CN104563823B - 窗用阻尼式抗噪声手动控制装置 - Google Patents

窗用阻尼式抗噪声手动控制装置 Download PDF

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Abstract

窗用阻尼式抗噪声手动控制装置，属于居室窗户除噪领域。解决了现有噪声多是由窗户传入居室，无法减少噪声通过玻璃传入室内的问题。它包括具有电压调节功能的控制器和压电陶瓷片；压电陶瓷片粘贴在玻璃表面，具有电压调节功能的控制器用于驱动压电陶瓷片，压电陶瓷片的形变方向为沿平行于玻璃表面的方向，具有电压调节功能的控制器包括电压调节单元、控制单元和驱动单元，其中，电压调节单元用于调节输出电压；控制单元用于采集电压调节单元发送的电压信号，根据该电压信号获得压电陶瓷片的驱动电压，并根据该驱动电压产生相应占空比的PWM驱动信号输出给驱动单元；驱动单元用于发送驱动信号给压电陶瓷片。它主要用于家居窗户上。

Description

窗用阻尼式抗噪声手动控制装置
技术领域
本发明属于居室窗户除噪领域。
背景技术
居室经常出现外部环境的噪声干扰的情况。这些噪声多是由窗户传入的，是由外部噪声作用于的窗户玻璃，使其振动产生的室内噪声。所以，降低居室窗户噪声的一种主要方法是减少窗户因外部噪声而引起的振动。
科学实验证明：压电陶瓷材料具有逆压电效应，参见图1。当在压电材料上加电时，压电陶瓷材料上会有型变，就是逆压电效应，电压产生型变,这就产生了压电致动器。
发明内容
本发明是为了解决现有噪声多是由窗户传入居室，无法减少噪声通过玻璃传入室内的问题，本发明提供了窗用阻尼式抗噪声手动控制装置。
窗用阻尼式抗噪声手动控制装置，它包括具有电压调节功能的控制器和压电陶瓷片；
压电陶瓷片粘贴在玻璃表面，
所述的具有电压调节功能的控制器用于驱动压电陶瓷片，压电陶瓷片的形变方向为沿平行于玻璃表面的方向，
所述的具有电压调节功能的控制器包括电压调节单元、控制单元和驱动单元，
其中，电压调节单元用于调节输出电压；
控制单元用于采集电压调节单元发送的电压信号，根据该电压信号获得压电陶瓷片的驱动电压，并根据该驱动电压产生相应占空比的PWM驱动信号输出给驱动单元；
驱动单元用于发送驱动信号给压电陶瓷片。
所述的电压调节单元采用可调电阻实现，控制单元采用单片机实现，所述单片机型号为C8051F120型单片机，驱动单元包括场效应管、电感和电容C；
可调电阻的一端与C8051F120型单片机的管脚VDD连接，可调电阻的可调端与C8051F120型单片机的管脚AIN0.0连接，C8051F120型单片机的管脚COM与可调电阻的另一端、场效应管的源极、电容C的一端和压电陶瓷片的一个电极同时连接电源地GND；
C8051F120型单片机的管脚P3.0与场效应管的栅极连接，场效应管的漏极同时与电感的一端、电容C的另一端和压电陶瓷片的另一个电极连接，
电感的另一端与+5V电源连接。
所述控制单元内部嵌入有控制模块，该控制模块的信号处理过程为：
步骤一：系统初始化：关闭看门狗,设置中断优先级,设置使用内部晶振或外部晶振,设置管脚P3.0,设置定时器为PWM工作方式,设置交叉开关使定时器从管脚P3.0输出,使管脚AIN0.0为单端输入方式,用以接收电压调节单元输出的电压信号，执行步骤二；
步骤二：从管脚AIN0.0读取电压调节单元输出的电压信号VIN1，执行步骤三；
步骤三：根据电压信号VIN1获得压电陶瓷片的驱动电压，并根据该驱动电压产生相应占空比的PWM驱动信号，该PWM驱动信号通过管脚P3.0输出，执行步骤四；
步骤四：判断是否接收结束命令，判断结果为是，结束本次控制，判断结果为否，执行步骤二。
本发明的基本思想是：根据人所感知的窗户玻璃的噪声引起的振动，通过微处理器所执行的控制过程，手动控制产生压电材料的逆压电效应来产生顶住窗户玻璃的力阻止窗户玻璃的噪声引起的振动，以此减少和抑制窗户传递的噪声。
本发明带来的有益效果是，通过压电材料的逆压电效应来产生顶住窗户玻璃的力阻止窗户玻璃的噪声引起的振动，以此减少和抑制窗户传递的噪声，使由室外传入室内的噪声减少了60％以上，净化了室内的环境。本发明装置便于在原有窗户上安装，采用电子自动化技术减少噪声，且控制方法简单。
附图说明
图1为背景技术中压电陶瓷材料逆压电效应的原理示意图；
图2为本发明所述的窗用阻尼式抗噪声手动控制装置的原理示意图；其中，附图标记3表示玻璃，附图标记4表示窗户框；
图3为压电陶瓷片与玻璃的位置关系示意图；
图4为具有电压调节功能的控制器对信号处理过程的原理示意图；
图5为具体实施方式二所述的窗用阻尼式抗噪声手动控制装置的电路连接图；
图6为具体实施方式三中控制单元内部嵌入的控制模块对信号进行处理的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图2、3和4说明本实施方式，本实施方式所述的窗用阻尼式抗噪声手动控制装置，它包括具有电压调节功能的控制器1和压电陶瓷片2；
压电陶瓷片2粘贴在玻璃表面，
所述的具有电压调节功能的控制器1用于驱动压电陶瓷片2，压电陶瓷片2的形变方向为沿平行于玻璃表面的方向，
所述的具有电压调节功能的控制器1包括电压调节单元、控制单元和驱动单元，
其中，电压调节单元用于调节输出电压；
控制单元用于采集电压调节单元发送的电压信号，根据该电压信号获得压电陶瓷片2的驱动电压，并根据该驱动电压产生相应占空比的PWM驱动信号输出给驱动单元；
驱动单元用于发送驱动信号给压电陶瓷片2。
本实施方式，压电陶瓷片2的形变带动玻璃形变，来增强玻璃的阻尼，压电陶瓷片2的形变带动玻璃形变，玻璃处于拉伸状态，形变后的璃增强玻璃的阻尼，减少了该块玻璃的震荡。
压电陶瓷片的长度与玻璃的长度比例处于1:1500到1：1000之间。
具体实施方式二：参见图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的窗用阻尼式抗噪声手动控制装置的区别在于，所述的电压调节单元采用可调电阻实现，控制单元采用单片机实现，所述单片机型号为C8051F120型单片机，驱动单元包括场效应管M1、电感L1和电容C；
可调电阻的一端与C8051F120型单片机的管脚VDD连接，可调电阻的可调端与C8051F120型单片机的管脚AIN0.0连接，C8051F120型单片机的管脚COM与可调电阻的另一端、场效应管M1的源极、电容C的一端和压电陶瓷片2的一个电极同时连接电源地GND；
C8051F120型单片机的管脚P3.0与场效应管M1的栅极连接，场效应管M1的漏极同时与电感L1的一端、电容C的另一端和压电陶瓷片2的另一个电极连接，
电感L1的另一端与+5V电源连接。
本实施方式，P3.0是单片机C8051F120的数字输入和输出口，这里配置为数字输出口，数字输出口P3.0控制对应的场效应管M变化,经滤波后变位平稳直流,控制室内压电陶瓷片形变，而使玻璃不振动。
具体实施方式三：参见图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的窗用阻尼式抗噪声手动控制装置的区别在于，所述控制单元内部嵌入有控制模块，该控制模块的信号处理过程为：
步骤一：系统初始化：关闭看门狗,设置中断优先级,设置使用内部晶振或外部晶振,设置管脚P3.0,设置定时器为PWM工作方式,设置交叉开关使定时器从管脚P3.0输出,使管脚AIN0.0为单端输入方式,用以接收电压调节单元输出的电压信号，执行步骤二；
步骤二：从管脚AIN0.0读取电压调节单元输出的电压信号VIN1，执行步骤三；
步骤三：根据电压信号VIN1获得压电陶瓷片2的驱动电压，并根据该驱动电压产生相应占空比的PWM驱动信号，该PWM驱动信号通过管脚P3.0输出，执行步骤四；
步骤四：判断是否接收结束命令，判断结果为是，结束本次控制，判断结果为否，执行步骤二。
本实施方式中，结束命令可以通过C8051F120型单片机的任意一个I/O管脚接收开关量信号。

Claims (2)

1.窗用阻尼式抗噪声手动控制装置，它包括具有电压调节功能的控制器(1)和压电陶瓷片(2)；
压电陶瓷片(2)粘贴在玻璃表面，
所述的具有电压调节功能的控制器(1)用于驱动压电陶瓷片(2)，压电陶瓷片(2)的形变方向为沿平行于玻璃表面的方向，
所述的具有电压调节功能的控制器(1)包括电压调节单元、控制单元和驱动单元，
其中，电压调节单元用于调节输出电压；
控制单元用于采集电压调节单元发送的电压信号，根据该电压信号获得压电陶瓷片(2)的驱动电压，并根据该驱动电压产生相应占空比的PWM驱动信号输出给驱动单元；
驱动单元用于发送驱动信号给压电陶瓷片(2)；
其特征在于，所述的电压调节单元采用可调电阻实现，控制单元采用单片机实现，所述单片机型号为C8051F120型单片机，驱动单元包括场效应管(M1)、电感(L1)和电容C；
可调电阻的一端与C8051F120型单片机的管脚VDD连接，可调电阻的可调端与C8051F120型单片机的管脚AIN0.0连接，C8051F120型单片机的管脚COM与可调电阻的另一端、场效应管(M1)的源极、电容C的一端和压电陶瓷片(2)的一个电极同时连接电源地GND；
C8051F120型单片机的管脚P3.0与场效应管(M1)的栅极连接，场效应管(M1)的漏极同时与电感(L1)的一端、电容C的另一端和压电陶瓷片(2)的另一个电极连接，
电感(L1)的另一端与+5V电源连接。
2.根据权利要求1所述的窗用阻尼式抗噪声手动控制装置，其特征在于，所述控制单元内部嵌入有控制模块，该控制模块的信号处理过程为：
步骤一：系统初始化：关闭看门狗,设置中断优先级,设置使用内部晶振或外部晶振,设置管脚P3.0,设置定时器为PWM工作方式,设置交叉开关使定时器从管脚P3.0输出,使管脚AIN0.0为单端输入方式,用以接收电压调节单元输出的电压信号，执行步骤二；
步骤二：从管脚AIN0.0读取电压调节单元输出的电压信号VIN1，执行步骤三；
步骤三：根据电压信号VIN1获得压电陶瓷片(2)的驱动电压，并根据该驱动电压产生相应占空比的PWM驱动信号，该PWM驱动信号通过管脚P3.0输出，执行步骤四；
步骤四：判断是否接收结束命令，判断结果为是，结束本次控制，判断结果为否，执行步骤二。
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