基于STM32的HY114改进型数字式声级计的研制

发表于 2019-4-27 08:24

基于STM32的HY114改进型数字声级计的研制
本文是基于衡阳衡仪电气有限公司生产的HY114型数字式声级计，结合
HY118型积分统计声级计的功能要求，设计一款HY114改进型声级计。**详
细阐述了改进型声级计的软硬件设计方案，并着重介绍了改进型声级计的主要硬
件电路、主要功能的程序代码的设计与实现。
1)选用ARM嵌入式S TM3 2F 103 RD T6微控制器替代原HY114型声级计的
STC12LE5608AD，根据其引脚特性重新设计硬件电气原理图、PCB图并制板。
2)重新编写程序代码，在实现原有功能的基础上，用查表法存储解决了存
储声音数据占用大量RAM的问题，增加了对声音数据的统计分析和等效连续声
级Leq的计算功能，如:最大、最小声级Lmax" Lmin，声暴露E，声暴露级Lg,
归一化8h等效声级Leq,Bhn，噪声剂量ND ,累积百分数声级Llo" Lso" L9o，标准
偏差SD，积分时间hh:mm: ss o
3)通过现场测试和电信号实验验证产品样机的计算功能的实现情况及计算
结果的正确性。针对通过实验发现的问题提出解决方案，解决问题，并再次通过
实验验证样机的计算功能及其正确性。
实验结果表明，改进型声级计可以基本实现预期设定的测量、统计分析和计
算功能。但通过实验验证发现样机仍存在其它准确度的问题，这需要在以后的工
作中继续解决改进。并且在此款改进型HY114声级计的基础上，可以继续充分利
用STM32的强大功能进行产品的升级，将更多模拟电路数字化是未来设计的主
要方向，也是时代及科技发展的要求。

发表于 2019-4-27 08:24

声音是自然界中非常普遍、直观的现象，声学是物理学中发展很早的一门学
科【1, 2]。作为现代社会的重要学科之一，声学现在已经广泛应用于通信、医疗、环
境等各个领域[3-5]。同时，随着社会的发展，人们对生活水平的要求越来越高，在
更多的场合都需要对声音的声压级等声学量进行测量来检测环境的噪声等级，从
而可以进一步分析其对人体的危害程度。因此声学测量已经成为一门很重要的工
程科学。声学测量和分析[6-9]是人们认识声学问题本质的一种手段，通过测量和分
析可以了解其规律性【10]
声级计作为声学测量中最基本、使用最广泛的测量仪器【10-22]，是一种按照一
定的频率计权和时间计权测量声音的声压级或声级的仪器[[23, 24]。声级计是一种不
同于客观电子仪表的电子仪器，它是一种主观性的电子仪器，可以模拟人耳在针
对高低频率各有不同灵敏度、对声波反应速度不同时以及不同响度时改变频率特
性的频率特性、时间特性及强度特性[[24, 25]。因此，声级计被广泛应用于各个领域
进行声音测量[[16]。而早期的声级计大多数采用51单片机作为微控制器，内存小、
处理速度慢、精度低，无法满足实时测量的要求，而且产品体积大，功耗高。随
着半导体工艺和信号处理技术的不断发展，功耗低、处理速度快的嵌入式处理器
口益涌现，嵌入式实时操作系统的广泛应用为声级计小型化、低功耗、实时化、
高处理能力等性能的实现打下了基础[[3, 24]

发表于 2019-4-27 08:25

为适应城市交通噪声普查的要求，美国贝尔电话公司于1925年制造了世界上
第一台声级计[f261。声级计是声学测量中使用最广泛的测量仪器。为了使世界各国
生产的声级计的测量结果具有互相可比性[23]，1961年，国际电工组织发表了国际
标准:IEC 123，其中规定了声级所用时间计权、频率计权及检波器特性;1965年，
国际电工组织通过了IEC 179和IEC 179A标准，其中增加了精密声级计的要求，包
括在时间计权中增加了脉冲档等;1979年国际电工组织又通过了IEC60651，随着
IEC60651的颁布，IEC123, IEC179和IEC179A被废除;1985年，主要用于测量等
效连续声级、声暴露级的积分声级计出现了，国际电工组织又制定了新的标准
IEC60804来适应时代的发展[2}, 2s}
随着社会的发展，科学技术，特别是数字信号处理技术取得了蓬勃的发展，
从而导致声级计的设计原理、性能和功能都发生了极大的变化。世界各国均相继
出现了大量高性能的声级计，旧的国际标准已经不能适应时代发展的需要。1997
年国际电工委员会和国际法制计量组织协作，共同起草了IEC61672-1，此标准对
声级计提出了新的要求，并调整了老标准中不合理的部分。2002年工作组提交了
最后的国际标准草案文件并正式通过取代了IEC60651和IEC60804 }29} o
国外噪声测量方面起步较早，在噪声测量分析设备的加工工艺、优化设计、
系列化以及新技术的应用等方面已经比较成熟[24} 0 70年代，出现了数字显示声级
计和积分声级计;80年代，开始利用数字信号处理技术开发实时频谱分析仪;90
年，手持式实时分析仪技术己十分成熟，并开发了多通道的声振分析仪器[yo, 29}
目前国际上有多家公司研发出符合实时性能的噪声分析仪器，像德国(Head
Acoustics公司、Racal Heim公司、DataKustics公司)、丹麦(ORAS公司)、挪威(Norsonie
公司)、口本等国家的一些公司已经生产出全数字便携式噪声分析仪[[3]。口本理音
公司ROINCO.LTD推出的NL-21 /NL-31型声级计和B&K2238型系列的1级精密声
级计[[30]在环境监测、建筑及室内噪音测量中均得到了广泛应用[[31, 32];英国帕尔莎
公司的Pulsar3 0型声级计是具有统计、积分、频谱功能的新一代实时分析仪器，满
足IEC 1级声级计标准，增加了1/3倍频程的实时分析[}24} ; B&K公司生产的B&K2250
型是世界上首台触摸屏式真彩色可用户自定义的实时分析仪;同样由B&K公司生
产的B&K 2260型手持式分析仪包含了硬件和预置的操作系统软件，是进行高质量
实时分析的理想平台。

发表于 2019-4-27 08:29

在声级计的发展上我国与国外先进的制造水平有一定的差距，国外早在20世
纪40年代就开始了声级计的研制和生产[f2}1。相比之下，我国噪声测量工作和声级
计的生产起步则较晚。1966年，北京市在国内进行了首次交通噪声调查，从而开
始提出了对声级计的需求。在此之前，仅有少数一些科研、设计单位进口过一些
声级计。60年代末红声器材厂开始试制并少量生产了半导体声级计，然而就其性
能、质量和生产能力而言，都远远不能满足我国噪声测量工作的需要，因此实际
使用的基本上都是来自英国、丹麦等外国公司生产的声级计，声级计这种依赖于
进口的状况一直持续到70年代中期。
1973年中国召开了第一届环境保护会议，正式将噪声污染防治列入了政府的
工作口程。之后，各省、市、自治区陆续成立了环境保护机构，并开始了城市环
境噪声调查。制造业也开始将噪声列为机械、电器产品的重要质量指标之一。所
有这些，使得声级计的需求量剧增，从而有力地推动了我国声级计生产的起步和
发展[a6}
1975年至1979年，国内仅有四个厂家生产五种型号的声级计，工厂基本上是
参照国际标准IEC 179和IEC 123的要求组织生产，主要产品有红声器材厂的ND2型
精密声级计和倍频程滤波器、衡阳仪表厂的JS-1型精密声级计以及长城无线电厂的
SJ-1型普通声级计。

发表于 2019-4-28 14:58

这个声级计是不是需要相关部门测量鉴定校准才可以使用

lihui567 · 发表于 2019-5-11 11:13

lihui567 发表于 2019-4-28 14:58
这个声级计是不是需要相关部门测量鉴定校准才可以使用

应该是的！应该是计量院之类的。。。但是没多大意义！

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