信息科技实验（苏教版）——声音数据的采集及可视化

信息科技教材（苏教版）物联网传感技术中提供了“体验声音数据的采集过程”实验，介绍了如何采集声音，并将采集的数据显示出来，从而认识声音传感器的工作原理。并利用此工具采集不同环境下的声音及数据值（教材中安排测试“靠近声音传感器说话、拍手”两个环节，可能是想学科融合）。

我们根据学校自身情况设计信息科技实验：声音数据的采集及可视化实验。

实验目的：

通过体验声音数据的采集过程，学习如何使用声音传感器采集数据并显示数据。理解并掌握传感器的作用及工作原理。

需求分析：

（1）功能需求：能采集声音数据并显示采集声音的数据；

（2）界面需求：显示音量值（数据方式和可视化方式），结合学科知识给相应音量等级的标定等级。

技术分析：

（1）采集声音数据，屏幕显示。

（2）以可视化进度条方式标定音量的等级。

知识储备：

（1）声音：是由物体振动产生的声波。是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。最初发出振动（震动）的物体叫声源。声音以波的形式振动（震动）传播。声音是声波通过任何介质传播形成的运动。可以被人耳识别的声（频率在20 Hz~20000 Hz之间），我们称之为声音。

（2）传感器：将被测非电信号转换成电信号输出的设备。传感器所感受的是非电信号，这些非电信号有温度、湿度、亮度等物理量，也有空气质量，水中的污染物等。传感器能够将这些信号全部转换成便于输出和处理的电信号。传感器的主体一般由敏感元件、转换元件组成。敏感元件能感测物体的某种信息，完成传感功能；转换元件能将敏感元件获取的测量值转换成可处理的电信号。

以声音传感器为例，声音传感器通过话筒接收声波。声波引起传感器内的薄膜振动，产生微小的电压变化。通过采集传感器的输出电压，即可将声音信号转换成电信号。

实验器材：

（1）行空板M10

（2）声音传感器

（3）Mind+编程软件

实验一操作步骤

Step01:认识声音传感器，了解声音是模拟量，现实世界有两种量：模拟量和数字量。

Step02:连接电路：将声音传感器与行空板21口连接如下图所示。

Step03:编写程序读取声音数据。

（1）环境部署：打开mind+软件，点击左下角“拓展”，在“官方库”选项卡中添加“行空板”，在“pinpong库”中添加“模拟声音传感器”如下图所示。

（2）编写程序：使用串口输出指令与“行空板引脚21”指令组合，完整程序如下。

（3）记录数据：用不同力度敲击鼓面，记录不同情况下采集到的声音强度。终端显示如下图

Step04:根据以上实验得出结论。

声音的强弱与什么因素有关？

实验二操作步骤

Step01:设计“噪音检测仪”程序界面，在提供的稿纸上手绘界面。

Step02:列出所需组件，根据上步设计列举所需组件并记录。组件类型：文字、矩形，对应指令如下图（①文字对应“声音强度值”、②对应“声音强度进度条”。

Step03:声音强度数据的处理，由于读取的声音强度范围0-1200之间，所以对数据除以12得到一个大致范围在0-100的取值区间。

Step04:声音强度与进度条的对应关系。这里使用了映射函数，将变量h的值从0到100(采集到的声音强弱范围)映射到0到320（行空板屏幕的高度范围），具体指令如下图所示。

Step05:完整程序如下图所示

实验三操作步骤

Step01:设计程序界面及使用到的组件，并根据噪声等级标准设定数据区间如下图所示。

Step02:初始化所有组件，本程序中噪声等级表涉及四类组件，文本、矩形、填充矩形、图片，如图所示。

Step03:根据声音等级标准（轻微声：0-40db;较安静：40-60；很响：60-70；非常响：70-80；噪声：80-100及以上），设计程序算法逻辑如下。

Step04:编程实现完整程序，并测试运行。