一、项目概述
1.1 导言
跟着工业生产、交通运输、城市修建的开展，以及人口密度的添加，家庭设备（音响、空调、电视机等）的增多，环境噪声日益严重，它已成为污染人类社会环境的一大公害。因而环境噪声的监测已经成为人们亲近重视的问题。实时噪声频谱仪是对噪声信号进行丈量剖析的必备设备，是从事专业噪声监测、音频信号的研讨运用的常用东西，运用非常广泛。
传统的模仿音频频谱剖析仪有显着的缺陷，硬件完结杂乱，只能丈量频率的起伏,短少相位信息,并且体积较大，带着不方便，不能在杂乱的噪声现场进行实时的丈量，因而无法满意现代环境噪声丈量的要求。依据快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱剖析仪，经过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率重量,到达与传统频谱剖析仪相同的成果。这种新式的频谱剖析仪选用数字办法直接由模仿/数字转化器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后取得频谱分布图，完结音频的频谱剖析。
1.2 项目布景/选题动机
本项目选用的AVR EVK1105开发套件依据AT32UC3A0512微操控器，它内置硬件乘法器，支撑DSP指令集，64K SRAM，具有强壮的定点运算才能，因而完全能够到达数字信号处理中的数据运算要求；并且AVR EVK1105开发套件上装备有TLV320AIC23B低功耗立体声响频编解码芯片，支撑MIC和LINE IN两种输入办法，并且对输入和输出都具有可编程调理增益，集成模数转化（ADC）部件，可在8K到96K的频率规模内供给16bit的采样，能够到达较高的数据采样精度；QVGA(320*240)全五颜六色LCD显现屏能够很好的完结噪声信号的波形图和频谱图的显现以及杰出的用户界面。
因而本项目充分运用AVR EVK1105开发套件供给的软硬件资源，选用数字信号处理的办法完结一个依据Wi-Fi操控的实时噪声频谱仪。该实时噪声频谱仪选用数字的办法直接由模仿/数字转化器(ADC)获取采样数据,运用FIR数字滤波算法以及FFT算法得到实时噪声信号的频谱分布图，一起核算出噪声的相关参数，完结了实时噪声的丈量与剖析。该噪声频谱仪能够取得杰出的线性度和高分辨率，并且添加Wi-Fi无线操控模块，能完结杂乱的噪声现场和实验室无人环境的噪声丈量使命。设备体积小，操作简略，便于带着运用。
二、需求剖析
2.1 功用要求
1）、完结对输入噪声信号的参数丈量功用：
a) 显现噪声信号的实时波形图；
b) 显现实时噪声信号的倍频程、1/3倍频程频谱图；
c) 丈量实时噪声信号的相关参数：
依据A、C、Z加权的噪声信号的声压等级Lp；
最大，最小声压等级丈量（A、C加权）、峰值声压等级（C加权）、等效接连声压等级 Leq (A、C加权)；
噪声信号累计百分n声级Ln（A、C加权）；
2）、依据Wi-Fi的无线网络连接，完结长途设备操控，完结无人环境下的噪声丈量；
3）、SD卡完结数据存储、回放功用；
4）、校准：声校准,运用声校准器校准。
2.2 功用要求
(1) 丈量规模： 30~120dB;
（2）倍频程带宽： 31.5~16KHz;
(3) 1/3倍频程带宽： 20Hz~20KHz;
(4) 频率分辨率： 20Hz;
三、方案设计
3.1 体系功用完结原理
本体系首要选用AVREVK1105开发板上的音频数据输入接口或许麦克风获取噪声信号数据，并运用开发板上的TVL3230AIC23B低功耗立体声音频编解码器芯片完结16位的A/D转化，完结模仿信号到数字信号的转化，并运用AT32UC3A0512的DSP指令集完结FIR数字滤波、FFT算法，得到音频信号的频谱数据，核算出完结音频信号的相关参数，并实时的在开发板上的全五颜六色LCD屏上显现噪声信号的波形图、频谱图以及相关参数的数值。也能够将收集的数据经过开发板上的SD卡插槽存储到SD卡中，以备后续数据回放、剖析运用。
该体系还支撑依据Wi-Fi的无线网络接口进行设备的长途操控操作，如丈量参数设置、丈量开端、中止等指令，完结无人环境下的噪声参数的丈量。然后完结噪声信号的监测、剖析功用。
体系硬件结构框图如图1所示：
图1 体系硬件结构框图
3.2 硬件渠道选用及资源装备
1、硬件渠道：
体系运用AVREVK1105开发板， AVR EVK1105是依据AT32UC3A0512的评价套件。
EVK1105开发板硬件资源运用：
(1)、AVR AT32UC3A0512处理器：高功用、地低功耗AVR32 UC 32-Bit微操控器，主频高达66MHz,内置硬件乘法器，支撑DSP指令集，强壮的定点运算才能,能 高效的完结数字信号的处理；
(2)、TVL3230AIC23B芯片：低功耗立体声音频编解码器，支撑MIC和LINE IN两种输入办法， 并且对输入和输出都具有可编程调理增益，集成模数转化（ADC）和数模转化（DAC）部件，可 在8K到96K的频率规模内供给16bit的采样。
(3)、QVGA(320*240)全五颜六色LCD显现屏：很好的完结噪声信号的波形图和频谱图的显现以及良 好的用户界面；
(4)、传感器：麦克风，用于噪声现场的声响信号收集；
(5)、SD读卡器：外接SD卡，完结收集数据的存储和回放；
(6)、JTAG接口：USB设备接口及嵌入式主机操控器：用于固件程序的调试；
(7)、扩展网络通信功用，完结依据Wi-Fi的无线设备操控。
调试东西：AVR Dragon 体系调试器，支撑SPI,JTAG接口调试，用于体系的软件代码调试。
2、软件渠道：
(1)、 Windows XP操作体系。
(2)、 AVRStudio5.0 : 开发和调试嵌入式AVR运用的的集成开发环境，用于创立、编译和调试依据AVR微操控器的软件代码，并支撑直接将代码下载到板上的Flash中。
3.3体系软件架构
1、体系软件构架图：
图2 体系软件构架
2、体系软件模块：
(1)、数据收集模块：经过操控TLV320A%&&&&&%23B音频编解码芯片从麦克风或许直接LINE_IN 的办法收集音频数据。
(2)、数据拜访模块：经过文件体系读取SD卡上存储的数据；
(3)、界面显现模块：五颜六色LCD屏显现开机界面，或许显现丈量数据。
(4)、数字信号处理模块：运用AT32UC3A0512微操控器完结FIR数字滤波，FFT频谱核算以 及噪声相关参数核算，输出运算成果；
(5)、keyboard:触控键盘输入；
(6)、WiFi:接纳无线操控信号，用于设备的无线操控操作；
(7)、噪声频谱仪主程序：整个体系的结构程序，完结各个使命的调度。
(8)、LwIP：完结WiFi网络通讯功用，进行设备的无线操控。
(9)、文件体系：用于SD卡的数据存储、读写拜访办理。
(10)、设备驱动：板上各个硬件设备的驱动程序，供给相应设备的拜访接口。
3.4 体系软件流程
1、软件流程图：
图3 程序运转流程图
2、软件流程：
(1)、体系各个模块的初始化；进入过程（2）；
(2)、依据显现缓存内容，进行屏幕显现，进入过程（3）；
(3)、进行键盘输入扫描并查询WiFi音讯接纳状况，假如收到输入音讯则进行音讯解析，并设置相应的操作指令字和体系状况，进入过程（4）。
(4)、依据操作指令字和体系状况判别是否开端丈量，假如开端丈量，则进入过程（5），不然回来过程（2）；
(5)、运用板上的音频编解码芯片对接连噪声信号经行必定频率的采样，转化成离散的噪声信号数据；然后进入过程（6）；
(6)、对离散噪声信号数据进行FIR数字滤波，滤除高频信号重量；然后进入过程（7）；
(7)、对滤波后的信号数据进行FFT运算，得到音频信号的各个频率重量数据；然后进入过程（8）；
(8)、依据核算出的频率域的数据，核算噪声信号的相关参数，如声压等级，声压级峰值，等效接连声压值等；然后进入过程（9）；
(9)、若之前设置需求存储数据，则将相关数据经过板上的SD卡插槽存储到SD卡中，以备后续回放、剖析运用；然后回来过程（2）。
3.5 体系估计完结成果
该体系既能经过音频数据输入接口直接输入噪声信号数据，也能在噪声现场运用麦克风进行声响信号的收集；体系对收集的数据进行实时处理，得到音频信号的波形图、频谱图以及相关参数，并在设备的五颜六色显现屏上实时显现或许将收集的数据及丈量成果存储在SD卡中，以用于数据存储、回放功用。体系既能够直接在设备上进行手动按键操作，也能够用Wi-Fi无线网络接口进行长途设备操控，以完结无人环境的噪声丈量。
