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智能环境噪声监测终端的研究

作　者: 王以笑
导　师: 陈晓冬
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 噪声监测 DSP 1/3倍频程 GPS
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 117次
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内容摘要


环境噪声监测系统主要由噪声监测终端、传输线路和数据管理中心组成,噪声监测终端负责收集当前环境噪声值,通过传输网络把噪声数据发送到噪声数据管理中心,用户通过Internet可以实时查看某一地区的环境噪声值,集成了微机电技术、传感技术和现代通信技术。针对环境噪声监测终端的开发,目前,已完成基于嵌入式开发平台ARM的环境噪声监测终端系统,该系统通过户外传声器把噪声信号转换成电信号,然后进行一系列的计权算法处理得到环境噪声值,终端可以稳定传输噪声数据值,整机精度可达0.1dB。但该终端系统无法进行实时的频谱分析,功能较为单一,而且对于环境噪声超标的地区,环保部门无法确认噪声污染源,另外,随着民众环保意识的增强,噪声实时地图也开始广泛使用。为了满足终端用户的各种需求,结合环境噪声监测终端的发展趋势,本文在终端系统能够稳定传输噪声数据的基础上,主要围绕环境噪声监测终端智能化和多功能化两个方向进行第二代环境噪声监测终端的研究。本论文的主要工作如下:以AD8021为核心设计了前端放大电路模块。应用了周立功公司的电源变换器模块为前端探头和放大电路提供电源,完成了PCB设计、制作与调试;对放大电路的功能进行了验证,增益动态范围宽,电源稳定可靠,满足了系统的实际需要。基于DSP的噪声信号1/3倍频程频谱分析。分别完成了带通滤波器、抗混叠低通滤波器、基于多抽样技术频谱分析的算法设计,以实现1/3倍频程分析功能;利用DSP的EDMA技术及乒乓操作思想优化算法,保证信号处理的实时性。以S3C2440为核心的终端系统用户应用程序设计。选用嵌入式Linux操作系统,搭建交叉编译环境;设计了GPS定位、音频采集及图像采集模块,分别实现了噪声终端定位信息及时间信息提取、超标噪声录音及现场抓拍功能;利用Framebuffer设备直接对显示缓冲区进行操作,实现了噪声数据、频谱和图像的实时显示。系统整体功能验证。测试了1/3倍频程频谱分析算法的实际效果,满足国家标准GB/T3241对0级滤波器的要求;验证了终端定位信息的提取以及对现场抓拍的效果,满足监测终端的要求。系统实现了实时频谱分析,可提供更多的噪声污染现场信息,工作稳定可靠。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 噪声及其危害  7-9
  1.2 噪声评价和标准  9-12
  1.3 噪声测量技术  12-13
  1.4 国内外声学测量仪器发展概况  13-14
  1.5 论文的主要工作  14-15
第二章 智能环境噪声监测终端的设计原理  15-27
  2.1 智能环境噪声监测系统的结构  15-16
  2.2 频率计权和时间计权原理  16-19
  2.3 1/3 倍频程频谱分析  19-24
    2.3.1 基于多抽样率的1/3 倍频程算法  20-21
    2.3.2 1/3 倍频程数字滤波器设计及要求  21-24
  2.4 GPS 定位原理  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 智能环境噪声监测终端的硬件设计  27-43
  3.1 智能环境噪声监测终端的结构  27-28
  3.2 模拟前端硬件电路  28-31
    3.2.1 前端探头电路  28-29
    3.2.2 放大电路模块  29-30
    3.2.3 AD 采样模块  30-31
  3.3 DSP 信号处理模块硬件电路  31-35
    3.3.1 信号处理核心芯片—TMS320C6713 简介  31-33
    3.3.2 电源和复位电路设计  33-34
    3.3.3 外部存储器设计  34-35
  3.4 ARM 控制硬件电路模块设计  35-42
    3.4.1 ARM 控制核心 S3C2440 介绍  35-36
    3.4.2 GPS 信息接收模块  36-38
    3.4.3 USB 摄像头模块  38-39
    3.4.4 音频数据采集模块  39-41
    3.4.5 GPRS 无线传输模块  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章 智能环境噪声监测终端的软件设计  43-55
  4.1 软件开发环境简介  43-45
    4.1.1 CCS 开发环境介绍  43-44
    4.1.2 嵌入式开发平台  44-45
  4.2 监测终端软件实现方案和设计流程  45-47
    4.2.1 监测终端软件实现方案  45
    4.2.2 信号处理模块的设计流程  45-46
    4.2.3 控制模块的设计流程  46-47
  4.3 系统模块开发过程  47-54
    4.3.1 1/3 倍频程频谱分析模块流程  48-49
    4.3.2 超标噪音采集模块  49-50
    4.3.3 GPS 模块定位信息的提取  50-52
    4.3.4 USB 摄像头图像采集  52
    4.3.5 Linux 下LCD 程序控制  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 系统调试与结果分析  55-66
  5.1 1/3 倍频程频谱分析Matlab 仿真结果  55-57
  5.2 1/3 倍频程频谱分析DSP 验证  57-61
    5.2.1 抗混叠滤波低通滤波器和抽取函数验证  57-58
    5.2.2 带通滤波器验证  58-59
    5.2.3 1/3 倍频程频谱分析实验结果  59-60
    5.2.4 误差分析  60-61
  5.3 放大电路模块实验  61-62
  5.4 GPS 模块信息提取实验结果  62-64
  5.5 USB 摄像头模块抓拍实验  64-65
  5.6 本章小结  65-66
第六章 工作总结与展望  66-68
  6.1 工作总结  66-67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-70
发表论文和参加科研情况说明  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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