基于STM32的智能便攜式噪聲監測儀的設計

劉坤香+張海峰+喻亞萍

摘要：提出一種基于STM32的智能噪聲監測儀的設計方案。采用意法半導體STM32作處理器，用數字算法簡化了大量模擬電路，可顯示環境噪聲的聲級，并增加了報警功能和上位機通信功能。

關鍵詞：噪聲監測儀；A計權網絡；數字算法；STM32；

一、引言

噪聲污染是當今三大污染之一，所以環境噪聲監測就顯得十分重要。目前市場上的噪聲計價格昂貴，因此設計了一種多功能的噪聲監測儀。它由噪聲信號采集及放大、AD轉換、A計權算法、數據顯示、上位機通信等模塊構成，其中對A計權網絡可模擬人耳對噪聲的反應。結果表明，該噪聲計具有便攜、電路簡單及靈敏度高等特點，能滿足一般環境監測的要求。

二、硬件設計

傳聲器是將聲音信號轉換成為電信號的能量轉換器件，本設計采用小型駐極體傳聲器，體積小，靈敏度高。傳聲器后接放大電路。

MCU的選擇方面，選擇STM32F103ZET6。STM32F103ZET6工作頻率最高可以達到72MHz，同時具有512K的片內Flash和64K的片內SRAM，在本設計中可以更好地滿足對所采集的聲音數據以及數據處理的存儲要求； 此外，STM32F103ZET6還具有3個模數轉換器，ADC是STM32眾多外設中功能最為復雜的外設之一，它具有12位的分辨率、支持單次和連續轉換模式、雙ADC模式、支持常規轉換期間進行DMA請求、短至12.5個時鐘周期的轉換時間。在本設計中，采用它自身的ADC模塊進行AD轉換來達到降低成本、減少ADC芯片數量的目的。

三、軟件設計

編程采用C語言，軟件的開發環境是Keil MDK5，MDK5是ARM公司最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發工具。完成的主要功能是：完成STM32F103ZET6對GPIO、DMA、ADC、的配置，實現對所采集的聲音信號進行AD轉換；對AD轉換數值進行FFT、A計權等數據處理；實現鍵盤掃描功能和報警功能；通過對液晶顯示屏的通信控制有效完成顯示任務；完成對串行通信口的設置，實現將采集的數據傳輸到PC機。

STM32F103ZET6內置的ADC是一個12位逐次逼近型模擬數字轉換器，多達18個通道，可以測量16個外部和2個內部信號源，本設計采用單次轉換模式，由軟件觸發。設計時，配置PLL為72MHz并作為主時鐘，配置PCLK2為PLL的2分頻，并配置ADC時鐘為PCLK2的4分頻，因為人耳能聽到的聲音頻率在20HZ—20KHZ之間，根據奈奎斯特抽樣定理，AD的采樣頻率應大于40KHZ，此處設為44800HZ。同時配置ADC的DMA通道，傳輸方向為外設到存儲器。

在STM32官方提供的DSP庫中，有開源并且支持256、512、1024點的FFT函數庫，該函數有三個參數，第一個參數是輸出數組，數據長度為32位，高十六位存儲數據虛部，低十六位存儲數據實部；第二個參數是輸入數組，同樣是32位，高十六位存儲采樣數據實部，低十六位存儲采樣數據虛部（這里把低十六位設為0）；第三個參數是轉換點數。該函數可直接調用，運算速度快。

四、總結

本設計在傳統噪聲監測儀的基礎上，提高了系統穩定性和精度，減少了模擬電路處理部分，降低了成本，并且增加了實時報警、上位機通信等功能，成為新一代的智能噪聲監測儀。本文介紹了智能噪聲監測儀的整體設計方案和部分功能的初始化代碼，該設計不僅可以使聲級計算更準確、性能更穩定，還能夠通過編程擴展功能，適合將來用于宿舍等環境噪聲要求較高的地方，實現統一化監測。未來的噪聲監測儀將向小型化、數字化、多功能化發展，本設計必將符合今后時代的發展要求。

參考文獻：

[1]衛鵬，趙立宏，王玉林，基于STM32的智能聲級計的設計，《儀表技術》2012年第12期

[2]張登攀，高志強，噪聲1_3倍頻程計權聲級算法，《河南理工大學學報》第32卷第6期

[2]吳步寧，馬慶衛，智能化多功能聲級計，《檢測技術》，1994，04，008