CN101572536A - 吹气感测电路以及使用其的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种吹气感测电路以及一种使用其的控制系统。此吹气感测电路包括一麦克风、一第一电容器、一第一单向性导通元件以及一准峰值检测器。麦克风的第一端耦接一第一共接电压。第一电容器的第一端耦接麦克风的第二端。第一单向性导通元件的第一端耦接第一电容器的第二端，其第二端接收一预定电压，其中，电流导通方向为从第一单向性导通元件的第二端至第一单向性导通元件第一端的方向。准峰值检测器的输入端耦接电容器的第二端，其输出端输出一感测电压。只要把麦克风的信号经过高通滤波器并进行检波之后就可以用后续的电路，如微处理器或是模拟数字转换电路来撷取检波后的结果以得到吹气量的变化，进而可用来控制受控装置的动作。

Description

吹气感测电路以及使用其的控制系统

技术领域

本发明是有关于一种吹气感测的技术，且特别是有关于一种可降低环境声音干扰的电子吹气感测电路以及一种使用其的控制系统。

背景技术

随着科技的进步，电子技术已经由最早的真空管、晶体管，进展到集成电路芯片。其用途十分的广泛，也因此，电子产品也渐渐的成为现代人生活中不可或缺的生活必需品。许多的物品已经渐渐的被电子化，例如电子琴、电动牙刷等等。电子化的目的，无非是希望能够让人们使用上方便。因此许多的控制方法也被一一的进行研究。例如电脑所使用的键盘控制、电话所使用的数字按键控制、电子游乐器所使用摇杆控制法。

近年来，电子玩具以及电子乐器越来越受到大众的欢迎，因此，有许多厂商开始研发利用吹气输入的控制方式。例如中国专利CN87212065U、89207080.3是利用电容式麦克风以及电阻电容充放电电路来实现电子吹奏乐器；中国专利91206881.7、94222133.8、95218147.9则是以电容式麦克风加上光电感测元件实现电子吹奏乐器。

然而，上述几种方式都是利用麦克风作为接收器，因此，即使不是吹气，麦克风仍然会因为空气的震动，反映出电子信号，导致受控装置的误动作。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的就是在提供一种可降低环境声音干扰的电子吹气感测电路以及一种使用其的控制系统，用以建立一种利用吹气的控制机制，并且用以避免其他声音的干扰所造成的误动作。

为达上述或其他目的，本发明提出一种吹气感测电路。此吹气感测电路包括麦克风、第一电容器、第一单向性导通元件以及准峰值检测器。麦克风的第一端耦接第一共接电压。第一电容器的第一端耦接麦克风的第二端。第一单向性导通元件的第一端耦接第一电容器的第二端，其第二端接收一预定电压，其中，电流导通方向为从第一单向性导通元件的第二端至第一单向性导通元件第一端的方向。准峰值检测器的输入端耦接电容器的第二端，其输出端输出一感测电压。

本发明另外提出一种控制系统，此控制系统包括吹气感测电路、受控装置以及微处理器，其中该吹气感测电路包括麦克风、第一电容器、第一单向性导通元件以及准峰值检测器。麦克风的第一端耦接第一共接电压。第一电容器的第一端耦接麦克风的第二端。第一单向性导通元件的第一端耦接第一电容器的第二端，其第二端接收一预定电压，其中，电流导通方向为从第一单向性导通元件的第二端至第一单向性导通元件第一端的方向。准峰值检测器的输入端耦接电容器的第二端，其输出端输出一感测电压。微处理器耦接准峰值检测器以及受控装置，用以根据感测电压，以控制该受控装置。

依照本发明的较佳实施例所述的吹气感测电路以及控制系统，上述准峰值检测器包括第二单向性导通元件、第二电容器以及一电阻。第二单向性导通元件的第二端为准峰值检测器的输入端，其中，电流导通方向为从第二单向性导通元件的第二端至第二单向性导通元件第一端的方向。第二电容器的第一端耦接第二单向性导通元件的第一端，其第二端耦接第一共接电压。电阻的第一端耦接第二电容器的第一端，其第二端耦接第一共接电压，其中，电阻的第一端为准峰值检测器的输出端。另外，在一特定实施例中，第一单向性导通元件与第二单向性导通元件可以由一二极管实施，其中，上述二极管的阳极为上述单向性导通元件的第二端，上述二极管的阴极上述单向性导通元件的其第一端。

依照本发明的较佳实施例所述的控制系统，上述受控装置为一声音处理装置，其中，微处理器根据感测电压的大小，控制声音处理装置所发出的声音大小以及音色。在另一实施例中，上述受控装置为一发光模块，其中，微处理器根据感测电压的大小，控制上述发光模块的熄灭或闪烁频率。

本发明的精神是在于利用麦克风为声音的感测器，并且外加上一个低成本做高通滤波器和检波的电路来完成吹气的感测。理论上，麦克风所感测的声音是空气的振动，而吹气时，空气的振动和一般环境的声音的不同处是吹气时所得到的信号的振幅比较大也比较高频。因此，只要把麦克风的信号经过高通滤波器并进行检波之后就可以用后续的电路，例如微处理器或是模拟数字转换电路来撷取检波后的结果以得到吹气量的变化，进而可用来控制受控装置的动作。

附图说明

图1是根据本发明实施例所绘示的利用吹气感测电路作控制方法的控制系统的电路方块图。

图2是根据本发明实施例所绘示的吹气感测电路101的电路方块图。

图3是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。

图4是根据本发明实施例所绘示的利用吹气感测作控制方法的控制系统的具体电路方块图。

图5是根据本发明实施例所绘示的利用吹气感测作控制方法的控制系统的另一具体电路方块图。

图6是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。

图7是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。

图8是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。

图9是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。

图10是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。

图11是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。

附图标号：

101：吹气感测电路

102：微处理器

103：受控装置

V101：感测电压

201：麦克风

202、302：电容器

203、301、901、902：单向性导通元件

204：准峰值检测器

S201：麦克风201所产生的信号

S202：滤波后的信号

303、R601、R801以及R802：电阻

401、402、403：电子蜡烛

D601、D602：二极管

VCTRL、VCTRL10：控制电压

VDD：电源电压

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1是根据本发明实施例所绘示的利用吹气感测作控制方法的控制系统的电路方块图。请参考图1，此控制系统包括一吹气感测电路101、一微处理器102以及一受控装置103。吹气感测电路101主要是用来根据所接收到的吹气的力道，据以产生一感测电压V101。而微处理器102则是根据上述的感测电压V101，以控制上述受控装置103的动作。

图2是根据本发明实施例所绘示的吹气感测电路101的电路方块图。请参考图2，此吹气感测电路101包含一麦克风201、一电容器202、一单向性导通元件203以及一准峰值检测器204。麦克风201的一端接一共接电压，一般来说是接地，用以感测声音。电容器202耦接于麦克风201、准峰值检测器204以及单向性导通元件203之间。由于吹气的声音相较于普通人所发出的声音，其振幅较大且较为高频，因此麦克风201所产生的信号S201也比较高频。为了让麦克风201所产生的信号S201仅包含吹气的成分，因此，此电容器202主要是用以作为滤波器，用以滤除较低频的声音，以输出一滤波后的信号S202。单向性导通元件203则是用来与电容器202构成一电流回路，其电流导通方向如箭头所示。准峰值检测器204耦接电容器202，用以接收由电容器202滤波后的信号S202，并利用此信号作累积能量的依据，从而输出感测电压V101。

图3是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。请参考图3，特别的是，此准峰值检测器204包含另一单向性导通元件301、一电容器302以及一电阻303，其中，电阻303与电容器302耦接之处用以输出感测电压V101。当麦克风201接收到吹气的声音时，准峰值检测器204会通过单向性导通元件301将正向的能量收集到电容器302中。而微处理器102可以根据感测电压V101的大小，来控制受控装置103的作动。

为了具体说明图3的实施例，请参考图4，图4是根据本发明实施例所绘示的利用吹气感测作控制方法的控制系统的具体电路方块图。可以看到，此受控装置103例如是一个电子生日蛋糕，其上方具有三个电子蜡烛401、402以及403。上述电子蜡烛401、402以及403可以利用发光二极管(Light EmittedDiode，LED)实施。因此，当吹气的力道够大时，将会导致感测电压V101上升。因此，微处理器102在此实施例中，即用以判断感测电压V101是否大于一预设的门槛电压。当感测电压V101大于上述预设的门槛电压时，控制上述电子生日蛋糕的蜡烛熄灭，并发出欢呼与拍手声。另外，由于上述实施例中，具有一电容器202，因此，当使用者在帮朋友庆生时，才不会受到拍手以及欢呼声的干扰，只会收到吹气的控制。

接下来，请继续参考图5，图5是根据本发明实施例所绘示的利用吹气感测作控制方法的控制系统的另一具体电路方块图。同样的道理，此受控装置103例如是一个电子笛子。由于有上述吹气感测电路，因此，电子笛子才不至于被其他声音所干扰，发出不悦耳的声音。

上述实施例虽然对吹气感测电路以及使用吹气感测电路的控制系统描绘出几种可能的型态。为了让本领域技术人员，能够了解本发明的精神的其他变化，以下再举几个实施例以说明本发明的精神。

图6是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。请参考图6，此吹气感测电路与图3的电路的差异在于，在麦克风201的另一端，耦接了一个电阻R601，用以给予麦克风一直流偏压。另外，在图6的实施例中，上述单向性导通元件301以及203分别可以使用二极管D601以及D602实施。然而，本领域技术人员应当知道，上述单向性导通元件301以及203除了可以使用二极管D601以及D602实施之外，还可以用晶体管实施，只要是其导通方向为单向性，即可实施单向性导通元件。故本发明不限于使用二极管。

图7是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。请参考图7，图7的吹气感测电路与图6的电路之差异在于，在二极管D601的阳极接收一控制电压VCTRL，此控制电压可以控制滤波后的信号S202的直流准位。简单的说，可以通过此控制电压VCTRL来控制操作灵敏度。例如应用于上述图4的控制系统中，若控制电压VCTRL升高，感测电压V101的初始准位也会变高，相对的，吹气所累积的能量较少时，便可以达到微处理器102的门槛电压，使上述电子蜡烛401、402以及403熄灭。

图8是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。请参考图8，图8的吹气感测电路与图7的电路的差异在于，控制电压VCTRL同时用以作为麦克风201的直流偏压以及二极管D601的阳极的直流偏压，其中，二极管D601的阳极通过电阻R801以及R802的分压，接收控制电压VCTRL。因此，二极管D601的阳极所接收到的控制电压VCTRL与麦克风201所接收到的直流偏压便会不同，也不会导致电路误动作。由于利用此种方法，便可以减少集成电路的接脚数的使用量以及系统复杂度。

图9～图11是根据本发明实施例图2所绘示的吹气感测电路101的较详细的电路图。请先同时参考图9与图3，其差别在于，电源电压VDD与接地电压相反，因此单向性导通元件901以及902也因而反向。其操作原理相同，故在此不予赘述。同样道理，请再同时参考图10与图7，由于共接电压的配置相反，故二极管配置也相反。而在图10的控制电压VCTRL10相对于图7的控制电压CTRL是反相的。接下来，请再同时参考图11与图8，即使是共接电压的配置相反，同样可以适用于此种控制方式，同样可以通过上述电路设计减少集成电路的接脚数。

综上所述，本发明的精神是在于利用麦克风为声音的感测器，并且外加上一个低成本做高通滤波器和检波的电路来完成吹气的感测。理论上，麦克风所感测的声音是空气的振动，而吹气时，空气的振动和一般环境的声音的不同处是吹气时所得到的信号的振幅比较大也比较高频。因此，只要把麦克风的信号经过高通滤波器并进行检波之后就可以用后续的电路，例如微处理器或是模拟数字转换电路来撷取检波后的结果以得到吹气量的变化，进而可用来控制受控装置的动作。

在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。因此本发明的保护范围当以权利要求的界定为准。

Claims (27)

1.一种吹气感测电路，其特征在于，所述吹气感测电路包括：

麦克风，具有第一端以及第二端，其第一端耦接第一共接电压；

第一电容器，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述麦克风的第二端；

第一单向性导通元件，具有第一端以及第二端，其第一端耦接所述第一电容器的第二端，其第二端耦接一控制电压；以及

准峰值检测器，包括输入端以及输出端，其输入端耦接所述第一电容器的第二端，其输出端输出一感测电压。

2.如权利要求1所述的吹气感测电路，其特征在于，所述准峰值检测器包括：

第二单向性导通元件，具有第一端以及第二端，其第二端为所述准峰值检测器的输入端；

第二电容器，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第二单向性导通元件的第一端，其第二端耦接所述第一共接电压；以及

一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第二电容器的第一端，其第二端耦接所述第一共接电压，

其中，所述电阻的第一端为所述准峰值检测器的输出端。

3.如权利要求2所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第一共接电压为一接地电压，且所述第二单向性导通元件的电流导通方向为从所述第二单向性导通元件的第二端至所述第二单向性导通元件第一端的方向。

4.如权利要求3所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第二单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第二单向性导通元件的第二端，所述二极管的阴极所述第二单向性导通元件的其第一端。

5.如权利要求2所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第一共接电压为一电源电压，且所述第二单向性导通元件的电流导通方向为从所述第二单向性导通元件的第一端至所述第二单向性导通元件第二端的方向。

6.如权利要求5所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第二单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第二单向性导通元件的第一端，所述二极管的阴极所述第二单向性导通元件的其第二端。

7.如权利要求1所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第一共接电压为一接地电压，且所述第一单向性导通元件的电流导通方向为从所述第一单向性导通元件的第二端至所述第一单向性导通元件第一端的方向。

8.如权利要求7所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第一单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第一单向性导通元件的第二端，所述二极管的阴极所述第一单向性导通元件的第一端。

9.如权利要求1所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第一共接电压为一电源电压，且所述第一单向性导通元件的电流导通方向为从所述第一单向性导通元件的第一端至所述第一单向性导通元件第二端的方向。

10.如权利要求9所述的吹气感测电路，其特征在于，所述第一单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第一单向性导通元件的第一端，所述二极管的阴极所述第一单向性导通元件的第二端。

11.如权利要求1所述的吹气感测电路，其特征在于，所述控制电压为所述第一共接电压。

12.如权利要求1所述的吹气感测电路，其特征在于，所述吹气感测电路还包括：

一第一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述麦克风的第二端，其第二端耦接所述控制电压；

一第一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第一单向性导通元件的第二端，其第二端耦接第一共接电压；以及

一第一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第一单向性导通元件的第二端，其第二端耦接所述控制电压。

13.如权利要求1所述的吹气感测电路，其特征在于，所述吹气感测电路还包括：

一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述麦克风的第二端，其第二端耦接第二共接电压。

14.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

受控装置；

吹气感测电路，包括：

麦克风，具有第一端以及第二端，其第一端耦接第一共接电压；

第一电容器，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述麦克风的第二端；

第一单向性导通元件，具有第一端以及第二端，其第一端耦接所述第一电容器的第二端，其第二端耦接一控制电压；以及

准峰值检测器，包括输入端以及输出端，其输入端耦接所述第一电容器的第二端，其输出端输出一感测电压；以及

微处理器，耦接所述准峰值检测器以及所述受控装置，接收所述感测电压，以控制所述受控装置。

15.如权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述准峰值检测器包括：

第二单向性导通元件，具有第一端以及第二端，其第二端为所述准峰值检测器的输入端；

第二电容器，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第二单向性导通元件的第一端，其第二端耦接所述第一共接电压；以及

一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第二电容器的第一端，其第二端耦接所述第一共接电压，

其中，所述电阻的第一端为所述准峰值检测器的输出端。

16.如权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述第一共接电压为一接地电压，且所述第二单向性导通元件的电流导通方向为从所述第二单向性导通元件的第二端至所述第二单向性导通元件第一端的方向。

17.如权利要求16所述的控制系统，其特征在于，所述第二单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第二单向性导通元件的第二端，所述二极管的阴极所述第二单向性导通元件的其第一端。

18.如权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述第一共接电压为一电源电压，且所述第二单向性导通元件的电流导通方向为从所述第二单向性导通元件的第一端至所述第二单向性导通元件第二端的方向。

19.如权利要求18所述的控制系统，其特征在于，所述第二单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第二单向性导通元件的第一端，所述二极管的阴极所述第二单向性导通元件的其第二端。

20.如权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述第一共接电压为一接地电压，且所述第一单向性导通元件的电流导通方向为从所述第一单向性导通元件的第二端至所述第一单向性导通元件第一端的方向。

21.如权利要求20所述的控制系统，其特征在于，所述第一单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第一单向性导通元件的第二端，所述二极管的阴极所述第一单向性导通元件的第一端。

22.如权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述第一共接电压为一电源电压，且所述第一单向性导通元件的电流导通方向为从所述第一单向性导通元件的第一端至所述第一单向性导通元件第二端的方向。

23.如权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述第一单向性导通元件为一二极管，所述二极管的阳极为所述第一单向性导通元件的第一端，所述二极管的阴极所述第一单向性导通元件的第二端。

24.如权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述控制电压为所述第一共接电压。

25.如权利要求14所述的控制系统，特征在于，所述吹气感测电路还包括：

一第一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述麦克风的第二端，其第二端耦接所述控制电压；

一第一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第一单向性导通元件的第二端，其第二端耦接第一共接电压；以及

一第一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述第一单向性导通元件的第二端，其第二端耦接所述控制电压。

26.如权利要求14所述的控制系统，特征在于，所述吹气感测电路还包括：

一电阻，具有第一端与第二端，其第一端耦接所述麦克风的第二端，其第二端耦接一第二共接电压。

27.如权利要求14所述的控制系统，特征在于，所述受控装置为多个发光二极管。

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