張 寧，王 冰

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第四十九研究所， 哈爾濱 150001）

基于LabVIEW的環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 寧，王 冰

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第四十九研究所， 哈爾濱 150001）

針對(duì)現(xiàn)有噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理論研究較多，沒有成熟產(chǎn)品的問題，本文設(shè)計(jì)了基于LabVIEW軟件的環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用電聲性能較好的駐極體噪聲傳感器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行采集，LabVIEW軟件將噪聲數(shù)據(jù)采集到上位機(jī)，并對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行分析、處理，再通過無線傳輸模塊將分析好的噪聲值發(fā)送到噪聲監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)了噪聲的自動(dòng)管理及監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

噪聲監(jiān)測(cè)；無線傳輸；LabVIEW

引言

近年來我國(guó)政府及有關(guān)部門已加強(qiáng)對(duì)環(huán)境噪聲污染的治理、防治等工作，制定并執(zhí)行強(qiáng)制性的噪聲控制和管理法規(guī)，保證城市寧?kù)o環(huán)境。噪音污染主要來源于交通運(yùn)輸、車輛鳴笛、工業(yè)噪音、建筑施工、社會(huì)噪音如音樂廳、高音喇叭等。為了保護(hù)人們正常學(xué)習(xí)、工作和休息的生活環(huán)境，需要對(duì)現(xiàn)有的環(huán)境噪聲進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，如在城市中的道路交通干線道路、內(nèi)河航道、鐵路主、次干線兩側(cè)區(qū)域、市區(qū)內(nèi)建筑施工工地及居民居住與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合區(qū)域安放環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)工業(yè)企業(yè)廠界噪聲 、交通干道噪聲、建筑施工場(chǎng)界噪聲、城市區(qū)域環(huán)境噪聲、社會(huì)生活環(huán)境噪聲進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。

由于國(guó)外城市的工業(yè)化發(fā)展比較早，因此環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)工作開展的時(shí)間也早于我國(guó)，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的研究已經(jīng)比較成熟，比如丹麥的B&K公司，挪威的NorSonic公司。尤其在噪聲信號(hào)的處理和分析等方面都達(dá)到了比較高的水平，可進(jìn)行自動(dòng)噪聲信號(hào)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理分析、傳輸及信息共享等。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)較多專利，比如其中關(guān)鍵技術(shù)傳聲器的專利。但這些專利至今尚未切實(shí)地轉(zhuǎn)化為成熟產(chǎn)品。

本文針對(duì)環(huán)保局環(huán)境監(jiān)測(cè)中心組建環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的需求，對(duì)噪聲信號(hào)檢測(cè)、無線數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體環(huán)境適應(yīng)性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。通過解決噪聲傳感器高精度測(cè)量、溫度補(bǔ)償、高穩(wěn)定性工作與數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)葐栴}，使環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、響應(yīng)快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候工作，自動(dòng)管理無需人工值守，將采集數(shù)據(jù)無線傳輸至環(huán)境監(jiān)測(cè)中心等功能。

1 系統(tǒng)組成

環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成圖

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（圖2）

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過在中心服務(wù)器上安裝一個(gè)服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲監(jiān)測(cè)終端中的數(shù)據(jù)自動(dòng)讀取，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)；將客戶端對(duì)噪聲監(jiān)測(cè)終端和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作轉(zhuǎn)發(fā)給噪聲監(jiān)測(cè)終端和數(shù)據(jù)庫(kù)，并將操作結(jié)果返回給客戶端；進(jìn)行短信報(bào)警的操作；完成公共信息發(fā)布。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

3．1 噪聲傳感器

駐極體傳聲器也稱駐極話筒，原理同電容式傳聲器，它是在常規(guī)的電容傳聲器中引入駐極體材料，并在制造過程中使駐極體材料極化。駐極體是一種永久極化的電介質(zhì)，使用駐極體高分子材料制備振膜或固定電極（后極板），無需外加極化電壓，前置放大器使用低噪聲的場(chǎng)效應(yīng)管即可，如圖3所示。主要結(jié)構(gòu)形式有兩種:一種是用駐極體高分子薄膜材料作振膜；另一種是用駐極體材料做后極板。駐極體傳聲器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能較好，價(jià)格低，應(yīng)用較廣泛，抗振能力強(qiáng)，容易小型化。

圖3 噪聲傳感器結(jié)構(gòu)圖

3．2 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

該環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括三部分：前端監(jiān)測(cè)傳感器、信號(hào)采集處理部分和無線數(shù)據(jù)傳輸部分。無線數(shù)據(jù)傳輸部分可以是基于Modem 的無線因特網(wǎng)，也可以是基于GPRS 或CDMA 技術(shù)的移動(dòng)通信網(wǎng)，或者也可采用無線電波通信。通過無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的信息交換。前端傳感器和信號(hào)采集處理部分完成噪聲采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集及處理任務(wù)，結(jié)合我國(guó)移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，本系統(tǒng)采用中國(guó)電科52所研制的DTU WT-3102型GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸模塊。

3．3 噪聲智能采集模塊

噪聲信號(hào)采集部分采用NI智能數(shù)據(jù)采集模塊NI 4432，如圖4所示，該模塊采用USB接口方式支持Win XP、Win7、Win Vista等操作系統(tǒng)，可兼容LabVIEW、C/C++、Visual Basic6.0及Visual Studio等多個(gè)開發(fā)軟件。模塊內(nèi)集成了計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、模擬輸入輸出及數(shù)字I/O等功能功能部件，可通過自校準(zhǔn)中補(bǔ)償非線性誤差，確保信號(hào)范圍內(nèi)模擬測(cè)量的精確性。

圖4 NI4432智能數(shù)據(jù)采集模塊

3．4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性

圖5 雙箱體結(jié)構(gòu)

城市區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本理論已經(jīng)較為完善，并有相應(yīng)原理樣機(jī)的研制，但原理樣機(jī)在穩(wěn)定性和可靠性等方面（如防潮、防塵等）不能滿足實(shí)際需求。因此本系統(tǒng)采用雙箱體結(jié)構(gòu)的防水防潮結(jié)構(gòu)，如圖5所示。該箱體由外層金屬箱體、電器安裝箱、保溫材料夾層等結(jié)構(gòu)組成。箱體的引線開孔處均設(shè)有PG頭防塵、防水防護(hù)措施，防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP65等級(jí)。

3．5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖6 系統(tǒng)軟件界面

系統(tǒng)采用LabVIEW軟件作為上位機(jī)的噪聲采集和分析處理軟件。該軟件是一種圖形化的編程語(yǔ)言，被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界看做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制人機(jī)。具有良好的人機(jī)交互界面，操作方便，界面友好直觀。

本系統(tǒng)的軟件由采集、分析和顯示等幾部分組成。通過軟件來采集噪聲傳感器感應(yīng)的噪聲信號(hào)，在程序中將采集的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析處理，轉(zhuǎn)換成DB值，最后由軟件界面顯示出來。如圖6所示。

4 結(jié)論

基于LabVIEW的環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)環(huán)境噪聲高精度的測(cè)量、利用采集模塊和LabVIEW軟件，實(shí)現(xiàn)環(huán)境噪聲自動(dòng)采集及數(shù)據(jù)處理、噪聲信息的自動(dòng)傳輸，最終可完成環(huán)境噪聲的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)管理。

本系統(tǒng)的建立對(duì)于政府及有關(guān)部門對(duì)環(huán)境噪聲污染防治工作的有效展開起著關(guān)鍵作用，對(duì)保證城市寧?kù)o環(huán)境，還人們一片安靜祥和的生活環(huán)境具有重要的意義。

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Design of Environmental Noise Automatic Monitoring System Based on LabVIEW

ZHANG Ning, WANG Bing
(No.49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Harbin 150001)

At present, noise monitoring system call more attention to the theoretical study, but the mature products are less. Aiming at this problem, the environmental noise automatic monitoring system based on LabVIEW software is designed in this paper. The noise signal is collected by electret sensor which has better acoustic performance, LabVIEW software passes the data acquisition to the upper machine, and processes and analyzes the original signal, then analyzed signal is sent to the noise monitoring terminal through the wireless transmission module, thus the noise can be managed and monitored automatically. The system has the advantages of high measurement precision, better stability and strong adaptability to environment.

noise monitoring; wireless transmission; LabVIEW

TP212

A

1004-7204(2017)04-0122-03

張寧（1981-），男，黑龍江省哈爾濱市人，工程碩士，工程師，研究方向：傳感器設(shè)計(jì)及測(cè)試測(cè)量技術(shù)。