CN107054210A - 一种新能源汽车的警示音发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车的警示音发生器，包括：MCU模块、CAN通信模块、DA模块、功放模块和扬声器；MCU模块生成具有方波的PWM信号并发送给功放模块，用于进行音量调节；MCU模块将声音数据发送给DA模块，并向DA模块发送工作时间基准信号，用于进行音频控制；DA模块基于声音数据和工作时间基准信号生成音频信号并发送给功放模块。本发明的新能源汽车的警示音发生器，解决了必须依赖语音芯片、增加系统成本的问题，加强了CAN通讯过程中的抗干扰能力，并且音量、音调可根据汽车的状态实时调节，警示效果好，可以减小对外界环境的声音污染。

Description

一种新能源汽车的警示音发生器

技术领域

本发明涉及声音报警技术领域，尤其涉及一种新能源汽车的警示音发生器。

背景技术

现代社会，汽车已经成为人们生活中必不可少的工具，私人汽车和公交汽车方便了人们的出行，汽车正在取代自行车成为人们生活中重要的交通工具。近年来，随着全球空气污染的日渐增强，各国越来越重视环境的保护和空气污染的预防及治理，汽车尾气的排放被认为是空气污染的主要来源之一。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车采用新型发动机驱动，它所发出的声音很微小，并被环境噪声所淹没，这样导致汽车处于一个“静音状态”，即存在新能源汽车的行驶过程中声音较小，不易被行人发现，容易造成交通事故的问题。目前，新能源汽车的警示音发生器使用语音芯片完成声音文件的导入、声音整理存储、声音播放、声音音量等动作。在声音发出过程中需要语音芯片参与发声，语音芯片进行完成对音量和音频的调节输出声音，再经过功放推动扬声器，语音芯片价格昂贵，由于依赖语音芯片则增加了硬件成本。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种新能源汽车的警示音发生器，能够有效地解决上述的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种新能源汽车的警示音发生器，包括：MCU模块、CAN通信模块、DA模块、功放模块和扬声器；所述MCU模块通过所述CAN通信模块与新能源汽车的控制装置连接；所述MCU模块分别与所述DA模块、所述功放模块连接；所述功放模块分别与所述DA模块和所述扬声器连接；所述MCU模块生成具有方波的PWM信号并发送给所述功放模块，所述PWM信号用于进行音量调节；所述MCU模块将声音数据发送给所述DA模块，并向所述DA模块发送工作时间基准信号，所述工作时间基准信号用于进行音频控制；所述DA模块基于所述声音数据和所述工作时间基准信号生成音频信号并发送给所述功放模块。

可选地，包括：电源模块；所述电源模块分别与所述MCU模块、所述CAN通信模块、所述DA模块、所述功放模块连接。

可选地，还包括：存储模块；所述存储模块与所述MCU模块电连接；所述MCU模块将接收到的声音文件转换为声音数组，并存储在所述存储模块中。

可选地，还包括：所述MCU模块通过所述CAN通信模块从新能源汽车的控制装置获取状态信号，所述状态信号包括：刹车信号、加速信号、电机转速和车速信号；所述MCU模块基于所述状态信号从所述存储模块中选取对应的声音数组并发送给所述DA模块。

可选地，还包括：红外探测模块；所述MCU模块和所述红外探测模块电连接；所述红外探测模块检测车辆周边是否有人并输出红外探测信号，所述MCU模块接收到所述红外探测信号并根据所述红外探测信号生成所述PWM信号和所述工作时间基准信号，并从所述存储模块中选取对应的声音数组并发送给所述DA模块。

可选地，还包括：GPS模块；所述GPS模块与所述MCU模块电连接；所述GPS模块向所述MCU模块发送车速和时间信号；环境信号采集模块；所述MCU模块和所述环境信号采集模块电连接；所述环境信号采集模块实时采集外界环境声音的声压信号并发送到所述MCU模块。

可选地，所述MCU模块实时接收所述GPS模块发送的速度信号；当车速满足报警阈值时，所述MCU模块分别从所述GPS模块和所述环境信号采集模块获取所述时间信号和所述声压信号，根据所述时间信号和所述声压信号生成所述PWM信号和所述工作时间基准信号，并从所述存储模块中选取对应的声音数组并发送给所述DA模块。

可选地，所述MCU模块分别从所述GPS模块和所述环境信号采集模块获取所述时间信号和所述声压信号，并对所述时间信号和所述声压信号进行分析；当判断需要降低音量时，所述MCU模块通过调整所述PWM信号和所述工作时间基准信号调节所述扬声器播放的音量和音频。

可选地，在所述MCU模块和所述功放模块之间设置有第一RC整形电路模块；所述MCU模块发送的所述PWM信号通过所述第一RC整形电路模块进行整形后发送到所述功放模块。

可选地，在所述DA模块与所述功放模块之间设置有第二RC整形电路模块，所述DA模块发送的所述音频信号通过所述第二RC整形电路模块进行整形后发送到所述功放模块。

本发明的新能源汽车的警示音发生器，通过将PWM信号发送给功放模块进行音量调节，将声音数据发送给DA模块生成音频信号，向DA模块发送时钟基准信号进行音频控制，解决了必须依赖语音芯片增加系统成本的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的新能源汽车的警示音发生器的一个实施例的模块结构示意图；

图2为本发明的新能源汽车的警示音发生器的另一个实施例的模块结构示意图；

图3为本发明的新能源汽车的警示音发生器的一个实施例的CAN通信模块的电路示意图；

图4为本发明的新能源汽车的警示音发生器的一个实施例的RC整形电路模块的电路示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

下文中的“第一”、“第二”等为描述上相区别，并没有其他特殊的含义。

如图1、2所示，本发明提供一种新能源汽车的警示音发生器，包括：MCU模块11、CAN通信模块16、DA模块12、功放模块13和扬声器14。DA模块12即数字模拟转换模块，MCU模块11通过CAN通信模块16与新能源汽车的控制装置连接，MCU模块11分别与DA模块12、功放模块13连接。功放模块13分别与DA模块12和扬声器14连接，MCU模块11与DA模块12可以通过SPI串行总线等进行连接。

MCU模块11生成具有方波的PWM信号并发送给功放模块13，PWM信号用于进行音量调节。MCU模块11将声音数据发送给DA模块12，并向DA模块12发送工作时间基准信号，工作时间基准信号用于给DA模块12提供时钟频率信号，工作时间基准信号可以为方波信号，进行音频控制。

例如，DA模块12可以有一个时钟输入端，MCU模块11的频率输出引脚向时钟输入端发送工作时间基准信号。DA模块12基于声音数据和工作时间基准信号生成音频信号并发送给功放模块13，由功放模块13驱动扬声器14播放音频信号。电源模块18分别与MCU模块11、CAN通信模块16、DA模块12、功放模块13、CAN外围模块17等连接，提供电源。

上述实施例中的新能源汽车的警示音发生器，具有音量、音频调节功能。功放模块13包含有功放芯片，通过MCU模块11控制功放芯片专有的功率音量控制引脚进行警示音发生器的音量控制。警示音发生器的音量控制方式为PWM方式，PWM方式在功放芯片呈现方式是直流电压的高低，占空比越高则电压越高。

音量调节采用PWM方式对功放芯片的功率输出控制引脚进行模拟电压输出的控制，分辨率可达65536个档位，PWM的信号的方波信号发出后通过RC整形电路模块产生一个近似直流电平，类似于“电位器旋钮”调压方式，可以产生1/65535的细分电压。

警示音发生器的音频调节是对声音输出频率的调节，即控制声音播放的快慢。DA模块12的时钟采用的外部输入的方波信号，MCU模块11通过控制工作时间基准信号（方波信号）的频率控制扬声器14声音播放的快慢。

在CAN通讯硬件系统中提高抗干扰能力和对可能出现的实效模式进行了设计方案预留。MCU模块11把声音文件转成声音数组，并发送给DA模块12播放，播放的音量通过MCU模块11的PWM控制引脚控制功放芯片进行控制，播放的音频信号通过MCU模块11输出方波到DA模块12的系统时钟引脚进行控制。

上述实施例中的新能源汽车的警示音发生器，没有采用专门的语音解码芯片，而是采用软件把语音文件解码后形成声音数组，按照声组对应的数据按照一定的时间间隔，通过CPU的DA把声组数据对应的电压推送到功放模块，进而驱动扬声器发出对应的声音。

上述实施例中的新能源汽车的警示音发生器，解决了原有警示音发生器必须依赖专有语音芯片、增加了系统成本的问题，声音输出方式采用DA转换方式而非传统的PWM方式，音频采用MUC的可编程方波控制，可以进行65536个级别的控制，解决了原有的播放调节容易产生频率的跳变、产生顿挫感的问题。

存储模块15与MCU模块11电连接，MCU模块11将接收到的声音文件转换为声音数组，并存储在存储模块15中。MCU模块11通过一个声音软件把声音文件转化为WAV格式，采样率8k或者16k，把声音文件转化为对应的为系统可识别的数组，数组制作完成后(16bit)放入到掉电不丢失芯片中。存储模块15或MCU模块11将数组发送到DA模块12，DA模块12通过输出声组对应的电压信号，发出预先设置好的警示音。

声音文件会形成一种多次谐波组合的杂乱波形，此谐波用离散的方式按照一定时间的采样率形成一种声音对应数组，简称声组。MCU模块11通过一个声音软件把声音文件转化为WAV格式，采样率8k或者16k，把声音文件转化为对应的为声组。

声组形成的文件往往越大越好，采样率尤为重要，采样率过高数组过大在系统中不容易保存，采样率过低所发出的声音会是失真严重。声组和采样率确认后，把声组对应数字完成经过一次线性系数后完成声组数据与电压信号的对应，进而通过CPU的DA功能脚按照一定时间间隔进行播放。

MCU模块11通过CAN通信模块16从新能源汽车的控制装置获取状态信号，状态信号包括：刹车信号、加速信号、电机转速和车速信号等。MCU模块11基于状态信号从存储模块15中选取对应的声音数组并发送给DA模块12。例如，选取与汽车引擎声音对应的声音数组进行处理、播放，可以模拟汽车在40公里、80公里时速时的发动机不同的声音。

MCU模块11和红外探测模块21电连接。红外探测模块21检测车辆周边是否有人并输出红外探测信号，MCU模块11接收到红外探测信号并根据红外探测信号生成PWM信号和工作时间基准信号，并从存储模块中选取对应的声音数组并发送给DA模块12。

例如，在车头配有红外探测模块，红外探测模块具有红外探头接口，此探测头基于热释电传感器可以通过检测人体特征红外波段10um的信号的强弱来判断是否有行人经过，并且输出红外探测信号。一旦有行人出现热释电传感器的接收范围，热释电就会产生对应的电压信号，即一种红外探测信号，电压信号经过滤波电路去噪提纯，输送到AD采集部分，把热释电采集来的模拟信号转换为数字信号，数字信号进入MCU模块11，进而判断到前方有行人出现，控制发出警示音。

GPS模块22与MCU模块11电连接，GPS模块22向MCU模块11发送车速和时间信号。MCU模块11和环境信号采集模块23电连接，环境信号采集模块23实时采集外界环境声音的声压信号并发送到MCU模块。

MCU模块11实时接收GPS模块22发送的速度信号，当车速满足报警阈值时，MCU模块11分别从GPS模块22和环境信号采集模块23获取时间信号和声压信号，根据时间信号和声压信号生成PWM信号和工作时间基准信号，并从存储模块15中选取对应的声音数组并发送给DA模块12。

MCU模块11分别从GPS模块22和环境信号采集模块23获取时间信号和声压信号，并对时间信号和声压信号进行分析。当判断需要降低音量时，MCU模块11通过调整PWM信号和工作时间基准信号调节扬声器14播放的音量和音频。

MCU模块11通过外界环境声音的声压信号可以判断周边的声音是否嘈杂，如果周边嘈杂或分贝很高则加大音量，如果周边很安静或分贝很小则减小音量，可以避免发生扰民等发生。MCU模块11可以实时监测环境的声压水平，根据周围的声压水平决定新能源汽车行人声音警示装置本身所要发出的声压大小，进而在周围声压平均水平的较小时，发出较小的声压值就能完成行人警示作用。

MCU模块11可以避免一直被动地发出行人警示，根据车辆行驶的环境的声压动态的反馈控制播放的音量，如在吵杂的十字路口可以适当的提高音量，在夜晚安静的小区可以适当的调低音量，配有红外探测用来检测行人是否存在，如果检测到行人则发出警示音，反之则停止发出警示音。MCU模块11对接收到的时间信号和外界噪声信号进行分析，例如，目前是晚上还是白天，外界的噪声是大还是小，根据时间和外界噪声对播放的音量进行确定。

例如，MCU模块11实时接收GPS模块22发送的速度信号，当车速满足报警阈值时，即车速已低于设定的车速阈值时，例如车速大于0同时小于30公里/小时，MCU模块11分别从GPS模块22和环境信号采集模块23获取时间信息和外界的噪音信息，根据时间信息和外界的噪音信息确定播放声音的音量和音频。当判断需要降低音量时，例如，外界的噪音变低或者时间更晚了，则降低播放声音的音量和音频等。

如图3所示，CAN通信模块16中采用了MC33901系列芯片, MC33901系列芯片是飞思卡尔最新出的CAN芯片。在芯片的外围电路中采用防共模干扰电路和高频滤除电路。在CAN通信模块16中采用了最新的芯片去掉了共模电感带来的增加的成本负担。

飞思卡尔MC33901系列芯片是一个高性价比收发器，专门针对标准CAN高速应用，用于将数字协议信息转换成模拟CAN通信，可以为汽车应用提供内置收发器显性超时功能、物理接口连接MCU的CAN协议控制器和CAN总线的物理双线等。

在MCU模块11和功放模块13之间设置有第一RC整形电路模块，MCU模块11发送的PWM信号通过第一RC整形电路模块进行整形后发送到功放模块13。在DA模块12与功放模块13之间设置有第二RC整形电路模块，DA模块12发送的音频信号通过第二RC整形电路模块进行整形后发送到功放模块13。第一RC整形电路模块和第一RC整形电路模块的电路可以相同，例如都为如图4所示的RC整形电路。

上述实施例提供的新能源汽车的行人声音警报装置，通过将PWM信号发送给功放模块进行音量调节，将声音数据发送给DA模块，向DA模块发送时钟基准信号进行音频控制，解决了必须依赖语音芯片增加系统成本的问题，加强了CAN通讯过程中的抗干扰能力，并且音量、音调可根据汽车的状态实时调节，警示效果好，并可以减小对外界环境的声音污染。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种新能源汽车的警示音发生器，其特征在于，包括：

MCU模块、CAN通信模块、DA模块、功放模块和扬声器；

所述MCU模块通过所述CAN通信模块与新能源汽车的控制装置连接；所述MCU模块分别与所述DA模块、所述功放模块连接；所述功放模块分别与所述DA模块和所述扬声器连接；所述MCU模块生成具有方波的PWM信号并发送给所述功放模块，所述PWM信号用于进行音量调节；所述MCU模块将声音数据发送给所述DA模块，并向所述DA模块发送工作时间基准信号，所述工作时间基准信号用于进行音频控制；所述DA模块基于所述声音数据和所述工作时间基准信号生成音频信号并发送给所述功放模块。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

电源模块；所述电源模块分别与所述MCU模块、所述CAN通信模块、所述DA模块、所述功放模块连接。

3.如权利要求1所述的警示音发生器，其特征在于，还包括：

存储模块；所述存储模块与所述MCU模块电连接；所述MCU模块将接收到的声音文件转换为声音数组，并存储在所述存储模块中。

4.如权利要求3所述的警示音发生器，其特征在于，还包括：

所述MCU模块通过所述CAN通信模块从新能源汽车的控制装置获取状态信号，所述状态信号包括：刹车信号、加速信号、电机转速和车速信号；

所述MCU模块基于所述状态信号从所述存储模块中选取对应的声音数组并发送给所述DA模块。

5.如权利要求3所述的警示音发生器，其特征在于，还包括：

红外探测模块；所述MCU模块和所述红外探测模块电连接；所述红外探测模块检测车辆周边是否有人并输出红外探测信号，所述MCU模块接收到所述红外探测信号并根据所述红外探测信号生成所述PWM信号和所述工作时间基准信号，并从所述存储模块中选取对应的声音数组并发送给所述DA模块。

6.如权利要求3所述的警示音发生器，其特征在于，还包括：

GPS模块；所述GPS模块与所述MCU模块电连接；所述GPS模块向所述MCU模块发送车速和时间信号；环境信号采集模块；所述MCU模块和所述环境信号采集模块电连接；所述环境信号采集模块实时采集外界环境声音的声压信号并发送到所述MCU模块。

7.如权利要求6所述的警示音发生器，其特征在于，

所述MCU模块实时接收所述GPS模块发送的速度信号；

当车速满足报警阈值时，所述MCU模块分别从所述GPS模块和所述环境信号采集模块获取所述时间信号和所述声压信号，根据所述时间信号和所述声压信号生成所述PWM信号和所述工作时间基准信号，并从所述存储模块中选取对应的声音数组并发送给所述DA模块。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述MCU模块分别从所述GPS模块和所述环境信号采集模块获取所述时间信号和所述声压信号，并对所述时间信号和所述声压信号进行分析；

当判断需要降低音量时，所述MCU模块通过调整所述PWM信号和所述工作时间基准信号调节所述扬声器播放的音量和音频。

9.如权利要求1所述的警示音发生器，其特征在于，还包括：

在所述MCU模块和所述功放模块之间设置有第一RC整形电路模块；所述MCU模块发送的所述PWM信号通过所述第一RC整形电路模块进行整形后发送到所述功放模块。

10.如权利要求1所述的警示音发生器，其特征在于，还包括：

在所述DA模块与所述功放模块之间设置有第二RC整形电路模块，所述DA模块发送的所述音频信号通过所述第二RC整形电路模块进行整形后发送到所述功放模块。