CN106162440A - 智能喇叭控制器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种智能喇叭控制器，其包括单片机，以及与单片机分别相连的压力信号的采集与放大电路、单片机电路、电源电路、喇叭驱动电路、测速与定位装置。本发明的用途在于改变喇叭的单一发声模式，通过辨识驾驶员的操作在城市路段降噪、在紧急情况时发出音量大且具有穿刺力的声音；本发明用于降噪和预警，提高了喇叭的使用寿命，具有实用性和适应性等优点。

Description

智能喇叭控制器

技术领域

本发明涉及一种车用喇叭控制装置和方法，根据驾驶员的操作情况和采集的交通情况发出不同音量、频率的鸣笛声。

背景技术

我国驾驶员喇叭的使用习惯普遍较差，城市安静和喇叭寿命无法得到保证，具已有统计数据喇叭技术要求的耐久区间(平均10万秒)尚不满足99％置信区间下全国用户的喇叭耐久18.48万秒的需求，有很大的可能会在使用中喇叭耐久不良损坏。并且用户在短时间内多次鸣响是造成喇叭线圈发热量大、线圈损坏的重要原因。

现存的汽车喇叭都只有一种发音模式，大卡车一般配备音量大、穿刺力强的喇叭；小型机动车配备的喇叭则相比音量较为舒缓。但是，这种按照体积配备不同规格的喇叭的方式，一般只有一种发声模式，不能结合真实的交通环境和驾驶员的操作控制喇叭的发声。

基于噪声方面考虑，这很大程度上加重了城市路段乱鸣笛的影响，同时也让司机因这一习惯遭到违章处罚，对司机和城市环境两方面都有负面影响

基于安全方面考虑，这同时让一些小型车在紧急情况下无法迅速提示其他驾驶者。

为了实现增加喇叭使用寿命、在城市路段减少噪音、在紧急情况下加强预警，有必要设计一种智能喇叭控制器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种可实现汽车鸣笛策略控制的汽车喇叭的智能喇叭控制器。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的智能喇叭控制器，其包括单片机，以及与单片机分别相连的压力信号的采集与放大电路、单片机电路、电源电路、喇叭驱动电路、测速与定位装置。

所述的压力信号的采集与放大电路，包括压敏电阻全桥和与之连接的信号放大电路，其中：压敏电阻全桥采用BF350芯片，其以电压信号的形式传输给信号放大电路放大，放大的信号经OUT口输出；信号放大电路采用INA333仪表放大芯片。

所述的单片机电路，包括单片机启动开关、晶体震荡电路和STC12C5A60S2芯片，其中：单片机启动开关与RESET引脚相连，控制STC12C5A60S2芯片的开关，晶体震荡电路提供工作所需的时钟信号，控制STC12C5A60S2芯片的工作速度。

所述的电源电路，包括以电信号相连的变压器、整流桥、滤波电容、加速电路、buck降压电路、MOS管驱动电路、稳压电路。

所述的buck降压电路，主要由buck降压电路开关部分、buck降压电路储能与滤波部分组成，其中：buck降压电路开关部分采用MOS管CSD19535，buck降压电路储能与滤波部分由电感和电容形成的LC电路组成。

所述的喇叭驱动电路，包括以电信号相连的加速电路、MOS管驱动电路、MOS管开关电路和缓冲二极管。

所述的MOS管驱动电路，采用IR2104S芯片。MOS管开关电路使用N-MOS管，进一步优选采用IRF540。

本发明提供的上述智能喇叭控制器，其用途是：在实现增加喇叭使用寿命、在城市路段减少噪音或在紧急情况下加强预警中的应用。

本发明智能喇叭控制器应用时，压力信号的采集与放大电路采集驾驶员按动操作，配合测速与定位电路提供的速度和位置信息，用单片机匹配合适的工作模式，并通过控制电源电路、喇叭驱动电路，实现对电信号幅值和频率的调控，控制喇叭的发声。

所述的工作模式，是根据采集的速度、地理、按动信息，进行交通情况分类，包括：速度分为高速和中低速，地理位置分为城市路段和高速路段，按动信息分为单次轻按、单次重按、连续按压的情况，所对应的喇叭发声有低声、正常声、高声、尖锐高声四种发声模式，进而降低不必要时鸣笛声带来噪声污染、在紧急情况下发出大音量刺耳的鸣笛声预警、其他情况下正常发声，实现鸣笛的智能控制。

本发明与现有技术相比具有以下主要的有益效果：

1、在交通情况不紧急的情况下，能够控制供电电压实现喇叭发声音量和音调下降，并且杜绝短时间内多次鸣响，增加喇叭使用寿命；

2、无需驾驶员手动选择发声模式，只需驾驶员按照自身的情况按动压力传感器，加上GPS和测速编码器收集的信息，可以自动匹配模式并发声、不需要增加驾驶员的操作量；

3、所采用的测速编码器都是每一个车辆自带的，无需附加成本；如果车辆自带GPS导航仪，那么也无需附加GPS的成本；

4、可以降低生活中绝大部分不必要的来自于交通工具的喇叭鸣笛带来的噪声，改善城市生活环境，其次是在紧急的交通情况下改变小型交通工具的鸣笛策略，更有效的提醒其它的交通参与者，从而实现在城市路段减少噪音、在紧急情况下加强预警，有利于好的交通环境的构建；

5、结构合理，使用便捷，且成本较低。

附图说明

图1为本发明智能喇叭控制器的电路原理框图。

图2为本发明智能喇叭控制器的工作流程图。

图3为本发明智能喇叭控制器中压力信号的采集与放大电路的原理图。

图4为本发明智能喇叭控制器中单片机电路的原理图。

图5为本发明智能喇叭控制器中电源电路的原理图。

图6为本发明智能喇叭控制器中喇叭驱动电路的原理图。

图7为本发明智能喇叭控制器中测速与定位装置的结构示意图。

图中：1.压敏电阻全桥：2.信号放大电路：3.单片机启动开关；4.晶体震荡电路：5.测速编码器：6.GPS：7.变压器：8.整流桥：9.滤波电容：10.MOS管驱动电路：11.buck降压电路开关部分：12.第一加速电路：13.buck降压电路储能与滤波部分：14.稳压电路；15.MOS管驱动电路：16.第二加速电路：17.MOS管开关电路：18.缓冲二极管。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步阐述。

本发明提供的智能喇叭控制器，其结构如图1所示，包括单片机，以及与单片机分别相连的压力信号的采集与放大电路、单片机电路、电源电路、喇叭驱动电路、测速与定位装置。压力信号的采集与放大电路采集驾驶员按动操作，配合测速与定位电路提供的速度和位置信息，用单片机匹配合适的模式。并通过控制电源电路、喇叭驱动电路。实现对电信号幅值和频率的调控，控制喇叭的发声。

所述的压力信号的采集与放大电路，其结构如图3所示，包括压敏电阻全桥1和与之连接的信号放大电路2，其中：压敏电阻全桥1用于采集压力信号，以电压信号的形式传输给信号放大电路2放大，放大的信号经OUT口输出。压敏电阻全桥即压力传感器使用BF350芯片，精度高且自带温度补偿，价格低廉单片售价2元左右。可以很好的实现驾驶员按动信息的感知。信号放大电路2可以采用有很好的线性度的INA333仪表放大芯片，功耗低且零漂移，对压力传感器产生的微弱的电信号放大具有良好的效果，且避免了复杂电路的搭建。

所述的单片机电路，其结构如图4所示，包括单片机启动开关3、晶体震荡电路4和STC12C5A60S2芯片，其中：单片机启动开关3与RESET引脚相连，控制STC12C5A60S2芯片的开关，晶体震荡电路4提供工作所需的时钟信号，控制STC12C5A60S2芯片的工作速度。STC12C5A60S2芯片属于低端芯片成本低廉，但足够完成所需要的控制；该芯片的存储器内存储编写的工作模式程序，通过P10获取OUT引脚提供的信号；P00、P01获取测速编码器提供的信号；P20、P21获取GPS提供的信号；PWM1、PWM2向外输出处理结果。

所谓工作模式，是根据采集的速度、地理、按动信息，进行交通情况分类。速度分为高速和中低速、地理位置分为城市路段和高速路段、按动信息分为单次轻按、单次重按、连续按压的情况。所对应的喇叭发声有低声、正常声、高声、尖锐高声四种发声模式。可以降低不必要时鸣笛声带来噪声污染、在紧急情况下发出大音量刺耳的鸣笛声预警、其他情况下正常发声，实现鸣笛的智能控制。

所述的电源电路，其结构如图5所示，包括以电信号相连的变压器7、整流桥8、滤波电容9、MOS管驱动电路10、buck降压电路开关部分11、第一加速电路12、buck降压电路储能与滤波部分13、稳压电路14，其中：变压器7原边连接220V交流市电副边输出12V交流电，该交流电通过整流桥8和滤波电容9得到12V直流电，该直流电在测试时使用；在车载装置内汽车电瓶直接提供12V直流电；12V直流电通过稳压电路14获得5V的直流电供装置中所有芯片工作使用；12V直流电还通过buck降压电路开关部分11和buck降压电路储能与滤波部分13组成的buck降压电路输出电压可调的Vadj；MOS管驱动电路10受PWM2控制，由MOS管驱动电路10控制buck降压电路开关部分11工作。第一加速电路12能够改善buck降压电路开关部分11的开关性能，提高开关的稳定性和可靠性。buck降压电路开关部分11由MOS管CSD19535组成，导通阻抗仅3.4毫欧，损耗低，使能量利用效率高且最大工作温度175摄氏度，可以应对车辆内部的高温环境。

所述的MOS管驱动电路10，由IR2104S芯片组成，受PWM2控制，向buck降压电路开关部分11提供驱动信号，其中：PWM2控制IR2104S芯片引脚HO和LO通过第一加速电路12向buck降压电路开关部分11提供驱动信号，控制其开通和关断

所述的第一加速电路12，由限流电阻和加速电容组成，其中：其中限流电阻用来限制MOS管栅极寄生电容充电电流，加速电容用于加速buck降压电路开关部分11的开关过程，提高控制精度。

所述的buck降压电路储能与滤波部分13，由电感和电容形成的LC电路组成，其中电感具有保持电流连续、控制电流纹波系数的作用、电容保证输出电压近似恒定。配合buck降压电路开关部分11构成buck降压电路，提供满足要求的Vadj信号。

所述的喇叭驱动电路，其结构如图6所示，包括以电信号相连的MOS管驱动电路15、第二加速电路16、MOS管开关电路17和缓冲二极管18，其中：MOS管驱动电路15受PWM1控制，来控制MOS管开关电路17的工作，加速电路16能够改善制MOS管开关电路17的开关性能，提高开关的稳定性和可靠性。MOS管开关电路17受MOS管驱动电路15和可调电压Vadj的控制，配合缓冲二极管18向喇叭输出工作信号，使Vadj控制喇叭的音量、MOS管开关电路17控制喇叭的音调。

所述的MOS管驱动电路15，由IR2104S芯片组成，受PWM1控制，向MOS管开关电路17提供驱动信号，其中：PWM1控制IR2104S芯片通过HO和LO通过第二加速电路16向MOS管开关电路17提供驱动信号，控制其开通和关断。MOS管开关电路17使用N-MOS管；本例中优选采用IRF540，此型号产品价格低廉，且自带反并联二极管，可防止反向击穿。

所述的第二加速电路16，由限流电阻和加速电容组成，其中：其中限流电阻用来限制MOS管栅极寄生电容充电电流，加速电容用于加速MOS管开关电路17的开关过程，提高控制精度。

所述的测速与定位装置，由车辆自身携带，如图7所示，包括测速编码器5、GPS 6，其中：测速编码器5通过P00、P01向STC12C5A60S2芯片输入速度信息。GPS 6通过P20、P21向STC12C5A60S2芯片输入位置信息，供单片机匹配模式。

本实施例提供的智能喇叭控制器，是将机动车喇叭的按动结合压力传感器进行使用，这样，在城市内遇到紧急情况时，该智能喇叭控制器通过辨识驾驶员的操作进行紧急处理，使用压力传感器可以感受到驾驶员在紧张时或者遇到紧急情况时按键的操作(感知力度和频率)基于此来进行发声。该智能喇叭控制器的压敏电阻部分安装在原有车辆喇叭按键的位置。压敏电阻部分采用电阻应变片BF350，用于采集驾驶员的按动信息，在启动所述智能喇叭控制器之前，需拨下单片机启动开关3，才能开始进行工作。

本发明提供的智能喇叭控制器，如图2所示，其具体工作过程如下：

1.采集信息：

驾驶员根据交通情况按动应变片BF350，并且单片机通过GPS和测速编码器在不按动应变片BF350的情况下，分时读取速度信息和地理信息。以供模式匹配使用，并且节约STC12C5A60S2的片内资源，获得节约成本的优势。

2.模式匹配：

根据采集的速度、地理、按动信息，根据内置程序进行交通情况分类。速度分为高速和中低速、地理位置分为城市路段和高速路段、按动信息分为单次轻按、单次重按、连续按压的情况。所对应的喇叭发声有低声、正常声、高声、尖锐高声四种发声模式。在中低城市路段单次轻按的情况下发出低声；在高速城市路段单次轻按、高速高速路段单次轻按、中低速城市路段单次重按、中低速高速路段单次重按的情况下发出正常声；在高速城市路段单次重按高速高速路段单次重按、中低速城市路段连续按压的情况下发出高声；在高速高速路段连续按压、中低速高速路段连续按压的情况下发出尖锐高声；其中由Vadj控制喇叭发声音量、MOS管开关电路17控制喇叭发声音调

3.喇叭发声：

喇叭使用随频喇叭，把获得的电压信号加给随频喇叭，随频喇叭的优点是其中包含的闭环反馈系统保证了电子振动器的频率永远在喇叭的固有频率附近，实现类似于蜂鸣器的控制效果，实现喇叭可以忽视环境变化，并且按照所加的电压信号正常地稳定的工作发声，实现发出音量音调可调的鸣笛声。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的描述，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能喇叭控制器，其特征是包括单片机，以及与单片机分别相连的压力信号的采集与放大电路、单片机电路、电源电路、喇叭驱动电路、测速与定位装置。

2.根据权利要求1所述的智能喇叭控制器，其特征在于所述的压力信号的采集与放大电路，包括压敏电阻全桥和与之连接的信号放大电路，其中：压敏电阻全桥采用BF350芯片，其以电压信号的形式传输给信号放大电路放大，放大的信号经OUT口输出；信号放大电路采用INA333仪表放大芯片。

3.根据权利要求1所述的智能喇叭控制器，其特征在于所述的单片机电路，包括单片机启动开关、晶体震荡电路和STC12C5A60S2芯片，其中：单片机启动开关与RESET引脚相连，控制STC12C5A60S2芯片的开关，晶体震荡电路提供工作所需的时钟信号，控制STC12C5A60S2芯片的工作速度。

4.根据权利要求1所述的智能喇叭控制器，其特征在于所述的电源电路，包括以电信号相连的变压器、整流桥、滤波电容、加速电路、buck降压电路、MOS管驱动电路、稳压电路。

5.根据权利要求4所述的智能喇叭控制器，其特征在于所述的buck降压电路，主要由buck降压电路开关部分、buck降压电路储能与滤波部分组成，其中：buck降压电路开关部分采用MOS管CSD19535，buck降压电路储能与滤波部分由电感和电容形成的LC电路组成。

6.根据权利要求1所述的智能喇叭控制器，其特征在于所述的喇叭驱动电路，包括以电信号相连的加速电路、MOS管驱动电路、MOS管开关电路和缓冲二极管。

7.根据权利要求6所述的智能喇叭控制器，其特征在于所述的MOS管驱动电路采用IR2104S芯片，MOS管开关电路采用IRF540。

8.权利要求1至7中任一所述智能喇叭控制器的用途，其特征是在实现增加喇叭使用寿命、在城市路段减少噪音或在紧急情况下加强预警中的应用。

9.根据权利要求8所述智能喇叭控制器的用途，其特征在于：压力信号的采集与放大电路采集驾驶员按动操作，配合测速与定位电路提供的速度和位置信息，用单片机匹配合适的工作模式，并通过控制电源电路、喇叭驱动电路，实现对电信号幅值和频率的调控，控制喇叭的发声。

10.根据权利要求8所述智能喇叭控制器的用途，其特征在于所述的工作模式，是根据采集的速度、地理、按动信息，进行交通情况分类，包括：速度分为高速和中低速，地理位置分为城市路段和高速路段，按动信息分为单次轻按、单次重按、连续按压的情况，所对应的喇叭发声有低声、正常声、高声、尖锐高声四种发声模式，进而降低不必要时鸣笛声带来噪声污染、在紧急情况下发出大音量刺耳的鸣笛声预警、其他情况下正常发声，实现鸣笛的智能控制。