CN112289291A - 一种蜂鸣装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜂鸣装置及其控制方法，其中第一三极管的基极通过第一电阻和第二电阻和第二三极管的基极连接，第一三极管的发射极和第二三极管的发射极分别接地，第二三极管的集电极和第三三极管的基极连接，第三三极管的发射极和蜂鸣装置的供电端连接，第三三极管的集电极通过第三电阻和第一三极管的集电极连接，蜂鸣器跨接在第三电阻的两端，且蜂鸣器连接于第三三极管的集电极和第三电阻之间的一端通过第四电阻和第一电容接地，单片机的信号输出端口连接于第一电阻和第二电阻之间，且单片机的信号输出端口可输出高电平信号、PWM信号和低电平信号，其结构简单，可提高蜂鸣器谐振发声的稳定性。

Description

一种蜂鸣装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及蜂鸣器技术领域，尤其涉及一种蜂鸣装置及其控制方法。

背景技术

相关技术中，蜂鸣器，是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作为发声器件。

目前市场上关于蜂鸣器和弦音算法一般采取简单“双IO”控制的压电式蜂鸣器和弦音控制算法，但是存在成本较高、音色简单、且蜂鸣器谐振发声不均匀和稳定等问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有相关技术中存在的问题之一，为此，本发明的一个目的在于提出一种蜂鸣装置，其结构简单，可提高蜂鸣器谐振发声的稳定性。

上述的目的是通过如下技术方案来实现的：

一种蜂鸣装置，包括单片机、蜂鸣器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和二极管，其中第一三极管的基极通过第一电阻和第二电阻和第二三极管的基极连接，第一三极管的发射极和第二三极管的发射极分别接地，第二三极管的集电极和第三三极管的基极连接，第三三极管的发射极和蜂鸣装置的供电端连接，第三三极管的集电极通过第三电阻和第一三极管的集电极连接，蜂鸣器跨接在第三电阻的两端，且蜂鸣器连接于第三三极管的集电极和第三电阻之间的一端通过第四电阻和第一电容接地，单片机的信号输出端口连接于第一电阻和第二电阻之间，且单片机的信号输出端口可输出高电平信号、PWM信号和低电平信号，蜂鸣器的供电端口连接于第四电阻和第一电容之间，二极管的正极连接于第二电阻和第二三极管的基极之间并且通过第二电容接地，负极连接于第一电阻和第二电阻之间。

在一些实施方式中，还包括第五电阻、第六电阻和第七电阻，其中第五电阻连接于第二电阻和第二三极管的基极之间，第六电阻连接于第二三极管的集电极和第三三极管的基极之间，第七电阻连接于第三电阻和第一三极管的集电极之间。

在一些实施方式中，还包括第八电阻，第八电阻连接于第三三极管的基极和发射极之间。

本发明的另一个目的在于提出一种蜂鸣装置的控制方法，其设计合理，可提高蜂鸣器谐振发声的稳定性。

上述的目的是通过如下技术方案来实现的：

一种蜂鸣装置的控制方法，应用于如上述所述的蜂鸣装置，包括如下步骤：

S101，设置蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量N；

S102，设置单片机的信号输出端口输出的高电平信号次数及高电平信号时间；

采集第二电容上的实时输入电压值VCC_AD并计算实时模数转换值AD，并且采集第二电容的累计充电次数；

S103，判断实时模数转换值AD是否大于或者等于预设模数转换值，并且累计充电次数是否大于或者等于高电平信号次数，若是，则进入步骤S104，若否，则返回步骤S102；

S104，根据实时输入电压值VCC_AD设置单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期T_PWM和PWM占空比DUTY_PWM；

S105，控制单片机的信号输出端口输出低电平信号，关闭蜂鸣器；

S106，结束。

在一些实施方式中，和弦音组合数量N为2至10的偶数。

在一些实施方式中，按照如下公式获得实时模数转换值AD：

AD＝(VCC_AD/5V)*1024。

在一些实施方式中，步骤S104中包括如下步骤：

若0＜AD≤(1000*2/N)，则：

T_PWM＝2Khz*N，DUTY_PWM＝1000*(N-2)/N；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

在一些实施方式中，步骤S104中包括如下步骤：

若(1000*(N-2)/N)＜AD≤1024，则：

T_PWM＝2Khz*(2/N)，DUTY_PWM＝1000*2/N；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

在一些实施方式中，步骤S104中包括如下步骤：

若(1000*2/N)＜AD≤(1000*4/N)，则：

T_PWM＝2Khz*((N-2)/N)，DUTY_PWM＝1000*(N-4)/N；

若(1000*4/N)＜AD≤(1000*6/N)，则：

T_PWM＝2Khz*((N-4)/N)，DUTY_PWM＝1000*(N-6)/N；

如此类推；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

与现有技术相比，本发明的至少包括以下有益效果：

1、本发明的一种蜂鸣装置，其结构简单，可提高蜂鸣器谐振发声的稳定性。

2、本发明的一种蜂鸣装置的控制方法，其设计合理，可提高蜂鸣器谐振发声的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例中蜂鸣装置的电路示意图；

图2是本发明实施例中控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下实施例对本发明进行说明，但本发明并不受这些实施例所限制。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。

实施例一：如图1和图2所示，本实施例提供一种蜂鸣装置，包括单片机1、蜂鸣器2、第一三极管Q3、第二三极管Q2、第三三极管Q4、第一电阻R47、第二电阻R60、第三电阻R17、第四电阻R25、第一电容EC7、第二电容C50和二极管D20，其中第一三极管Q3的基极通过第一电阻R47和第二电阻R60和第二三极管Q2的基极连接，第一三极管Q3的发射极和第二三极管Q2的发射极分别接地，第二三极管Q2的集电极和第三三极管Q4的基极连接，第三三极管Q4的发射极和蜂鸣装置的供电端连接，第三三极管Q4的集电极通过第三电阻R17和第一三极管Q3的集电极连接，蜂鸣器2跨接在第三电阻R17的两端，且蜂鸣器2连接于第三三极管Q4的集电极和第三电阻R17之间的一端通过第四电阻R25和第一电容EC7接地，单片机1的信号输出端口IO10连接于第一电阻R47和第二电阻R60之间，且单片机1的信号输出端口IO10可输出高电平信号、PWM信号和低电平信号，蜂鸣器2的供电端口VCC_AD连接于第四电阻R25和第一电容EC7之间，二极管D20的正极连接于第二电阻R60和第二三极管Q2的基极之间并且通过第二电容C50接地，负极连接于第一电阻R47和第二电阻R60之间。

进一步的，还包括第五电阻R16、第六电阻R26和第七电阻R24，其中第五电阻R16连接于第二电阻R60和第二三极管Q2的基极之间，第六电阻R26连接于第二三极管Q2的集电极和第三三极管Q4的基极之间，第七电阻R24连接于第三电阻R17和第一三极管Q3的集电极之间。

更进一步的，还包括第八电阻R27，第八电阻R27连接于第三三极管Q4的基极和发射极之间。

本实施例所提供的一种蜂鸣装置，其结构简单，可提高蜂鸣器谐振发声的稳定性。

下面就本实施例所提供的蜂鸣装置其工作原理作如下说明：

1、通过单片机1的信号输出端口IO10持续输出高电平信号实现压电式蜂鸣器谐振第一电容EC7预充电；

当单片机1的信号输出端口IO10持续输出高电平信号时：

1.1、高电平信号经过第二电阻R60向第二电容C50充电；且当第二电容C50经过其三倍充电时间常数“t＝3*(R60*C50)”的时间后充满电其电压为高电平，从而实现第三三极管Q4导通。

1.2、与此同时蜂鸣装置的供电端VCC_12V经过第三三极管Q4与第四电阻R25对第一电容EC7充电，由此建立对蜂鸣器2的谐振电压电源。

1.3、同时高电平信号经第一电阻R47开通第一三极管Q3，从而开通蜂鸣器电路，但由于此时为直流电源“VCC_12V”不符合压电式蜂鸣器的谐振信号发声原理，故蜂鸣器不发声。

2、通过设置单片机1的信号输出端口IO10持续输出PWM信号实现压电式蜂鸣器谐振发声；

当单片机1的信号输出端口IO10输出的信号为PWM信号时：

2.1、由于在PWM周期内为低电平时二极管D20提供第二电容C50的快速放电回路，导致此时第二三极管Q2的基极电压由于第二电容C50放电完毕而被钳位到0V以下而截止。在PWM周期内为高电平时由于时间少于“t＝3*(R60*C50)”而导致第二三极管Q2的基极电压少于Vbe＝0.7V而截至；

2.2、与此同时第一三极管Q3在PWM周期内为频繁开关状态，从而使第一电容EC7经过压电蜂鸣器2的电压信号为谐振式电信号而膜片震动发声。

3、设置单片机1的信号输出端口IO10持续输出低电平信号实现压电式蜂鸣器2关闭；

当单片机1的信号输出端口IO10持续输出的信号为低电平信号时：

第一三极管Q3和第二三极管Q2均为截至状态，故无谐振电信号经过压电式蜂鸣器2进而可靠关闭声音输出及避免由于电源”VCC_12V”端的干扰而发声。

综上，本实施例所提供的一种蜂鸣装置至少具有如下优点：

1、摒弃传统的双IO控制，降低设计过程中的单片机IO口资源成本；

2、可采用巡航检测输入电压幅值自动调节谐振信号占空比保持无源压电式蜂鸣器的谐振发声稳定性；

3、通过设置IO口的电平信号实现蜂鸣关闭，避免干扰发声。

实施例二：如图1和图2所示，本实施例提供一种蜂鸣装置的控制方法，应用于如实施例一所述的蜂鸣装置，包括如下步骤：

S101，设置蜂鸣器2所需实现的和弦音组合数量N，本实施例中，和弦音组合数量N为2至10的偶数；

S102，设置单片机1的信号输出端口IO10输出的高电平信号次数及高电平信号时间；

采集第二电容C50上的实时输入电压值VCC_AD并计算实时模数转换值AD，并且采集第二电容C50的累计充电次数；

在本实施例中，按照如下公式获得实时模数转换值AD：

AD＝(VCC_AD/5V)*1024；

S103，判断实时模数转换值AD是否大于或者等于预设模数转换值，并且累计充电次数是否大于或者等于高电平信号次数，若是，则进入步骤S104，若否，则返回步骤S102；

S104，根据实时输入电压值VCC_AD设置单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期T_PWM和PWM占空比DUTY_PWM；

S105，控制单片机的信号输出端口输出低电平信号，关闭蜂鸣器；

S106，结束。

本实施例的一种蜂鸣装置的控制方法，其设计合理，可提高蜂鸣器谐振发声的稳定性。

进一步的，步骤S104中包括如下步骤：

若0＜AD≤(1000*2/N)，则：

T_PWM＝2Khz*N，DUTY_PWM＝1000*(N-2)/N；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

更进一步的，步骤S104中包括如下步骤：

若(1000*(N-2)/N)＜AD≤1024，则：

T_PWM＝2Khz*(2/N)，DUTY_PWM＝1000*2/N；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

再进一步的，步骤S104中包括如下步骤：

若(1000*2/N)＜AD≤(1000*4/N)，则：

T_PWM＝2Khz*((N-2)/N)，DUTY_PWM＝1000*(N-4)/N；

若(1000*4/N)＜AD≤(1000*6/N)，则：

T_PWM＝2Khz*((N-4)/N)，DUTY_PWM＝1000*(N-6)/N；

如此类推；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

经过以上步骤实现巡航输入电压的幅度大小自适应调节蜂鸣器PWM信号的频率，保证相同声音震幅(即，巡航输入电压的幅度大小自适应调节蜂鸣器PWM信号的占空比)下得到不一样的和弦音效果组合。

至此，本实施例通过提供一种自适应蜂鸣器和弦音控制算法实现家电类蜂鸣提示音巡航输入电压的多种和弦音组合蜂鸣器功能输出；同时设置信号输出端口IO口的电平信号模式增强工作可靠性避免干扰，提高开发人员的开发效率，缩短开发周期，提高产品可靠性奠定极大的基础。

下面就本实施例所提供的控制方法其软件算法原理作如下描述解析：

1、通过单片机1的信号输出端口IO10持续输出高电平信号实现压电式蜂鸣器谐振第一电容EC7预充电；

当单片机1的信号输出端口IO10持续输出高电平信号时：

1.1、高电平信号经过第二电阻R60向第二电容C50充电；且当第二电容C50经过其三倍充电时间常数“t＝3*(R60*C50)”的时间后充满电其电压为高电平，从而实现第三三极管Q4导通。

1.2、与此同时蜂鸣装置的供电端VCC_12V经过第三三极管Q4与第四电阻R25对第一电容EC7充电，由此建立对蜂鸣器2的谐振电压电源。

1.3、同时高电平信号经第一电阻R47开通第一三极管Q3，从而开通蜂鸣器电路，但由于此时为直流电源“VCC_12V”不符合压电式蜂鸣器的谐振信号发声原理，故蜂鸣器不发声。

2、通过设置单片机1的信号输出端口IO10持续输出PWM信号实现压电式蜂鸣器谐振发声；

当单片机1的信号输出端口IO10输出的信号为PWM信号时：

2.1、由于在PWM周期内为低电平时二极管D20提供第二电容C50的快速放电回路，导致此时第二三极管Q2的基极电压由于第二电容C50放电完毕而被钳位到0V以下而截止。在PWM周期内为高电平时由于时间少于“t＝3*(R60*C50)”而导致第二三极管Q2的基极电压少于Vbe＝0.7V而截至；

2.2、与此同时第一三极管Q3在PWM周期内为频繁开关状态，从而使第一电容EC7经过压电蜂鸣器2的电压信号为谐振式电信号而膜片震动发声。

3、设置单片机1的信号输出端口IO10持续输出低电平信号实现压电式蜂鸣器2关闭

当单片机1的信号输出端口IO10持续输出的信号为低电平信号时：

第一三极管Q3和第二三极管Q2均为截至状态，故无谐振电信号经过压电式蜂鸣器2进而可靠关闭声音输出及避免由于电源”VCC_12V”端的干扰而发声；

4、首次设置标志为VAD_flag＝0(用于限制“BUZZER”高电平次数的标志位)；Buz_flag＝1(用于进入本次“和弦控制算法”的标志位)；蜂鸣器和弦音组合数量N＝(2-10的偶数)

5、使用循环语句While(Buz_flag＝1)，进入与退出本次“和弦控制算法”

a)首次上电设置“BUZZER”口高电平时间T_int＝10ms；实现第一电容EC7预充电V_EC7；此时采样VCC_AD的电压值，并通过模数转换AD＝(VCC_AD/5V)*1024记录到单片机RAM；同时设置标志为VAD_flag+1；

b)根据a)的模数转换AD结果

Ⅰ、判断If(AD>＝1000)为真则执行步骤4；

Ⅱ、判断If(AD>＝1000)为假则执行步骤1-2；

1)、若if(VAD_flag<2)为假则执行步骤4；

2)、若if(VAD_flag<2)为真则执行步骤1重新将“BUZZER”口高电平时间T_int＝10ms实现电容EC7再次充电(避免由于电压波动等因素导致充电不足)后再次根据公式AD＝(VCC_AD/5V)*1024记录到单片机RAM。(为提高蜂鸣器响应速度，至此前后只检测2次第一电容EC7电压并按照第3步运行；

c)、为提高蜂鸣器响应时间，至此前后只检测2次EC7电压并按照最新一次AD值进行if语句判断：

Ⅲ、若if(0<AD<＝(1000*2/N))；则“BUZZER”口输出PWM信号周期为T_PWM＝2Khz*N，占空比为DUTY_PWM＝1000*(N-2)/N，维持时间为1s；

Ⅳ、若if((1000*2/N)<AD<＝(1000*4/N))；则“BUZZER”口输出PWM信号周期为T_PWM＝2Khz*((N-2)/N)，占空比为DUTY_PWM＝1000*(N-4)/N，维持时间为1s；

Ⅴ、若if((1000*4/N)<AD<＝(1000*6/N))；则“BUZZER”口输出PWM信号周期为T_PWM＝2Khz*((N-4)/N)，占空比为DUTY_PWM＝1000*(N-6)/N，维持时间为1s；以此类推………………………………………………………

Ⅵ、若if((1000*(N-2)/N)<AD<＝1024)；则“BUZZER”口输出PWM信号周期为T_PWM＝2Khz*(2/N)，占空比为DUTY_PWM＝1000*2/N

经过以上步骤实现巡航输入电压的幅度大小自适应调节蜂鸣器PWM信号的频率，保证相同声音震幅(即，巡航输入电压的幅度大小自适应调节蜂鸣器PWM信号的占空比)下得到不一样的和弦音效果组合。

6、清空标志VAD_flag＝0(用于初始化下次“和弦控制算法”“BUZZER”的值)；Buz_flag＝0(用于跳出本次“和弦控制算法”的标志位)；

7、设置“BUZZER”口持续低电平；以等待下次进入本“和弦音组合”算法；

8、结束。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种蜂鸣装置，其特征在于，包括单片机、蜂鸣器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和二极管，其中第一三极管的基极通过第一电阻和第二电阻和第二三极管的基极连接，第一三极管的发射极和第二三极管的发射极分别接地，第二三极管的集电极和第三三极管的基极连接，第三三极管的发射极和蜂鸣装置的供电端连接，第三三极管的集电极通过第三电阻和第一三极管的集电极连接，蜂鸣器跨接在第三电阻的两端，且蜂鸣器连接于第三三极管的集电极和第三电阻之间的一端通过第四电阻和第一电容接地，单片机的信号输出端口连接于第一电阻和第二电阻之间，且单片机的信号输出端口可输出高电平信号、PWM信号和低电平信号，蜂鸣器的供电端口连接于第四电阻和第一电容之间，二极管的正极连接于第二电阻和第二三极管的基极之间并且通过第二电容接地，负极连接于第一电阻和第二电阻之间。

2.根据权利要求1所述的一种蜂鸣装置，其特征在于，还包括第五电阻、第六电阻和第七电阻，其中第五电阻连接于第二电阻和第二三极管的基极之间，第六电阻连接于第二三极管的集电极和第三三极管的基极之间，第七电阻连接于第三电阻和第一三极管的集电极之间。

3.根据权利要求1所述的一种蜂鸣装置，其特征在于，还包括第八电阻，第八电阻连接于第三三极管的基极和发射极之间。

4.一种蜂鸣装置的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1、2或3所述的蜂鸣装置，包括如下步骤：

S101，设置蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量N；

S102，设置单片机的信号输出端口输出的高电平信号次数及高电平信号时间；

采集第二电容上的实时输入电压值VCC_AD并计算实时模数转换值AD，并且采集第二电容的累计充电次数；

S103，判断实时模数转换值AD是否大于或者等于预设模数转换值，并且累计充电次数是否大于或者等于高电平信号次数，若是，则进入步骤S104，若否，则返回步骤S102；

S104，根据实时输入电压值VCC_AD设置单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期T_PWM和PWM占空比DUTY_PWM；

S105，控制单片机的信号输出端口输出低电平信号，关闭蜂鸣器；

S106，结束。

5.根据权利要求4所述的一种蜂鸣装置的控制方法，其特征在于，和弦音组合数量N为2至10的偶数。

6.根据权利要求4所述的一种蜂鸣装置的控制方法，其特征在于，按照如下公式获得实时模数转换值AD：

AD＝(VCC_AD/5V)*1024。

7.根据权利要求6所述的一种蜂鸣装置的控制方法，其特征在于，步骤S104中包括如下步骤：

若0＜AD≤(1000*2/N)，则：

T_PWM＝2Khz*N，DUTY_PWM＝1000*(N-2)/N；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

8.根据权利要求7所述的一种蜂鸣装置的控制方法，其特征在于，步骤S104中包括如下步骤：

若(1000*(N-2)/N)＜AD≤1024，则：

T_PWM＝2Khz*(2/N)，DUTY_PWM＝1000*2/N；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

9.根据权利要求8所述的一种蜂鸣装置的控制方法，其特征在于，步骤S104中包括如下步骤：

若(1000*2/N)＜AD≤(1000*4/N)，则：

T_PWM＝2Khz*((N-2)/N)，DUTY_PWM＝1000*(N-4)/N；

若(1000*4/N)＜AD≤(1000*6/N)，则：

T_PWM＝2Khz*((N-4)/N)，DUTY_PWM＝1000*(N-6)/N；

如此类推；

其中，AD为实时模数转换值，N为蜂鸣器所需实现的和弦音组合数量，T_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM周期，DUTY_PWM为单片机的信号输出端口输出的PWM信号的PWM占空比。

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