低功耗个体噪声暴露保护装置
发布时间：2021-10-29 18:37
环境中的噪声会影响人们正常的工作、学习与休息,过量的噪声还会损害人的听觉、视觉器官,引发心理疾病。声源、传播途径和受体是噪声产生危害的三要素,在无法消除声源和阻碍其传播时,需要及时转移受体避免过量噪声,因此需对噪声进行实时监测。传统的噪声测量仪器中,音频信号需经过放大电路、计权网络、检波器、对数放大器和积分电路等一系列模拟电路进行处理,其电路结构复杂、元件精度要求高、难于调试、功耗高、体积大。本课题设计了一种新型低功耗个体噪声暴露保护装置,主要内容如下:（1）提出了个体噪声暴露保护装置的全数字方案,采用脉冲密度调制（PDM）接口的MEMS数字麦克风采集噪声,以数字信号处理技术代替模拟电路实现噪声信号的处理,实现对噪声剂量的监测与报警。（2）设计了一种低功耗个体噪声暴露保护装置,装置主要由MEMS数字麦克风、存储器、接口转换电路、用户按键、报警LED、MCU和电源模块六个部分组成。完成了器件选型和低功耗电路设计,并在搭建好的硬件环境中设计了外设的驱动程序以及实现了噪声信号的全数字化处理,完成了装置的低功耗软件设计。（3）根据噪声剂量累积过程中,声强较小的噪声对100%剂量影响较低的特性,...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PDM信号
?图２．２?—阶Ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ调制器??ＰＤＭ信号为单比特信号，以其信号的密度反应原始信号的幅值。如图２．３所示，??ＰＤＭ信号中全由“１”组成的部分对应幅值为正的电压；全由“０”组成的部分对应负幅值的??电压；由“１”和“０”交替组成的部分则对应于０幅值的电压【２８】。??—ＭＷ??图２．３?ＰＤＭ信号??２．３?ＰＤＭ信号的解调??原始信号的平均幅值是由ＰＤＭ脉冲随吋间的密度来决定的，而低通滤波器的基本??功能就是平均信号，因此可通过低通滤波实现对ＰＤＭ信号的解调；低通滤波的带宽应??包含有效信号的频率，且不能引入量化噪声。ＰＤＭ信号在调制时使用了过采样技术，低??通滤波的频率必须与过采样率保持一致，这将导致解码过程产生较大的计算量和功耗，??为了避免这一问题，往往对信号进行降采样处理［２９】。本课题选用ＣＩＣ（Ｃａｓｃａｄｅｄ?Ｍｅｇｍｔｏｒ－??Ｃｏｍｂ）抽取滤波器对ＰＤＭ信号进行数字抽取滤波实现解码。??ＣＩＣ滤波器结构简单，设计过程中不涉及到乘法器，计算效率高，具有系统稳定和??线性相位等优点，常用于实现降采样抽取ＩＭ。图２．４为ＣＩＣ抽取滤波器的基本结构，其??结构较为清晰
??图２．２?—阶Ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ调制器??ＰＤＭ信号为单比特信号，以其信号的密度反应原始信号的幅值。如图２．３所示，??ＰＤＭ信号中全由“１”组成的部分对应幅值为正的电压；全由“０”组成的部分对应负幅值的??电压；由“１”和“０”交替组成的部分则对应于０幅值的电压【２８】。??—ＭＷ??图２．３?ＰＤＭ信号??２．３?ＰＤＭ信号的解调??原始信号的平均幅值是由ＰＤＭ脉冲随吋间的密度来决定的，而低通滤波器的基本??功能就是平均信号，因此可通过低通滤波实现对ＰＤＭ信号的解调；低通滤波的带宽应??包含有效信号的频率，且不能引入量化噪声。ＰＤＭ信号在调制时使用了过采样技术，低??通滤波的频率必须与过采样率保持一致，这将导致解码过程产生较大的计算量和功耗，??为了避免这一问题，往往对信号进行降采样处理［２９】。本课题选用ＣＩＣ（Ｃａｓｃａｄｅｄ?Ｍｅｇｍｔｏｒ－??Ｃｏｍｂ）抽取滤波器对ＰＤＭ信号进行数字抽取滤波实现解码。??ＣＩＣ滤波器结构简单，设计过程中不涉及到乘法器，计算效率高，具有系统稳定和??线性相位等优点
【参考文献】：
期刊论文
[1]噪声污染的现状、危害及其治理[J]. 唐兆民. 生态经济. 2017(01)
[2]基于虚拟仪器的频率计权实现方法[J]. 李茂林,江剑. 国外电子测量技术. 2016(12)
[3]环境噪声的危害污染及检验检测控制措施[J]. 何维,王志行,凌晖. 广东化工. 2016(15)
[4]噪声对人体健康影响的研究进展[J]. 郭桂梅,邓欢忠,韦献革,孙连鹏. 职业与健康. 2016(05)
[5]频率计权网络的数字电路实现[J]. 赵丹,李丽,贺慧勇,刘嘉文,廖文平,王燕,商梅雪,魏明生. 现代电子技术. 2015(19)
[6]便携式单兵噪声监测仪的研制[J]. 葛振民,马枢,高会广,景涛. 医疗卫生装备. 2015(07)
[7]基于嵌入式系统的频率计权实现方法分析与对比[J]. 罗自荣,陈章位,蔡德威,樊亚容. 振动与冲击. 2014(09)
[8]噪声的危害与防治[J]. 储荣邦,吴双成,王宗雄. 电镀与涂饰. 2013(12)
[9]CIC滤波器的设计与应用[J]. 宋建波,林迟鸣. 信息通信. 2012(06)
[10]声强测量仪高声强级校准方法研究[J]. 杨晓伟,闫磊,朱刚,刘鑫. 宇航计测技术. 2012(04)
硕士论文
[1]基于Labview的声强测量系统开发及其算法改进[D]. 纪明祥.合肥工业大学 2016
[2]全数字个体噪声暴露保护系统的研究[D]. 赵丹.长沙理工大学 2015
[3]基于ARM和DSP的环境噪声自动监测系统研究[D]. 王姗.北京交通大学 2014
[4]论传声器技术的数字化发展趋势[D]. 孙旭.南京艺术学院 2012
本文编号：3465188
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PDM信号
?图２．２?—阶Ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ调制器??ＰＤＭ信号为单比特信号，以其信号的密度反应原始信号的幅值。如图２．３所示，??ＰＤＭ信号中全由“１”组成的部分对应幅值为正的电压；全由“０”组成的部分对应负幅值的??电压；由“１”和“０”交替组成的部分则对应于０幅值的电压【２８】。??—ＭＷ??图２．３?ＰＤＭ信号??２．３?ＰＤＭ信号的解调??原始信号的平均幅值是由ＰＤＭ脉冲随吋间的密度来决定的，而低通滤波器的基本??功能就是平均信号，因此可通过低通滤波实现对ＰＤＭ信号的解调；低通滤波的带宽应??包含有效信号的频率，且不能引入量化噪声。ＰＤＭ信号在调制时使用了过采样技术，低??通滤波的频率必须与过采样率保持一致，这将导致解码过程产生较大的计算量和功耗，??为了避免这一问题，往往对信号进行降采样处理［２９】。本课题选用ＣＩＣ（Ｃａｓｃａｄｅｄ?Ｍｅｇｍｔｏｒ－??Ｃｏｍｂ）抽取滤波器对ＰＤＭ信号进行数字抽取滤波实现解码。??ＣＩＣ滤波器结构简单，设计过程中不涉及到乘法器，计算效率高，具有系统稳定和??线性相位等优点，常用于实现降采样抽取ＩＭ。图２．４为ＣＩＣ抽取滤波器的基本结构，其??结构较为清晰
??图２．２?—阶Ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ调制器??ＰＤＭ信号为单比特信号，以其信号的密度反应原始信号的幅值。如图２．３所示，??ＰＤＭ信号中全由“１”组成的部分对应幅值为正的电压；全由“０”组成的部分对应负幅值的??电压；由“１”和“０”交替组成的部分则对应于０幅值的电压【２８】。??—ＭＷ??图２．３?ＰＤＭ信号??２．３?ＰＤＭ信号的解调??原始信号的平均幅值是由ＰＤＭ脉冲随吋间的密度来决定的，而低通滤波器的基本??功能就是平均信号，因此可通过低通滤波实现对ＰＤＭ信号的解调；低通滤波的带宽应??包含有效信号的频率，且不能引入量化噪声。ＰＤＭ信号在调制时使用了过采样技术，低??通滤波的频率必须与过采样率保持一致，这将导致解码过程产生较大的计算量和功耗，??为了避免这一问题，往往对信号进行降采样处理［２９】。本课题选用ＣＩＣ（Ｃａｓｃａｄｅｄ?Ｍｅｇｍｔｏｒ－??Ｃｏｍｂ）抽取滤波器对ＰＤＭ信号进行数字抽取滤波实现解码。??ＣＩＣ滤波器结构简单，设计过程中不涉及到乘法器，计算效率高，具有系统稳定和??线性相位等优点
【参考文献】：
期刊论文
[1]噪声污染的现状、危害及其治理[J]. 唐兆民. 生态经济. 2017(01)
[2]基于虚拟仪器的频率计权实现方法[J]. 李茂林,江剑. 国外电子测量技术. 2016(12)
[3]环境噪声的危害污染及检验检测控制措施[J]. 何维,王志行,凌晖. 广东化工. 2016(15)
[4]噪声对人体健康影响的研究进展[J]. 郭桂梅,邓欢忠,韦献革,孙连鹏. 职业与健康. 2016(05)
[5]频率计权网络的数字电路实现[J]. 赵丹,李丽,贺慧勇,刘嘉文,廖文平,王燕,商梅雪,魏明生. 现代电子技术. 2015(19)
[6]便携式单兵噪声监测仪的研制[J]. 葛振民,马枢,高会广,景涛. 医疗卫生装备. 2015(07)
[7]基于嵌入式系统的频率计权实现方法分析与对比[J]. 罗自荣,陈章位,蔡德威,樊亚容. 振动与冲击. 2014(09)
[8]噪声的危害与防治[J]. 储荣邦,吴双成,王宗雄. 电镀与涂饰. 2013(12)
[9]CIC滤波器的设计与应用[J]. 宋建波,林迟鸣. 信息通信. 2012(06)
[10]声强测量仪高声强级校准方法研究[J]. 杨晓伟,闫磊,朱刚,刘鑫. 宇航计测技术. 2012(04)
硕士论文
[1]基于Labview的声强测量系统开发及其算法改进[D]. 纪明祥.合肥工业大学 2016
[2]全数字个体噪声暴露保护系统的研究[D]. 赵丹.长沙理工大学 2015
[3]基于ARM和DSP的环境噪声自动监测系统研究[D]. 王姗.北京交通大学 2014
[4]论传声器技术的数字化发展趋势[D]. 孙旭.南京艺术学院 2012
本文编号：3465188
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