声暴露保护装置软件设计

4．1总体软件架构

4．2平台简介

4．3驱动设计

4．3．1 MEMS数字麦克风

4．3．2存储器

4．3．3串口配置与验证

4．3．4按键和报警LED

4．4信号数字化处理

4．4．1数字抽取滤波

4．4．2 A计权网络

4．4．3声强级

4．4．4噪声剂量

4．5声强阈值触发软件方案

4．6本章小结

第五章个体噪声暴露保护装置测试与分析

5．1测试平台搭建

5．2电流测试与分析

5．2．1 MEMS数字麦克风

5．2．2存储器电流

5．2．3 MCU

5．2．4串口与报警LED

5．2．5整机

5．3声强级测试与分析

5．3．1声强级测试方案

5．3．2测试结果与分析

5．4本章小结

结论

参考文献

致谢

附录