环境噪声的实时测量方法与应用研究

摘要

环境噪声，是指工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音。随着社会经济快速发展、人类活动的大幅增加，环境噪声污染成为一个日益严峻的问题。对环境噪声的准确测量与分析是有效治理环境噪声污染、减小环境噪声危害的重要前提。同时随着全社会对环境噪声污染的关注和环境噪声防控力度的增加，环境噪声测量设备在多种环境噪声监测领域中有着广泛的应用需求。
　　本文对环境噪声的实时测量方法与应用两方面进行研究，旨在开发出一种能对环境噪声进行实时测量分析的系统。研究内容包括频率计权、时间计权、倍频程分析等测量方法的优化设计;以及为实现上述功能的系统软、硬件设计。
　　针对基于双线性变换法设计的A/C计权出现较大误差，提出一种基于搜寻者优化算法的A/C计权设计，使用搜寻者优化算法对A/C计权的ⅡR滤波器系数进行搜索优化，利用人群作为搜寻者的群体智能，对A/C计权ⅡR滤波器进行优化设计;利用差分逼近微分的方法对时间计权进行数字化推导;对倍频程分析采用数字滤波器组进行设计，并使用降采样的方法来解决1/3倍频程分析运算量过大的问题，同时给出基于Matlab的倍频程数字滤波器组的设计流程。
　　采用DSP与MCU分别作为系统的算法执行核心与管理核心，并将整个系统电路按功能分为若干单元模块，给出详细的电路设计。最后对系统进行软件设计，给出频率计权、时间计权、倍频程分析程序的流程图，同时对以上程序的运行时间进行分析。最后对系统的频率计权、时间计权、倍频程分析进行了实验测试。
　　对频率计权、时间计权、倍频程滤波器的仿真及实验结果表明本系统所实现的频率计权、时间计权误差均可以满足GB/T3785.1-2010对1级声级计的要求;倍频程滤波器误差满足GB/T3241-2010对1级滤波器的要求;程序运行耗时分析表明1/3倍频程分析可以满足系统实时性的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 环境噪声测量

1．2．1 声压与声压级

1．2．2 环境噪声测量常用评价量

1．2．3 环境噪声测量的研究现状和发展趋势

1．3 本文研究的主要内容

第2章 环境噪声测量方法的数字化实现

2．1 频率计权与数字化实现

2．1．1 频率计权原理

2．1．2 基于搜寻者优化算法的A／C计权数字滤波器设计

2．2 时间计权与数字化实现

2．3 倍频程分析与数字化实现

2．3．1 倍频程分析原理

2．3．2 倍频程分析实现

第3章 环境噪声实时测量系统算法仿真

3．1 仿真测试平台

3．2 频率计权仿真测试

3．3 时间计权仿真测试

3．4 倍频程滤波器性能仿真测试

第4章 环境噪声实时测量系统电路设计

4．1 系统电路设计概述

4．1．1 电路功能分析

4．1．2 主要器件选型

4．1．3 系统电路构成

4．2 信号采集单元电路设计

4．2．1 传声器及其输出

4．2．2 信号调理电路及I2S接口设计

4．2．3 ADC外围电路设计

4．3 数据处理单元电路设计

4．3．1 TMS320C6747复位与时钟电路

4．3．2 JTAG接口电路

4．3．3 DSP启动

4．4 管理单元电路设计

4．4．1 STM320F407核心系统电路设计

4．4．2 存储模块电路设计

4．4．3 通信模块电路设计

4．4．4 人机交互模块电路设计

4．5 电源单元电路设计

4．5．1 5V电源设计

4．5．2 正负12V电源设计

4．5．3 3．3V电源设计

4．5．4 1．2V电源设计

4．6 系统PCB设计

第5章 环境噪声实时测量系统软件设计

5．1 软件设计思路

5．2 数据处理单元软件设计

5．2．1 数据处理单元DSP主程序

5．2．2 DSP启动及系统初始化

5．2．3 测量分析模块程序

5．2．4 程序运行耗时分析

5．3 系统实验

5．3．1 频率计权实验

5．3．2 时间计权实验

5．3．3 倍频程分析实验

结论

参考文献

致谢

附录