噪聲傳感器采集實(shí)驗(yàn)

1、噪聲傳感器采集實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容了解噪聲傳感器的工作原理和對噪聲的采集過程，掌握針對一個(gè)噪聲傳感器進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集的過程。實(shí)驗(yàn)原理及基本技術(shù)路線圖（方框原理圖或程序流程圖）本實(shí)驗(yàn)是對聲音信號采集實(shí)驗(yàn)，噪聲傳感器正是由于傳感器內(nèi)置一個(gè)對聲音敏感的電容式駐極體話筒,聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容的變化，而產(chǎn)生與之對應(yīng)變化的微小電壓，從而實(shí)現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。噪聲傳感器正是由于傳感器內(nèi)置一個(gè)對聲音敏感的電容式駐極體話筒,駐極體面與背電極相對，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由

2、于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q =CU 所以當(dāng) C 變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓 U 的變化，從而輸出電信號，實(shí)現(xiàn)聲音信號到電信號的變換。具體來說，駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時(shí)進(jìn)行放大，從而可以得到和聲音對應(yīng)的電壓了。由于場效應(yīng)管時(shí)有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因

3、此，駐極體話筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。噪聲傳感器輸出的電壓信號經(jīng)CC2530內(nèi)的ADC轉(zhuǎn)換后可以經(jīng)串口助手實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出。由于芯片CC2530含有ADC，因此實(shí)驗(yàn)可以很容易將采集到的信號進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。A/D 轉(zhuǎn)換器 (ADC)的型式有很多種，方式的不同會(huì)影響測量后的精準(zhǔn)度。A/D 轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接 A/D 轉(zhuǎn)換器和間接 A/D 轉(zhuǎn)換器。所謂直接 A/D 轉(zhuǎn)換器，是把 模擬信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度，故目前集成化 A/D 芯片采用逐次逼近型者多；間接 A/D 轉(zhuǎn)換器

4、是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時(shí)間轉(zhuǎn)換型（積分型），電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。 其中積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器電路簡單，抗干擾能力強(qiáng)，且能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。 有些轉(zhuǎn)換器還將多路開關(guān)、基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘電路、譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)，已超出了單純 A/D 轉(zhuǎn)換功能，使用十分方便。而在CC2530中含有的ADC支持7到12位的分辨率，分別在30kHz或4kHz的帶寬。輸入方式可選擇作為單端或差分，參考電壓可以是內(nèi)部電壓，AVDD或是一個(gè)單端或是差分外部信號。完成噪聲傳感采集實(shí)驗(yàn)的程序流程圖，如下圖1所示。圖1. 噪聲傳感器采集實(shí)驗(yàn)流程圖所用儀器、材

5、料（設(shè)備名稱、型號、規(guī)格等或使用軟件）1. 帶有 CC2530 芯片的基站一個(gè)2. 燒錄線一根3. 噪聲傳感器一個(gè)4.PC機(jī)5.TinyOS開發(fā)環(huán)境6.串口助手四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟（或：程序代碼或操作過程）1. 將基站同電腦用燒錄線連接好，打開基站的開關(guān)2. 用串口線將基站和 PC 機(jī)器連接起來3. 打開串口助手4. 打開 Cygwin 開發(fā)環(huán)境5. 在 Cygwin 開發(fā)環(huán)境中執(zhí)行/opt/atos/apps/Demos/ sensor/6. 將光傳感器插在基站的旁邊的插槽。7. 在該目錄下執(zhí)行 make antc5 install，進(jìn)行軟件的編譯和燒錄8. 燒錄完成后，重啟基站，看串口輸出，

6、如下圖2所示。圖2. 串口輸出界面程序中的主要源代碼如下所示：#include SensorCollection.h#define DBG_LEV 9module ADSensorPusesinterface Boot;interface AdcControl as ADSensorControl;interface Read as ADSensorRead;implementationuint8_t m_len;task void sensorTask()call ADSensorControl.enable(ADC_REF_AVDD, ADC_14_BIT, ADC_AIN4);call

7、ADSensorRead.read();event void Boot.booted()ADBG(DBG_LEV, #Boot.booted#n);call SensorTimer.startPeriodic(1000);event void SensorTimer.fired()post sensorTask();event void ADSensorRead.readDone(error_t result, int16_t val)ADBG(DBG_LEV, AD Data = %04xn ,val);實(shí)驗(yàn)過程原始記錄( 測試數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)實(shí)驗(yàn)中通過在噪聲傳感器附近放置一個(gè)手機(jī)音樂播放器，通過調(diào)節(jié)音量來改變聲音信號的強(qiáng)弱，從而得到如表1所示數(shù)據(jù)。聲音信號強(qiáng)弱AD Data653c 651c650064fc64986490647c63f863b4表1. 實(shí)驗(yàn)過程原始記錄六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論（誤差分析與數(shù)據(jù)處理、成果總結(jié)等。其中，繪制曲線圖時(shí)必須用計(jì)算紙或程序運(yùn)行結(jié)果、