Hình 31: Sơ đồ khối máy đo
Thành phần và chức năng của các khối:
Khối cảm biến âm bao gồm: microphone Khối lọc khuếch đại: khuếch đại tín hiệu của microphone Khối giao tiếp bàn phím bao gồm: Nút nguồn, reset, tăng giảm thời gian lấy mẫu, nút giữ giá trị, nút chọn chế độ
Khối xử lý và điều khiển làm nhiệm vụ nhận dữ liệu sau khi khuếch đại, đổi thành tín hiệu số, tính toán ra độ ồn và xuất giá trị ra LCD
Khối hiển thị LCD hiển thị giá trị từ vi xử lý.
Khối giao tiếp PC: đưa dữ liệu hiển thị và lưu vào máy tính, đồng thời nhận lệnh điều khiển từ máy tính
2. Sơ đồ nguyên lý máy đo
Hình 32: sơ đồ nguyên lý máy đo độ ồn
3. Nguyên lý đo độ ồn
Tai người có thể nghe được khoảng áp suất âm rộng, do đó áp suất âm được đo theo đơn vị decibel (dB) bằng thang logarit để nén giá trị vào khoảng dễ thấy được Ngược lại, áp suất trực tiếp được đo bằng đơn vị Pascal (Pa). Lp được tính bằng 10 lần logarit của bình phương tỷ số thay đổi áp suất tức thời (trên và dưới áp suất khí) theo áp suất tham chiếu.
Lp = 10 x log10 (P/Pref)2
J13
HOLD 1
KHOI MICROPHONE
C14
104
J14
HOLD 1 KHUECH DAI
R21 10K
12
R22 100K
12
SO DO NGUYEN LY MACH NOISE LEVEL METER
R23 10K
12
C1
10uF
J1
MAX232 2 4 6 8
10 12 14 16 1 3 5
7 9 11 13 15
J3
COM PORT 1 2 3 4 5 6 7 8 9
C2
10uF C3
10uF C6
10uF VCC Q1
2N3904
VCC
TXD RXD J15
HOLD 1 J16
HOLD 1
OUT MICROPHONE
MODE LATCH
KHOI HIEN THI-LCD
R17 BUTTON 10K
12
R18 BUTTON 10K
12
MISO SCK
R19 BUTTON 10K
12
XTA2 XTA1 JP3
MICROPHONE INPUT 1 1 2 2 3 3
VCC
JP4
ATMEGA 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
R20 BUTTON 10K
12
HEADER NAP
HEADER 6 1 2 3 4 5 6 MOSI SCK MISO RESET
RESET
MOSI
J23
JACK ADC IN 1 2 3
VCC
VCC J17
KT OUT MIC
1
R14
VR_Ref _10K
13
2 KHUECH DAI
R15 VR MICROPHONE
13
2
R13 10K RESET
C9 10uF/25v RESET
SW2 RESET RESET
- +
D1
BRIDGE
2
1
3
4
SW3 MODE
D2 LED POWER
12
SW4 LATCH
R16 RES LED 1k
SW5 UP VCC
Y 1 CRY STAL
12
C10 POWER 2200uF
12
MODE LATCH J21
JACK PIN 1
2 U2
LM7805/TO 1 VIN
GND2
VOUT 3
RS ERW
C12
XTA 33P
D5 D6 D7
VCC
D4
R1 R LCD 100 VCC
J5 LCD
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
KHOI DIEU KHIEN
VCC
UP
VR LCD 10k
LCD 16M02
DOWN UP C13
XTA 33P
D5
OUT MICROPHONE VCC
VCC
C4
CAP AVR 104 C5
CAP AVR 104 C11
C POWER 100uF
12
DOWN J24
JACK POWER 1 2 3
SW7
SW ADAPTER/OFF/PIN 2 1 3
XTA1
J19
HOLD 1
D7
J20
HOLD 1
VCC
D6
KHOI NGUON
XTA2
RXD
J9 KT Vref
1
TXD
KHOI NUT NHAN
SW6 DOWN
KHOI GIAO TIEP MAY TINH
OUT MICROPHONE
D4 E RW J10
KT V MIC 1
RS
KHOI HOLD - LO BAT VIT
VCC
J11
HOLD 1
J12
HOLD 1
Với P là áp suất âm thanh tức thời, đơn vị Pa và Pref là áp suất tham chiếu. Áp suất tham chiếu được định nghĩa là tiếng ồn nhỏ nhất mà một người trẻ, khỏe có thể nghe được, khoảng 20 uPa.
Độ nhạy của microphone được tính theo [dB re V/Pa] (nghĩa là mức tham chiếu theo thang logarit là 1V/Pa)
Từ đó: ta có:
Ví dụ nếu độ nhạy tại tần số 1kHz) là -32dB re 1V/Pa:
Nếu áp suất âm tại tần số đó là:
Và mức áp suất âm tương ứng là:
4. Mạch mô phỏng bằng phần mềm proteus 8.0
Hình 33: Sơ đồ mạch của máy đo độ ồn
MISO SCK XTA1 XTA2
D4 MOSI MISO SCK RESET
MOSI
RESET RESET
RS RW E D7D6D5D4
UP DOWN D5 ADC INPUT
RXD TXD
E RW MODE
RS MODE LATCH
D7 D6 UP
DOWN
LATCH
RXD TXD
ADC INPUT
49%
RV2
1k
PB0/ICP1 14
PB1/OC1A 15
PB2/SS/OC1B 16
PB3/MOSI/OC2 17
PB4/MISO 18
PB5/SCK 19
PB6/TOSC1/XTAL1 9
PB7/TOSC2/XTAL2
10 PC6/RESET 1
PD0/RXD 2 PD1/TXD 3 PD2/INT0 4 PD3/INT1 5 PD4/T0/XCK 6 PD5/T1 11 PD6/AIN0 12 PD7/AIN1 13 PC0/ADC0 23 PC1/ADC1 24 PC2/ADC2 25 PC3/ADC3 26 PC4/ADC4/SDA 27 PC5/ADC5/SCL 28
21 AREF 20 AVCC
M53102595
100nF M530FCDF4
100nF
B2
0.7V
IN: 0.2V - 0.7V Latch / Not Latch
14%
RV4
10k RV4(3) V=0.7
GIA MICROPHONE
R6
10k
C3
10uF
1 2 3 4 5 6
J1
25630601RP2
D714D613D512D411D310D29D18D07
E6RW5RS4
VSS1 VDD2 VEE3
LCD LM041L
A
ERROR 3 TXD 2 RXD
8 CTS 7 RTS 6 DSR
4 DTR 1 DCD
9 RI
P2
COMPIM
Nap Chip
Trong nay em mo phong dung song sin
mode
ADC INPUT V=0.691382
R2
10k
R3
10k
R4
10k
R5
10k
5. Giao diện với máy tính qua cổng COM
Hình 34: Giao diện kết nối máy tính
Chức năng các thành phần của giao diện:
Thành phần
Tên Chức năng
Nút nhấn
Kết Nối Mở cổng COM đã chọn và kết nối với thiết bị Ngắt Kết Nối Đóng cổng COM đã chọn
Xuất Dữ Liệu
Xuất dữ liệu trong bảng “Dữ Liệu Thu Thập” ra file Excel, lưu vào ổ D (*.xls)
Xuất Đồ Thị Xuất đồ thị trong “Biểu Đồ Độ Ồn Đo Đƣợc” ra file
ảnh, lưu vào ổ D (*png) Xóa Dữ Liệu Xóa dữ liệu trong bảng “Dữ Liệu Thu Thập”
Xóa Đò Thị Xóa đồ thị trong “Biểu Đồ Độ Ồn Đo Đƣợc”
COM Update
Làm mới tìm kiếm cổng COM đang mở
Compact (Scroll) Lấy Mẫu Cài đặt số mẫu cần lấy (giá trị từ 2 đến 2 tỷ mẫu) Mở Dữ Liệu Mở ổ đĩa D
Nhãn
Cổng COM: Chọn cổng COM mà thiết bị đang kết nối Baud Rate: Hiển thị tốc độ Baud
Bộ Đếm: Đếm số mẫu đã lấy Delay: Cài đặt thời gian lấy mẫu Check Tạm Dừng Tạm dừng nhận/truyền dữ liệu
6. Các thông số của máy đo:
Tiêu chuẩn:
Khoảng tần số: 31.5 Hz ~ 8 kHz Khoảng đo: 0 ~ 140 dB
Bộ lọc: A Microphone: 1/2 inch, loại electret Màn hình: LCD
Hiển thị: 4x16 ký tự Độ phân giải: 0.1dB Tốc độ lấy mẫu: Tùy chỉnh từ 20 micro giây (tự do) đến 2 giây Số mẫu: từ 2 đến 2 tỷ mẫu
Độ chính xác: ± 3.0 dB (khi so với microphone tham chiếu @ 94dB, 1KHz) Khoảng động: 100 dB
DC ra: 10mV / dB Nguồn cấp: Pin 9V, adapter 9VDC Thời gian dùng pin: khoảng 50hrs (alkaline battery) Dòng cấp: lớn hơn 30mADC
Nhiệt độ hoạt động: 0 to 40°C (32° to 104°F) Độ ẩm hoạt động: 10° to 90%RH
Nhiệt độ lưu trữ: -10° to 60°C (14° to 140°F) Độ ẩm lưu trữ: 10 to 80%RH (không gồm pin) Kích thước (L x W x H): (160× 80× 50 mm) Nặng: 285g (không bao gồm pin)
Phụ kiện: 9V battery, cáp kết nối máy tính, COM port driver, ứng dụng kết nối.
7. Hiệu chuẩn:
Ở đây ta có hai cách hiệu chuẩn máy đo:
a. Cách thứ nhất là so sánh giá trị đo với một máy đo độ ồn khác đã biết trước là tốt hoặc đã hiệu chuẩn với một nguồn âm ổn định. Sau đó hiệu chuẩn biến trở trên máy đo cần hiệu chuẩn để điều chỉnh giá trị đo theo giá trị đo của máy đo độ ồn được hiệu chuẩn.
b. Thứ hai là bằng cách đo lại độ nhạy của microphone sau đó tính lại độ ồn theo công thức có sẵn và thay đổi trong mã chương trình nạp cho vi xử lý. Tuy nhiên cách này cũng cần điều chỉnh biến trở trên mạch để bù lại mất mát năng lượng trong mạch.