基于STM32的联网噪声监测仪

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　　摘 要：针对传统噪声监测仪价格昂贵、专业性强、局限性大的问题，设计了一款以STM32F103C8T6嵌入式单片机为控制核心，辅以声强检测传感器、ESP8266无线网络模块以及AT24C02存储芯片等功能模块的联网噪声监测仪。该监测仪具有断电自恢复数据的功能，通过接入互联网可在上位机端实现实时噪声检测。经过实物检验，该设计可以满足人们日常生活的噪声监测需求，为房屋选址、门窗隔音效果检测等提供参考。
　　关键词：STM32;物联网;声强传感器;ESP8266;AT24C02;噪声监测
　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）02-00-02
　　0 引 言
　　在房屋选址时，房屋所在之处噪声的大小往往是影响人们购房决定的重要因素之一。传统的噪声监测仪虽然可以精准测量噪声，但价格昂贵、专业性极强，大多出现在专业的监测机构，不适于日常使用[1]。因此，基于上述要求，笔者基于STM32嵌入式主控设计并制作了一款不同于传统噪声监测仪的便携式联网噪声监测仪，本设计可以通过互联网将采集的噪声信息实时反馈到上位机并显示。
　　1 噪声监测仪系统设计
　　本系统由STM32单片机控制模块、噪声采集模块、放大电路、OLED屏幕、存储模块、无线传输模块等构成[2-3]。其中噪声采集模块将噪声信号转换成电信号，通过放大电路对微弱的电信号进行调理放大，借助A/D转换采集后输入STM32控制模块，由主控完成对噪声电信号的处理，并将噪声数据实时显示在噪声仪显示屏上，或者通过互联网上传到上位机终端进行实时显示，同时还可以借助存储模块将噪声信息及时存储。系统框架如图1所示。
　　2 噪声监测仪硬件设计
　　2.1 STM32嵌入式控制模块
　　本文控制模块选用STM32F103C8T6型号单片机作为控制核心，该型号嵌入式单片机为ARM Cortex-M3架构，拥有0.9 MIPS/MHz的三级流水线，处理性能远强于传统的C51单片机[4]。同时，STM32引入了睡眠、待机、停机三大功耗管理模式，使得该系列单片机有着极其出色的低功耗性能，适合作为类似本设计的低功耗嵌入式设备的控制核心[5]。
　　2.2 噪声采集模块以及放大电路
　　噪声采集模块使用声强监测传感器采集噪声信息，噪声声波引起传感器内的驻极体膜振动，导致声敏电容容值变化，进而改变输出电压，完成噪声信号-电信号的转化。同时，考虑到声强监测传感器输出的电信号微弱，因此需要通过放大电路对信号进行放大。放大电路由跟随器和反相放大器构成，引入跟随器使得前级信号变为高阻输入，减小级间影响;反相放大器将微弱信号放大后输入到控制模块。放大电路如图2所示。
　　2.3 ESP8266无线网络模块
　　ESP8266无线网络模块[6-7]是安信科公司使用LEXIN ESP8266芯片开发的串口转WiFi通信模块。ESP8266无线网络模块电路如图3所示，只需将单片机的RXD/TXD引脚引出，与ESP8266无线网络模块的I/O口连接便可通过电脑上位机的程序实现联网数据传输。系统选择AMS1117压降LDO直流稳压电源，该电源具有外围电路设计简单、电源稳定度高、价格低廉等特点。
　　2.4 存储模块
　　存储模块采用AT24C02串行E2PROM，拥有2 Kb的存储空间，8 B的写缓冲器[8]。可以通过I2C总线执行读写操作，单片机控制模块将噪声数据写入AT24C02，实现掉电保持功能，防止意外断电导致数据丢失[9]。存储模块电路如图4所示。
　　3 噪声监测仪软件设计
　　3.1 噪声监测仪控制部分软件设计
　　噪声监测仪上电后，首先对各模块进行初始化配置，若之前已经连接过WiFi网络，则尝试自动连接，连接成功后开始测量;否则等待用户设置，或者直接进行噪声测量，在测量的同时，将噪声数据实时存入AT24C02，联网后将数据实时发送至上位机显示波形。噪声监测仪控制流程如图5所示。
　　3.2 上位机软件设计
　　上位机通过Socket通信[10]实现与噪声仪的互联。上位机在噪声仪联网成功后，自动接收噪声上传的实时噪声数据并将噪声波形在界面显示，同时具备将噪声数据输出为文本文件的功能。上位机界面如图6所示。
　　4 结 语
　　针对传统噪声监测仪普及性低的问题，本文设计制作的联网噪声监测仪以较低的成本实现了噪声监测的基本功能，并且增加了实时联网功能，克服了传统噪声监测仪价格昂贵、专业性强、普及程度低的问题，可为人们在住房选址时进行噪声监测提供一定帮助。
　　参 考 文 献
　　[1]陈雪丽.单片机实时监测系统：噪声及有害气体的检测[J].工业控制计算机，1996（1）：40-41.
　　[2]余俊豪.基于单片机的环境噪声监测系统的设計[J].电子制作，2018（3）：72-73.
　　[3]全元，王翠平，王豪伟，等.基于无线传感器网的噪声监测系统设计及应用[J].环境科学与技术，2012，35（S2）：255-258.
　　[4]杨伟，肖义平.基于STM32F103C8T6单片机的LCD显示系统设计[J].微型机与应用，2014（20）：29-31.
　　[5]黄凤英.基于STM32F103C8T6单片机的多功能智能手表设计[J].物联网技术，2019，9（3）：49-51.
　　[6]戴磊，李华，金翰林，等.基于ESP8266的一种WiFi控制插座设计[J].装备制造技术，2017（4）：12-13.
　　[7]薛翔，王琰.基于ESP8266的智能开关控制系统设计[J].电子世界，2018（21）：147-148.
　　[8]王娅琴.串行E2PROM AT24C02在智能化仪表中的应用[J].无锡教育学院学报，1999（2）：81-83.
　　[9]宋德杰.AT24C02在单片机中的应用[J].电子制作，2005（4）：17-19.
　　[10]陈洁，孟晓景.基于Socket接口的Linux与Windows网络聊天室设计与实现[J].软件导刊，2015，14（6）：94-96.
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