CN110221628A - 一种单片机控制随声源自动移动的话筒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单片机控制随声源自动移动的话筒，包括话筒、与话筒连接的声源接收系统、与声源接收系统连接的单片机控制系统、与单片机控制系统连接的电机系统、与电机系统及话筒连接的转动系统、支架装置和电源，所述支架装置包括用于支撑话筒、声源接收系统、单片机控制系统、与电机系统及转动系统的支撑架、与支撑架底部连接的伸缩杆和与伸缩杆连接的吸盘；解决现有技术中人在用话筒讲话时由于身体活动导致话筒无法正对人的口部造成音响中的声音时断时续的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种话筒，尤其涉及一种单片机控制随声源自动移动的话筒。
背景技术
话筒是人们演讲、汇报时经常用到的机器，在桌子上放的话筒是正式场合讲课、演说时最常用的话筒。这种话筒当人的口部与话筒前部对的不准时，话筒经常会无法收集到人的声音。而人们在讲话时口部的位置易发生移动，有时是演讲到兴奋处身体情不自禁的发生移动，有时是演讲人与台下互动时频繁转头、抬头造成口部位置发生移动，当口部位置移动时，口部无法正对话筒前部，会使得经话筒收集并通过音响放大后的人声断断续续，
因此，有必要对现有技术改进以解决上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单片机控制随声源自动移动的话筒，解决现有技术中人在用话筒讲话时话筒无法正对人的口部造成音响中的声音时断时续的技术问题。具体而言通过以下技术方案实现：
设计的一种单片机控制随声源自动移动的话筒，包括话筒、与话筒连接的声源接收系统、与声源接收系统连接的单片机控制系统、与单片机控制系统连接的电机系统、与电机系统及话筒连接的转动系统、支架装置和电源，话筒可以使用普通的电容式话筒，在人说话时，话筒朝向人口部的方向为话筒的前方，反之为后方，所述支架装置包括用于支撑话筒、声源接收系统、单片机控制系统、与电机系统及转动系统的支撑架、与支撑架底部连接的伸缩杆和与伸缩杆连接的吸盘，支架装置可以使用普通的可弯折的钢支架装置，吸盘可以用普通的塑料膜吸盘，伸缩杆及吸盘可以在桌子表面不光滑时，将整个装置放在桌子上，伸缩杆处于收缩状态，此时吸盘紧贴支撑架底部，整个装置可以放置在桌子上，当桌子表面光滑时，可以在装置放在桌子上后用力压吸盘，使吸盘吸在光滑的桌面上，之后伸缩杆收缩，吸盘将整个装置吸附在桌子上，使整个装置与桌面的接触更加紧密，放置转动系统转动时装置倾倒；所述声源接收系统包括设置在话筒后部的固定板、设置在固定板上的3个以上的麦克和与麦克连接的聚音装置，所述固定板设置为多孔木质板，所述麦克与话筒的距离相等且每个麦克之间的距离相等，多孔木板可以吸收声音，防止固定板将声音反射影响麦克，聚音装置可以采用漏斗状的金属板，聚音装置将声源发出的声音聚集到麦克中，可以过滤演讲时台下的声音，也可以防止人在讲话时声音小导致麦克接收不到声音，发不了声音信号；所述电机系统用于控制转动系统转动；所述转动系统包括用于控制话筒水平方向转动的水平旋转系统和用于控制话筒垂直方向转动的垂直旋转系统，转动系统可以使用现有技术中的万向节；所述单片机控制系统用于当每个麦克接收声音的时间不同时，控制电机系统转动，进而控制话筒向接收声音时间早的麦克所在的方向转动，直至话筒转动至每个麦克接收声音的时间相同，此时话筒前方正对着人的口部，单片机控制系统可以采用现有技术中的凌阳61单片机或C8051F330单片机，将单片机与电机系统及麦克连接，麦克接收声音信号，单片机计时并控制电机系统旋转。
进一步，所述电机系统包括电机I和电机II；所述水平旋转系统包括与电机I连接的齿轮I和上表面与水平面平行且下表面设置有轮齿的转盘，电机I带动齿轮I转动，所述轮齿与齿轮I啮合；所述垂直旋转系统包括与电机II连接的齿轮II、与水平面垂直设置的齿轮III和与齿轮III及话筒连接的连杆，电机II带动齿轮II转动，齿轮III的中轴线与水平面平行，连杆可以与齿轮III固定连接，也可与齿轮III可拆卸式连接，方便更换话筒，可以将麦克与连杆连接，所述齿轮II与齿轮III啮合；所述齿轮III的中轴线与转盘铰接；所述连杆侧面设置有固定条；所述固定板上设置有固定槽和夹子，固定槽可以与固定条卡合，控制固定板可以沿连杆的轴向移动但不能绕圆杆的轴转动，所述夹子用于当夹子处于夹紧状态时固定固定板与连杆的位置，当夹子出于放松状态时，固定块与固定条用于控制固定板可沿连杆轴向移动，夹子与连杆接触的一面可以设置橡胶垫，由于不同的人说话声音大小不同，在遇到说话声音较小的人时，可以将固定板移向并用夹子固定在距离话筒较近的位置，反之，可以将固定板移向并固定在远离话筒的位置。
进一步，所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，还包括与转盘连接的定位弹片，所述定位弹片用于当电机II不转动时控制齿轮III与转盘的相对位置不变，定位弹片可以设置为“V”字状，使用带弹性的铁片制作，与转盘的上表面或下表面连接。
进一步，所述声音接收系统包括4个麦克，分别设置在话筒的上方、下方、左方及右方，四个麦克可以更加准确的定位声源发出的位置。
进一步，所述单片机控制系统包括用于测量每个麦克接收声音时间的接收单片机、用于控制电机系统转动的控制单片机、与接收单片机连接的无线发射模块和与控制单片机连接的无线接收模块，接收单片机可以采用现有技术中的C8051F330单片机，控制单片机可以采用现有技术中的C8051F020单片机，C8051F330单片机、C8051F020单片机采用外部晶振24MHz，时钟周期为0.0.42μs，可以将测量4个麦克接收声音的时间差的精度设置为30μs；无线接收模块及无线发射模块均可以设置为nRF2401无线通信模块；采用C8051F330单片机、C8051F020单片机及nRF2401无线通信模块既可以满足本装置的功能，又可以降低成本。
进一步，所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，还包括设置在声音接收系统与单片机控制系统之间的信号放大模块和滤波模块，所述信号放大模块用于放大麦克接收的声音信号，信号放大模块可采用普通的三极管放大电路对声音信号进行10倍放大，所述滤波模块用于去除杂音信号，滤波模块可以采用现有技术中的二阶高通和低通电路，设置的通带频率为1.7kHz至2.7kHz，经过信号放大模块和滤波模块后声音信号被整形成方波。
进一步，所述接收单片机设置为凌阳61单片机，所述控制单片机设置为凌阳61单片机，凌阳61单片机可以实现高速运算，且储存空间大，价格低，性价比高。
进一步，所述支架装置固定在桌子上，可以防止电机系统及转动系统转动时使装置翻倒。
本发明的积极有益的技术效果包括：
(1)通过单片机控制话筒转动，使话筒在人说话时始终对准人的口部，防止人在说话时因身体移动造成话筒与口部对的不准导致经话筒放大后的音响中人声时断时续；
(2)采用凌阳61单片机，价格低廉，运算速度快，储存空间大，性价比高；
(3)整个装置结构简单，制作方便，易于工业化生产；
本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例进行进一步的说明。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明与桌子的立体图；
图2为本发明1:2放大后的立体图；
图3为本发明A部位1:2放大后的后视立体图；
图4为本发明的的信号图；
图中，1、话筒；2、支架装置；3、麦克；4、电机I；5、电机II；6、齿轮I；7、转盘；8、齿轮II；9、齿轮III；10、连杆；11、定位弹片；12、单片机控制系统；13、桌子；14、接收单片机；15、无线发射模块；16、无线接收模块；17、控制单片机；18、电机系统；19、支撑架；20；伸缩杆；21、吸盘；22、固定板；23、聚音装置；24、固定条；25、夹子。
具体实施方式
实施例：一种单片机控制随声源自动移动的话筒1，如图1-4所示，包括话筒1、与话筒1连接的声源接收系统、与声源接收系统连接的单片机控制系统12、与单片机控制系统12连接的电机系统18、与电机系统18及话筒1连接的转动系统、支架装置2和电源，话筒1可以使用普通的电容式话筒1，在人说话时，话筒1朝向人口部的方向为话筒1的前方，反之为后方，所述支架装置2包括用于支撑话筒1、声源接收系统、单片机控制系统12、与电机系统18及转动系统的支撑架19、与支撑架19底部连接的伸缩杆20和与伸缩杆20连接的吸盘21，支架装置2可以使用普通的可弯折的钢支架，吸盘21可以用普通的塑料膜吸盘，伸缩杆20及吸盘21可以在桌子13表面不光滑时，伸缩杆20处于收缩状态，此时吸盘21紧贴支撑架19底部，整个装置可以放置在桌子13上，当桌子13表面光滑时，可以在装置放在桌子13上后控制伸缩杆20先处于伸长状态，然后用力压吸盘21，使吸盘21吸在光滑的桌面上，之后伸缩杆20收缩，吸盘21将整个装置吸附在桌子13上，使整个装置与桌面的接触更加紧密，放置转动系统转动时装置倾倒，伸缩杆20也可以采用弹簧杆；所述声源接收系统包括设置在话筒1后部的固定板22、设置在固定板22上的3个以上的麦克3和与麦克3连接的聚音装置23，所述固定板22设置为多孔木质板，所述麦克3与话筒1的距离相等且每个麦克3之间的距离相等，多孔木板可以吸收声音，也可以将声音散射，防止固定板22将声音反射影响麦克3及话筒1，聚音装置23可以采用漏斗状的金属板，聚音装置23将声源发出的声音聚集到麦克3中，可以屏蔽演讲时台下的声音，也可以防止人在讲话时声音小导致麦克3接收不到声音，发不了声音信号；所述电机系统18用于控制转动系统转动；所述转动系统包括用于控制话筒1水平方向转动的水平旋转系统和用于控制话筒1垂直方向转动的垂直旋转系统，转动系统可以使用现有技术中的万向节；所述单片机控制系统12用于当每个麦克3接收声音的时间不同时，控制电机系统18转动，进而控制话筒1向接收声音时间早的麦克3所在的方向转动，直至话筒1转动至每个麦克3接收声音的时间相同，此时话筒1前方正对着人的口部，单片机控制系统12可以采用现有技术中的凌阳61单片机或C8051F330单片机，将单片机与电机系统18及麦克3连接，麦克3接收声音信号，单片机计时并控制电机系统18旋转。
本实施例中，所述电机系统18包括电机I4和电机II5；所述水平旋转系统包括与电机I4连接的齿轮I6和上表面与水平面平行且下表面设置有轮齿的转盘7，电机I4带动齿轮I6转动，所述轮齿与齿轮I6啮合；所述垂直旋转系统包括与电机II5连接的齿轮II8、与水平面垂直设置的齿轮III9和与齿轮III9及话筒1连接的连杆10，电机II5带动齿轮II8转动，齿轮III9的中轴线与水平面平行，连杆10可以与齿轮III9固定连接，也可与齿轮III9可拆卸式连接，方便更换话筒1，可以将麦克3与连杆10连接，所述齿轮II8与齿轮III9啮合；所述齿轮III9的中轴线与转盘7铰接；所述连杆10侧面设置有固定条24；所述固定板22上设置有固定槽和夹子25，固定槽可以与固定条24卡合，控制固定板22可以沿连杆10的轴向移动但不能绕圆杆的轴转动，所述夹子25用于当夹子25处于夹紧状态时固定固定板22与连杆10的位置，当夹子25出于放松状态时，固定块与固定条24用于控制固定板22可沿连杆10轴向移动，夹子25与连杆10接触的一面可以设置橡胶垫，由于不同的人说话声音大小不同，在遇到说话声音较小的人时，可以将固定板22移向并用夹子25固定在距离话筒1较近的位置，反之，可以将固定板22移向并固定在远离话筒1的位置，另外，由于空气中的声速是一定的，麦克3之间的位置是固定的、距离是固定的，单片机中的时钟周期也是一定的，通过控制固定板22与人的距离，可以控制麦克3与声源的距离，任意两个麦克3与声源组成的三角形的夹角，进而可以调整装置测量声源到每个麦克3之间的时间差的精度，在声源发出的声音传到所有麦克3的时间都大于单片机一个时钟周期时，距离越近，精度越高，距离越近精度越低。
本实施例中，所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，还包括与转盘7连接的定位弹片11，所述定位弹片11用于当电机II5不转动时控制齿轮III9与转盘7的相对位置不变，定位弹片11可以设置为“V”字状，“V”的尖部与齿轮III9的轮齿接触，可以使用带弹性的铁片制作，定位弹片11与转盘7的上表面或下表面连接。
本实施例中，所述声音接收系统包括4个麦克3，分别设置在话筒1的上方、下方、左方及右方，四个麦克3可以更加准确的定位声源发出的位置。
本实施例中，所述单片机控制系统12包括用于测量每个麦克3接收声音时间的接收单片机14、用于控制电机系统18转动的控制单片机17、与接收单片机14连接的无线发射模块15和与控制单片机17连接的无线接收模块16，接收单片机14可以采用现有技术中的C8051F330单片机，控制单片机17可以采用现有技术中的C8051F020单片机，C8051F330单片机、C8051F020单片机采用外部晶振24MHz，时钟周期为0.0.42μs，可以将测量4个麦克3接收声音的时间差的精度设置为30μs；无线接收模块16及无线发射模块15均可以设置为nRF2401无线通信模块；采用C8051F330单片机、C8051F020单片机及nRF2401无线通信模块既可以满足本装置的功能，又可以降低成本。
本实施例中，所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，还包括设置在声音接收系统与单片机控制系统12之间的信号放大模块和滤波模块，所述信号放大模块用于放大麦克3接收的声音信号，信号放大模块可采用普通的三极管放大电路对声音信号进行10倍放大，所述滤波模块用于去除杂音信号，滤波模块可以采用现有技术中的二阶高通和低通电路，设置的通带频率为1.7kHz至2.7kHz，经过信号放大模块和滤波模块后声音信号被整形成方波。
本实施例中，所述接收单片机14设置为凌阳61单片机，所述控制单片机17设置为凌阳61单片机，凌阳61单片机可以实现高速运算，且储存空间大，价格低，性价比高。
本实施例中，所述支架装置2固定在桌子13上，可以防止电机系统18及转动系统转动时使装置翻倒。
实施过程：人坐在桌子13旁说话身体发生移动时，头部及口部也发生移动，会使原先正对人口部的话筒1不再正对人的口部，此时与话筒1连接的4个麦克3接收声音的时间会产生差别，每个麦克3将声音信号传递给接收单片机14的时间也产生差别，接收单片机14经过测量分析每个麦克3接收声音产生的时间差别，发出信号，并通过无线发射模块15将信号发给无线接收模块16，无线接收模块16将信号传递给接收单片机14，接收单片机14处理信号后，控制电机旋转，进而控制齿轮I6转动、转盘7转动、齿轮II8转动、齿轮III9转动，进而控制与转动系统连接的话筒1向接收声音时间早的麦克3所在的方向转动，话筒1又带动麦克3转动，直至每个麦克3接收时间相同，话筒1停止转动，此时话筒1正对人的口部。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：包括话筒、与话筒连接的声源接收系统、与声源接收系统连接的单片机控制系统、与单片机控制系统连接的电机系统、与电机系统及话筒连接的转动系统、支架装置和电源，所述支架装置包括用于支撑话筒、声源接收系统、单片机控制系统、与电机系统及转动系统的支撑架、与支撑架底部连接的伸缩杆和与伸缩杆连接的吸盘；
所述声源接收系统包括设置在话筒后部的固定板、设置在固定板上的3个以上的麦克和与麦克连接的聚音装置，所述固定板设置为多孔木质板，所述麦克与话筒的距离相等且每个麦克之间的距离相等；所述电机系统用于控制转动系统转动；所述转动系统包括用于控制话筒水平方向转动的水平旋转系统和用于控制话筒垂直方向转动的垂直旋转系统；所述单片机控制系统用于当每个麦克接收声音的时间不同时，控制电机系统转动，电机系统控制转动系统转动，转动系统控制话筒向接收声音时间早的麦克所在的方向转动。
2.如权利要求1所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：所述电机系统包括电机I和电机II；所述水平旋转系统包括与电机I连接的齿轮I和上表面与水平面平行且下表面设置有轮齿的转盘，所述轮齿与齿轮I啮合；所述垂直旋转系统包括与电机II连接的齿轮II、与水平面垂直设置的齿轮III和与齿轮III及话筒连接的连杆，所述齿轮II与齿轮III啮合；所述齿轮III的中轴线与转盘铰接；所述连杆侧面设置有固定条；所述固定板上设置有固定槽和夹子，所述夹子用于当夹子处于夹紧状态时固定固定板与连杆的位置，当夹子出于放松状态时，固定块与固定条用于控制固定板可沿连杆轴向移动。
3.如权利要求2所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：还包括与转盘连接的定位弹片，所述定位弹片用于当电机II不转动时控制齿轮III与转盘的相对位置不变。
4.如权利要求3所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：所述声音接收系统包括4个麦克，分别设置在话筒的上方、下方、左方及右方。
5.如权利要求4所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：所述单片机控制系统包括用于测量每个麦克接收声音时间的接收单片机、用于控制电机系统转动的控制单片机、与接收单片机连接的无线发射模块和与控制单片机连接的无线接收模块。
6.如权利要求5所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：还包括设置在声音接收系统与单片机控制系统之间的信号放大模块和滤波模块，所述信号放大模块用于放大麦克接收的声音信号，所述滤波模块用于去除杂音信号。
7.如权利要求6所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：所述接收单片机设置为凌阳61单片机，所述控制单片机设置为凌阳61单片机。
8.如权利要求7所述的单片机控制随声源自动移动的话筒，其特征在于：所述支架装置固定在桌子上。
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