CN112887855A - 应用于超低温环境的拾音器电路及拾音器 - Google Patents
应用于超低温环境的拾音器电路及拾音器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于超低温环境的拾音器电路及拾音器，包括处理器、数字信号处理模块、温度传感器与发热元件，发热元件用于对拾音器内部的环境温度进行加热；数字信号处理模块接收并处理外界输入的音频信号；处理器用于控制数字信号处理模块对环境噪音进行降噪；温度传感器用于检测拾音器内部的环境温度并将温度值发送给处理器，处理器控制发热元件开始对内部环境进行加热，从而提高内部电路个电子元器件的温度，这样当外界温度值下降时，能够保证拾音器内部的电子元器件的工作温度一直处于安全区，使得拾音器能够在超低温（‑65℃以上）的环境下正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及拾音器领域，尤其涉及一种应用于超低温环境的拾音器电路及拾音器。
背景技术
拾音器，又称监听头。监听拾音器是用来采集现场环境声音再传送到后端设备的一个器件，它是由咪头（麦克风）和音频放大电路构成。现有的拾音器在应用中，尤其是在一些严酷环境中，比如高山边境地区，南极科考站或者北方严寒地区时，拾音器中的电子元器件由于温度过低，风雪过大等气候原因，容易出现功能失效或者性能降低等现象，在超低温（-40度以下）环境中会导致拾音器无法正常工作。
而在一些公共场所，特别是矛盾纠纷比较多的地方，现场除了录像还需要录音做为事件还原的依据，目前市场上拾音器种类繁多，多采用一个普通麦克风加放大器组合电路模式，简单设计一个外壳安装在摄像机附近做音视频同步，这种拾音器基本基本只考虑美观与实用，而在信号采集处理，环境变化，声学结构方面都没有全面考虑，比如对有用声音信号清晰度的提取，声音的来源，极低温环境下的工作等并没有做相应的改进,尤其在超低温环境中，一般的拾音器无法应用。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种应用于超低温环境的拾音器电路及拾音器，通过将处理器与发热元件以及数字信号处理模块相结合，使其能够对有效音频进行采集的同时将环境噪音、风噪、雷雨声等进行去除，在极低温环境下也不会引起拾音器故障。
为实现上述目的，一种应用于超低温环境的拾音器电路，包括处理器、数字信号处理模块、温度传感器与发热元件，所述发热元件用于对拾音器内部的环境温度进行加热；所述数字信号处理模块接收并处理外界输入的音频信号；
所述处理器第一端连接所述数字信号处理模块，用于控制所述数字信号处理模块对环境噪音进行降噪；
所述处理器第二端连接所述温度传感器，温度传感器用于检测拾音器内部的环境温度并将温度值发送给处理器，所述处理器第三端连接所述发热元件，根据温度值自动控制所述发热元件对环境进行加热。
作为优选，所述发热元件为PTC加热器或电热丝。
作为优选，还包括PWM电源模块，所述PWM电源模块包括PTC电源与设备电源，所述PTC电源一端连接所述发热元件，用于对所述发热元件进行供电，另一端连接所述处理器，所述处理器控制所述PTC电源开启或者关闭。
作为优选，所述发热元件包括PTC正极与PTC负极，所述PTC正极与所述PTC电源的第一端口连接，所述PTC负极与所述PTC电源的第二端口连接；所述PTC正极与所述PTC负极之间设有电阻，所述电阻另一端连接所述PTC电源的第二端口，用于输出设定电压值。
作为优选，所述数字信号处理模块的第一端口连接有音频采集模块，所述音频采集模块用于采集外部的音频信号。
作为优选，所述数字信号处理模块第二端口连接有缓冲电路，所述缓冲电路用于滤除或隔离无效的音频信号。
作为优选，所述缓冲电路包括第一运放器、第二运放器以及隔离变压器，所述第一运放器包括第一引脚、第二引脚与第三引脚，第二运放器包括第四引脚、第五引脚与第六引脚，所述第一运放器的第一引脚与所述数字信号处理模块连接，所述第二引脚接地，所述第三引脚连接所述第二运放器的第五引脚，所述第二运放器的第四引脚连接一耳机插孔，用于输出音频，所述第六引脚连接一隔离变压器，所述隔离变压器用于抑制高频杂波传入所述数字信号处理模块。
作为优选，所述隔离变压器连接一瞬态二级管，所述瞬态二级管用于阻止外部的浪涌脉冲输入。
作为优选，所述处理器设有供电输入端，所述供电输入端外接一降噪开关，所述降噪开关用于调节降噪等级。
一种应用于超低温环境的拾音器，包括壳体与上述任一项所述的电路，所述电路均采用内嵌的方式安装在所述壳体内。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的一种应用于超低温环境的拾音器电路及拾音器，包括处理器、数字信号处理模块、温度传感器与发热元件，发热元件用于对拾音器内部的环境温度进行加热；数字信号处理模块接收并处理外界输入的音频信号；处理器第一端连接数字信号处理模块，用于控制数字信号处理模块对环境噪音进行降噪；处理器第二端连接温度传感器，温度传感器用于检测拾音器内部的环境温度并将温度值发送给处理器，处理器第三端连接发热元件，用于控制发热元件进入或退出加热模式，通过设置温度传感器对环境温度进行检测，并将温度值发送给处理器，处理器控制发热元件开始对内部环境进行加热，从而提高内部电路个电子元器件的温度，这样当外界温度值下降时，能够保证拾音器内部的电子元器件的工作温度一直处于安全区，使得拾音器能够在超低温的环境下正常工作，更优的，能够在环境温度-65℃及以上，风速8级以上，环境噪音65dB左右的场合应用此拾音器。
附图说明
图1为本发明的整体框架图；
图2为本发明处理器的具体电路图；
图3 为本发明数字信号处理模块的具体电路图；
图4为本发明PWM电源模块的具体电路图；
图5为本发明温度传感器的具体电路图。
主要元件符号说明如下：
IC1：处理器；S1、降噪开关；IC2：数字信号处理模块；IC3:温度传感器；IC4：第一运放器；IC5：第二运放器；TV1:瞬态二级管；T1：隔离变压器；U1、PTC电源；U2、设备供电电源。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1-5，本发明的一种应用于超低温环境的拾音器电路，包括处理器IC1、发热元件、数字信号处理模块IC2与温度传感器IC3，处理器IC1第三端与发热元件连接，用于控制发热元件进入加热工作模式，当发热元件进入加热模式时，可对拾音器内部环境进行加热，处理器IC1第一端连接数字信号处理模块IC2,数字信号处理模块IC2用于接收并处理外界的音频信号，处理器IC1第二端连接温度传感器IC3，温度传感器IC3用于检测拾音器内部的温度并将温度值发送给处理器IC1，当拾音器内部的温度下降到设定值时，处理器IC1控制发热元件进入加热模式，此时，温度传感器IC3继续检测拾音器内部的温度，当加热温度达到目标值时，处理器IC1控制发热元件退出加热模式，通过设置温度传感器IC3对环境温度进行检测，并将温度值发送给处理器IC1，处理器IC1控制发热元件开始对电子元器件进行加热，发热元件包括PTC加热器或电热丝，更优的，本实施例中采用PTC加热器，这样当外界温度值下降时，处理器C1能够控制PTC加热器自动开启加热模式，从而保证拾音器内部的电子元器件的工作温度一直处于安全区，使得拾音器能够在超低温的环境下正常工作，更优的，能够在环境温度-65℃及以上，风速8级以上，环境噪音65dB左右的场合应用此拾音器电路，例如高山边境地区、南极科考站、北方严寒冬季地区、以及军事、科考等领域。
在本实施例中，请参阅图2，处理器IC1的PB6-SCL接口与数字信号处理模块IC2的SCL接口连接， 处理器IC1的PB7-SDA接口与数字信号处理模块IC2的SDA接口连接，通过I2C总线将处理器IC1与数字信号处理模块IC2连接起来，使得处理器IC1能够与数字信号处理模块IC2进行数据传输，这样处理器IC1可以作为系统控制器使用，将大量的数据处理工作交给数字信号处理模块IC2，从而提高工作效率。
在本实施例中，还包括PWM电源模块，请参阅图4，PWM电源模块包括PTC电源U1与设备供电电源U2，其中，发热元件与U1电连接，PTC电源U1为发热元件供电，设备供电电源U2为处理器IC1、数字信号处理模块IC2供电，供电电源U1的输入端口EN还与处理器IC1的PA5接口连接，这样使得处理器IC1能够通过供电电源U1控制发热元件开启或者结束加热工作模式。
在本实施例中，请参阅图3,数字信号处理模块IC2连接音频采集模块，具体的，音频采集模块包括麦克风MIC1与麦克风MIC2，数字信号处理模块IC2的LINP接口连接有麦克风MIC1，RINP接口连接麦克风MIC2，麦克风MIC1与麦克风MIC2用于采集外部的音频信号，数字信号处理模块IC2对音频信号进行处理，由于此拾音器电路通常应用在极其严酷的环境中，例如高山边境或冬季的北方严寒地区时，通常风力较大，因此音频采集模块采集到的音频信号里面通常伴随着风噪与雷雨声等，为了使采集到的音频信号能够最大化的收集到有效的信息，且数字信号处理模块IC2的输出端MONOOUT连接一缓冲电路，缓冲电路能够对无效音频信号例如环境噪音、风噪、雷雨声等进行隔离，如果存在未隔离成功的无效音频信号，数字信号处理模块IC2内部也设有相应的识别单元，识别单元能够对其进行识别，并将其滤除。
在本实施例中，缓冲电路包括第一运放器IC4、第二运放器IC5以及隔离变压器T1，第一运放器IC4包括第一引脚1、第二引脚2与第三引脚3，第二运放器IC5包括第四引脚4、第五引脚5与第六引脚6，其中第一运放器IC4的第一引脚1与数字信号处理模块IC2连接，第二引脚2接地，第三引脚3连接第二运放器IC5的第五引脚5，第二运放器IC5的第四引脚4连接有耳机插孔，用于输出音频，第六引脚连接隔离变压器T1，隔离变压器T1利用其铁芯的高频耗损大的特点，能够抑制高频杂波传入数字信号处理模块IC2。
在本实施例中，隔离变压器T1还连接有瞬态二级管TV1，瞬态二级管TV1是一种二极管形式的高效能保护器件，它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、籍位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压位于一个预定值，有效地保护电路中的隔离变压器T1、处理器IC1等主要器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
在本实施例中，第一运放器IC4的第一引脚1与数字信号处理模块IC2通过一滑动变阻器VR1连接，滑动变阻器VR1用于保护电路以及控制电阻两端即第一运放器IC4和数字信号处理模块IC2的电压不变。
在本实施例中，处理器IC1的供电输入端VDD接有降噪开关S1，降噪开关S1用于调节降噪等级，处理器IC1与降噪开关S1电连接，用于读取降噪开关S1的降噪等级，并根据不同的降噪等级发送不同的指令给数据信号处理模块，让数字信号处理模块进行降噪处理，具体的，降噪开关S1采用的是8421拨码开关，降噪等级共有16级，用户可以自主调节降噪等级，从而让处理器IC1进行读取。
在本实施例中,请参阅图4，发热元件包括PTC正极PTC+与PTC负极PTC-，PTC正极PTC+与U1的第一端口PHASE连接，PTC负极PTC-与PTC电源的第二端口FB连接；PTC正极PTC+与PTC负极PTC-之间设有电阻R2、R3，电阻R2、R3另一端连接PTC电源U1的第二端口FB，用于输出设定电压值。
一种应用于超低温环境的拾音器，包括壳体与上述任一项电路，电路均采用内嵌的方式安装在所述壳体内，使得在低温下内部发热元件加热时能保持与外部隔离，在外部音频信号进入口采用防水、防风、防尘设计，采用双麦克风冗余设计，即使一个麦克风失效也不会使整个产品功能产生影响，长音腔麦克风内收缩设计也保证了拾音器具备一定的定向收音功能，输入输出接线采用隔离防护设计，保证了设备工作模式可调整及防止雨水倒灌。
本发明的优势在于：
1、通过设置发热元件，这样当外界温度值下降时，能够保证拾音器内部的电子元器件的工作温度一直处于安全区，使得拾音器能够在超低温的环境下正常工作，更优的，能够在环境温度-65℃及以上，风速8级以上，环境噪音65dB左右的场合应用此拾音器电路，例如高山边境地区、南极科考站、北方严寒冬季地区、以及军事、科考等领域。
2、通过设置瞬态二级管，当瞬态二级管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压位于一个预定值，有效地保护电路中的隔离变压器、处理器IC1等主要器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
3、处理器的供电输入端接有降噪开关，降噪开关用于调节降噪等级，处理器与降噪开关S1电连接，用于读取降噪开关的降噪等级，并根据不同的降噪等级发送不同的指令给数据信号处理模块，让数字信号处理模块进行降噪处理。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，包括处理器、数字信号处理模块、温度传感器与发热元件，所述发热元件用于对拾音器内部的环境温度进行加热；所述数字信号处理模块接收并处理外界输入的音频信号；
所述处理器第一端连接所述数字信号处理模块，用于控制所述数字信号处理模块对环境噪音进行降噪；
所述处理器第二端连接所述温度传感器，温度传感器用于检测拾音器内部的环境温度并将温度值发送给处理器，所述处理器第三端连接所述发热元件，根据接收的温度值控制所述发热元件自动对环境进行加热。
2.根据权利要求1所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，所述发热元件为PTC加热器或电热丝。
3.根据权利要求1所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，还包括PWM电源模块，所述PWM电源模块包括PTC电源与设备电源，所述PTC电源一端连接所述发热元件，用于对所述发热元件进行供电，另一端连接所述处理器，所述处理器控制所述PTC电源开启或者关闭。
4.根据权利要求3所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，所述发热元件包括PTC正极与PTC负极，所述PTC正极与所述PTC电源的第一端口连接，所述PTC负极与所述PTC电源的第二端口连接；所述PTC正极与所述PTC负极之间设有电阻，所述电阻另一端连接所述PTC电源的第二端口，用于输出设定电压值。
5.根据权利要求1所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，所述数字信号处理模块的第一端口连接有音频采集模块，所述音频采集模块用于采集外部的音频信号。
6.根据权利要求1所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，所述数字信号处理模块第二端口连接有缓冲电路，所述缓冲电路用于滤除或隔离无效的音频信号。
7.根据权利要求5所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，所述缓冲电路包括第一运放器、第二运放器以及隔离变压器，所述第一运放器包括第一引脚、第二引脚与第三引脚，第二运放器包括第四引脚、第五引脚与第六引脚，所述第一运放器的第一引脚与所述数字信号处理模块连接，所述第二引脚接地，所述第三引脚连接所述第二运放器的第五引脚，所述第二运放器的第四引脚连接一耳机插孔，用于输出音频，所述第六引脚连接一隔离变压器，所述隔离变压器用于抑制高频杂波传入所述数字信号处理模块。
8.根据权利要求6所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，所述隔离变压器连接一瞬态二级管，所述瞬态二级管用于阻止外部的浪涌脉冲输入。
9.根据权利要求1所述的应用于超低温环境的拾音器电路，其特征在于，所述处理器设有供电输入端，所述供电输入端外接一降噪开关，所述降噪开关用于调节降噪等级。
10.一种应用于超低温环境的拾音器，其特征在于，包括壳体与权利要求1-9任一项所述的拾音器电路，所述拾音器电路均采用内嵌的方式安装在所述壳体内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210601 |