摘要：文章設(shè)計了一種噪聲提醒器，一系統(tǒng)包括噪聲信號檢測、放大、直流轉(zhuǎn)換、V／E轉(zhuǎn)換、語音提示等電路的設(shè)計。噪聲信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成音頻信號，電信號經(jīng)過放大、直流轉(zhuǎn)換和V／F變換輸入單片機中進行處理，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的噪聲dB值與設(shè)定值比較，并發(fā)出報警。該系統(tǒng)具有電路簡單，精確度較高，可檢測實時噪聲等特點。
關(guān)鍵詞：噪聲檢測；直流轉(zhuǎn)換；V／F轉(zhuǎn)換；語音提醒

0 引言
    噪聲即噪音，是引起人煩躁，或者音量過強而危害人體健康的聲音。從環(huán)保的角度看，凡是影響人們正常工作、學(xué)習(xí)和休息的聲音都可以稱為噪聲。一般認為20dB以下的聲音是安靜的；20-40dB大約是小聲說話的聲音；40-60dB屬于我們正常的交談聲音；60dB以上就屬于吵鬧范圍了，70dB我們就可以認為它是很吵的，而且開始損害聽力神經(jīng)，90dB以上就會使聽力受損，而呆在100-120dB的空間內(nèi)，一般一分鐘人就會暫時性失聰。在一些需要安靜的場合，如圖書館、醫(yī)院病房、賓館客房等場所，要求不得超過40dB。而有些時候往往會有一些人不顧及場合，大聲喧嘩，制造噪聲，影響其他人的工作、休息。本文設(shè)計了一種簡單的噪聲提醒器，能夠檢測環(huán)境的聲音，并在聲音超過設(shè)定值時能夠自動報警提示。使得在無人監(jiān)管的情況下，自動提示，及時制止噪聲，保持安靜的環(huán)境。

1 噪聲提醒器設(shè)計方案
    噪聲提醒器系統(tǒng)方框圖如圖1所示，硬件電路包括噪聲信號的轉(zhuǎn)換、放大、交直流轉(zhuǎn)換與電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，以及單片機系統(tǒng)的硬件電路、顯示及語音提示電路等。

    環(huán)境噪聲經(jīng)傳聲器轉(zhuǎn)換為電信號，放大器對微弱的聲壓信號進行放大，然后經(jīng)過真有效值轉(zhuǎn)換電路將音頻信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，再通過V／F轉(zhuǎn)換成具有一定頻率的脈沖信號，送入單片機。單片機對送來的信號進行處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的dB值，并與設(shè)定值比較，超過即播放提示音，也可利用LED顯示dB值。

2 硬件電路
2. 1 音頻放大電路
    聲音信號由駐極體傳聲器采集后，需進行放大，我們采用LM386音頻功率放大器。LM386集成電路使用簡單，基本沒有外圍器件，而且它還有體積小、電源范圍寬、頻率響應(yīng)好、外接元件少、總諧波失真小、電壓增益可調(diào)整、輸出功率大等優(yōu)點。傳聲器輸出的電信號非常微弱，只有毫伏級，因此音頻功率放大電路采用電壓增益200倍的接法(如圖2所示)。

2．2 直流轉(zhuǎn)換電路
    有效值-直流轉(zhuǎn)換電路采用AD536，該芯片內(nèi)部由求絕對值電路、平方除法器、鏡像電流源、輸出緩沖放大器四部分組成。其工作原理依次是：取絕對值-平方／除法-取平均值運算。當(dāng)輸入電壓增大時，其3dB帶寬會隨之增大，因此應(yīng)提高輸入信號的幅值。

    電路采用單電源供電方式，并接入1μF輸出濾波電容C5，以減小輸出紋波的大小。其外圍電路簡單，只需在4和14之間接一個電容，電容的值可以計算出大約1μF，即可將輸入的交流電壓信號轉(zhuǎn)換為高精度的直流信號。R6、R5給10腳提供直流偏壓。
2. 3 電壓／頻率轉(zhuǎn)換電路
    V／F變換采用的是集成塊LM331，LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片，可用作精密V／F轉(zhuǎn)換器。LM331采用了新的溫度補償能隙基準(zhǔn)電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)和低于4．0V電源電壓下都有極高的精度。LM331動態(tài)范圍寬可以達到100dB；線性度較好，最大非線性失真小于0．01％；變換精度高，數(shù)字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件，便可構(gòu)成V／F或F／V等變換電路。

    LM331原理圖如圖4所示，其內(nèi)部由輸入比較器、定時比較器、能隙基準(zhǔn)電路、R-S觸發(fā)器、復(fù)零晶體管、輸出驅(qū)動和電流開關(guān)等部分組成。
    當(dāng)輸入端Vi輸入正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使R-S觸發(fā)器量位，輸出高電平，輸出驅(qū)動管導(dǎo)通，輸出端f0為邏輯低龜平，同時電源Vcc也通過電阻R2對電容C2充電。當(dāng)電容C2兩端充電電壓大于Vcc的2／3時，定時比較器輸出高電平，使RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端f0為邏輯高電平，同時，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容C2通過復(fù)零晶體管迅速放電；電子開關(guān)使電容C3通過電阻R3放電。當(dāng)電容C3放電電壓等于輸入電壓Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使R—S觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率f0與輸入電壓Vi成正比，從而實現(xiàn)了V／F變換。電阻R1和電容C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。

    根據(jù)以上原理設(shè)計電路圖如圖5所示。其中圖5中的R9、C9、R11、C11、R10、C10分別對應(yīng)圖4中的R1、C1、R2、C2、R3、C3。
2. 4 報警及指示電路
    本系統(tǒng)是為需要安靜且無人值守的場合設(shè)計的，當(dāng)環(huán)境噪聲超過限定值時，喇叭發(fā)出提示聲音“請安靜”。由于提示音時間很短，因此選用OTP語音芯片AC8010。AC8010是支待PWM和DAC輸出的10s OTP語音芯片，音質(zhì)好，有4個I／O口，外圍電路僅需-顆104電容，設(shè)計成本低AC8010與單片機連接電路如圖6所示，采用PWM輸出三極管放大后驅(qū)動喇叭的方式，并且可以接LED顯示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    本系統(tǒng)設(shè)計選用89C52單片機，其主要任務(wù)是將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，若超過設(shè)定值，則推動語音芯片發(fā)出聲音，并且使LED發(fā)光。主程序如圖7所示。

4 結(jié)束語
    因為使用的是以單片機為核心的控制系統(tǒng)，所以此噪聲提醒電路具有功能強、電路簡單、性能可靠、成本低的特點。可廣泛用于一些需要安靜的場合，如會議室、閱覽室、醫(yī)院病房等。為了減少成本，本設(shè)計僅僅設(shè)計了語音提示部分。如果有些場合需要顯示噪聲值的話，可以在本設(shè)計的基礎(chǔ)上，增加顯示電路模塊，利用單片機I／O口驅(qū)動LED或LCD顯示器來顯示噪聲的dB值。因此，具有可擴展性，并且有一定的推廣價值和較好的市場前景。