嵌入式C语言教程：实现声音监测系统

声音监测在许多应用中都十分重要，如噪声控制、安全系统、和智能家居控制。

本教程将介绍如何在STM32微控制器上使用模数转换器（ADC）和声音传感器实现实时声音监测系统。

一、开发环境准备

硬件要求

• 微控制器：STM32F746NG，具备高性能的多通道ADC。
• 开发板：STM32F7 Discovery Kit，提供强大的性能和显示功能。
• 外部设备：麦克风模块，用于捕捉环境声音。

软件要求

• 集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE。
• 固件库：STM32CubeMX，用于配置微控制器的外设。

安装和配置

1. 安装STM32CubeIDE：从ST官网下载并安装。
2. 使用STM32CubeMX创建项目：选择STM32F746NG芯片，配置ADC通道和所需的GPIO，生成初始化代码。

二、应用场景：安全系统中的声音识别

设计目标

设计一个系统，能够识别特定的声音模式（如破碎玻璃声或急促喊叫声），并触发相应的安全报警。

代码实现

#include "stm32f7xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc3;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC3_Init(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC3_Init();

  uint32_t adcValue = 0;
  float soundLevel = 0.0;

  while (1)
  {
    HAL_ADC_Start(&hadc3);
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc3, 100) == HAL_OK)
    {
      adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc3);
      soundLevel = ConvertToSoundLevel(adcValue);
      // 根据声音强度进行安全监测
      CheckSoundAlert(soundLevel);
    }
    HAL_Delay(500); // 500ms读取一次
  }
}

float ConvertToSoundLevel(uint32_t adcValue)
{
    float voltage = (adcValue * 3.3f) / 4095.0f; // 将ADC值转换为电压
    return voltage * 1000.0f; // 假设电压与声音强度成正比，简化计算
}

void CheckSoundAlert(float soundLevel)
{
    // 示例：如果声音强度超过某个阈值，触发报警
    if (soundLevel > 800.0)
    {
        // 触发安全报警
    }
}

void MX_ADC3_Init(void)
{
    hadc3.Instance = ADC3;
    hadc3.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc3.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc3.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc3.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc3.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc3.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc3.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc3.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc3.Init.NbrOfConversion = 1;
    HAL_ADC_Init(&hadc3);
}

void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    /** Configure the main internal regulator output voltage
    */
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
    */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
    RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
    RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 8;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

    /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
    */
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

    HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4);
}

void Error_Handler(void)
{
    __disable_irq();
    while (1)
    {
    }
}

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• 声音强度精确度：通过校准麦克风和调整ADC的采样率来提高读数的精确度。
• 快速声音变化响应：优化ADC采样设置和转换周期，确保系统能够迅速响应突发声音。
• 环境噪声影响：实施适当的数字滤波技术，如带通滤波，以排除非目标频率的噪声。

通过本教程，开发者可以掌握在STM32平台上实现实时声音监测的方法，适用于需要声音识别或声音级别监控的安全和自动化系统。