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基于STM32的智能便携式噪声监测仪的设计

作者：刘坤香 张海峰 喻亚萍 来源：《科学与财富》2018年第01期

摘要：提出一种基于STM32的智能噪声监测仪的设计方案。采用意法半导体STM32作处理器，用数字算法简化了大量模拟电路，可显示环境噪声的声级，并增加了报警功能和上位机通信功能。

关键词：噪声监测仪；A计权网络；数字算法；STM32； 一、引言

噪声污染是当今三大污染之一，所以环境噪声监测就显得十分重要。目前市场上的噪声计价格昂贵，因此设计了一种多功能的噪声监测仪。它由噪声信号采集及放大、AD转换、A计权算法、数据显示、上位机通信等模块构成，其中对A计权网络可模拟人耳对噪声的反应。结果表明，该噪声计具有便携、电路简单及灵敏度高等特点，能满足一般环境监测的要求。 二、硬件设计

传声器是将声音信号转换成为电信号的能量转换器件，本设计采用小型驻极体传声器，体积小，灵敏度高。传声器后接放大电路。

MCU的选择方面，选择STM32F103ZET6。STM32F103ZET6工作频率最高可以达到72MHz，同时具有512K的片内Flash和64K的片内SRAM，在本设计中可以更好地满足对所采集的声音数据以及数据处理的存储要求； 此外，STM32F103ZET6还具有3个模数转换器，ADC是STM32众多外设中功能最为复杂的外设之一，它具有12位的分辨率、支持单次和连续转换模式、双ADC模式、支持常规转换期间进行DMA请求、短至12.5个时钟周期的转换时间。在本设计中，采用它自身的ADC模块进行AD转换来达到降低成本、减少ADC芯片数量的目的。 三、软件设计

编程采用C语言，软件的开发环境是Keil MDK5，MDK5是ARM公司最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。完成的主要功能是：完成STM32F103ZET6对GPIO、DMA、ADC、的配置，实现对所采集的声音信号进行AD转换；对AD转换数值进行FFT、A计权等数据处理；实现键盘扫描功能和报警功能；通过对液晶显示屏的通信控制有效完成显示任务；完成对串行通信口的设置，实现将采集的数据传输到PC机。

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STM32F103ZET6内置的ADC是一个12位逐次逼近型模拟数字转换器，多达18个通道，可以测量16个外部和2个内部信号源，本设计采用单次转换模式，由软件触发。设计时，配置PLL为72MHz并作为主时钟，配置PCLK2为PLL的2分频，并配置ADC时钟为PCLK2的4分频，因为人耳能听到的声音频率在20HZ—20KHZ之间，根据奈奎斯特抽样定理，AD的采样频率应大于40KHZ，此处设为44800HZ。同时配置ADC的DMA通道，传输方向为外设到存储器。

在STM32官方提供的DSP库中，有开源并且支持256、512、1024点的FFT函数库，该函数有三个参数，第一个参数是输出数组，数据长度为32位，高十六位存储数据虚部，低十六位存储数据实部；第二个参数是输入数组，同样是32位，高十六位存储采样数据实部，低十六位存储采样数据虚部（这里把低十六位设为0）；第三个参数是转换点数。该函数可直接调用，运算速度快。 四、总结

本设计在传统噪声监测仪的基础上，提高了系统稳定性和精度，减少了模拟电路处理部分，降低了成本，并且增加了实时报警、上位机通信等功能，成为新一代的智能噪声监测仪。本文介绍了智能噪声监测仪的整体设计方案和部分功能的初始化代码，该设计不仅可以使声级计算更准确、性能更稳定，还能够通过编程扩展功能，适合将来用于宿舍等环境噪声要求较高的地方，实现统一化监测。未来的噪声监测仪将向小型化、数字化、多功能化发展，本设计必将符合今后时代的发展要求。 参考文献：

[1]卫鹏，赵立宏，王玉林，基于STM32的智能声级计的设计，《仪表技术》2012年第12期

[2]张登攀，高志强，噪声1_3倍频程计权声级算法，《河南理工大学学报》第32卷第6期

[2]吴步宁，马庆卫，智能化多功能声级计，《检测技术》，1994，04，008