CN1565891A - 车速控制喇叭音量装置 - Google Patents

Abstract

能随车速高低自动调节喇叭音量的车速控制喇叭音量装置，是在车速传感器(1)的输出端连接有车速－音量信号转换器(2)，车速－音量信号转换器(2)的输出端连接有音量可调功放电路(3)，音量可调功放电路(3)的输出端与喇叭(4)相连接；所述的车速－音量信号转换器(2)相继由车速信号输入单元、车速信号保持单元、比较运算单元和音量控制信号输出单元相连组成，这些单元可集成于一单片机。本发明装置于机动车辆，根据车速高低自动调节喇叭音量。

Description

车速控制喇叭音量装置

                     技术领域

本发明涉及速度-音量转换控制装置，特别是一种用于机动车的车速控制喇叭音量的装置。

                     背景技术

目前，在汽车上使用的都是定音喇叭，音量和音调都是生产时预先设置固定的，这就产生了一系列的问题。当汽车低速行驶时，例如行驶在生活小区、繁华路段、人员众多场合时，过高的汽车喇叭音量往往会惊吓行人、造成不必要的噪音和破坏宁静和谐的环境，特别是出于环境保护的需要，很多城市已经制定并实施了禁鸣汽车喇叭的规定，《中华人民共和国环境噪声污染防治法》第三十五条也明确规定：“城市人民政府公安机关可以根据本地城市市区区域声环境保护的需要，划定禁止机动车辆行驶和禁止其使用声响装置的路段和时间，并向社会公告”，但是禁鸣汽车喇叭也带来了相应的负面问题，如容易引起交通堵塞、一定程度地影响交通安全、汽车刹车片易损耗等等。另一方面，当汽车高速行驶时，往往是在郊外、高速公路等空旷地段，由于汽车喇叭音量的固定，使其传播距离不够远，会使相关行人和其它车辆司机得不到及时的警告，也会影响交通的安全。如果汽车喇叭的音量能够随车速而自动调节，低速行驶时喇叭音量小，高速行驶时喇叭音量大，那么上述问题均可以得到解决。

                    发明内容

本发明要解决已有汽车由于其喇叭音量固定，低速行驶时喇叭音量不能自动变小，产生噪声污染，使周围人员不得安宁，高速行驶时喇叭音量不能自动变大，使其他相关人员不能得到及时警示，容易发生交通事故的问题，为此而提供本发明的车速控制喇叭音量装置，这种装置可以使汽车低速行驶时其喇叭音量自动变小，高速行驶时喇叭音量自动变大。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是设有车速传感器及喇叭，其特殊之处在于：在车速传感器的输出端连接有车速-音量信号转换器，车速-音量信号转换器的输出端连接有音量可调功放电路，音量可调功放电路的输出端与所述的喇叭相连接；

所述的车速-音量信号转换器相继由车速信号输入单元、车速信号保持单元、比较运算单元和音量控制信号输出单元相连组成，其中的车速信号输入单元与车速传感器相连，音量控制信号输出单元与音量可调功放电路相连。

本发明的构成所述车速-音量信号转换器的所述的车速信号输入单元、车速信号保持单元、比较运算单元和音量控制信号输出单元可以集成于一单片机。

所述的单片机是具有高速输入通道和高速输出通道的单片机。

本发明所述的音量可调功放电路相继由多谐振荡器电路、数字电位器和音频功放电路相连组成。

本发明由车速传感器、车速-音量信号转换器、音量可调功放电路及喇叭四个部分组成。车速传感器，如霍尔传感器、光电式车速传感器或磁电式车速传感器，已有的多数汽车上有配置，该传感器根据车轴的旋转快慢输出脉冲车速信号。车速-音量信号转换器对车速传感器输出的脉冲车速信号进行处理，把不同的车速信号转换为对应的音量控制信号，输出到音量可调功放电路后，可以实现控制喇叭音量大小的目的。

所述的车速-音量信号转换器由车速信号输入单元、车速信号保持单元、比较运算单元、音量控制信号输出单元组成，实现脉冲车速信号到音量控制信号的转换功能。其中车速信号输入单元把车速传感器输出的脉冲车速信号转换为内部瞬时车速信号；瞬时车速信号在喇叭按下期间，通过所述信号保持单元转换成稳定的车速信号，从而避免发出不谐调的喇叭声音；所述的比较运算单元根据稳定车速信号与预先设置的分段速度信号的比较及运算后得到可用于调节音量的音量控制信号，当车速为低速段时，输出一个可以产生小音量的音量控制信号；当车速为高速段时，输出一个可以产生大音量的音量控制信号；当车速为相对中速段时，输出一个可以产生相对中等音量的音量控制信号，中速段可以分为几档，如3至5档，对应输出不同的音量控制信号以产生不同的音量；当车速为零速时，输出一个可以产生中等音量的音量控制信号；最后通过输出单元输出到音量可调功放电路。

所述的车速-音量信号转换器可由具有高速输入输出通道的单片微机及其外围电路实现，单片机的高速输入通道采用脉宽计时方法测量瞬时车速，实现所述车速信号输入单元的功能；高速输出通道利用其事件循环触发功能产生宽度和周期符合数字电位器调节要求的脉冲控制信号，实现所述音量控制信号输出单元的功能；单片机使用中断方法实现所述车速信号保持单元和比较运算单元的功能。

所述的音量可调功放电路由多谐振荡器电路、数字电位器和音频功放电路组成，所述车速-音量信号转换器输出的音量控制信号接到数字电位器的调节端口，改变数字电位器的等效电阻；多谐振荡器电路输出谐波信号经过数字电位器分压后输入音频功放电路进行放大，实现根据音量控制信号调节音频输出功率的目的。

本发明的音量可调功放电路中采用数字电位作为调节电阻，它精度较高，可靠性强，该功放电路中还采用器音频功率放大器，其输出功率较大。

本发明由于设有车速-音量信号转换器与车速传感器相连，设有音量可调功放电路与喇叭相连，故本发明的装置配装于汽车后，能够根据车速变化自动调节喇叭音量，以适应汽车在不同的车速及环境下的需要。汽车行驶在低速段时喇叭的小音量一方面可以保护行人不受到惊吓、避免不必要的噪音污染，另一方面也避免了禁鸣喇叭规则出台后所造成的如交通堵塞等问题。汽车行驶在高速段时喇叭的大音量可以保证汽车在郊外宽阔路段、高速公路等处高速行驶时喇叭信号能够传递到在行驶安全距离内的车辆和行人，提高了高速行驶的安全性。汽车在零速段(停车期间)时喇叭的正常音量，可以满足在遇到事故、需要呼唤同伴、引起注意等情况下的需要。车速信号输入单元、车速信号保持单元、比较运算单元和音量控制信号输出单元集成于一单片机的本发明，其运算速度快，可靠性强。本发明的装置结构简单，体积小，成本较低，安装和维修都很方便，对现有汽车的改造也很容易，一旦投入使用将产生十分明显的社会效益和经济效益。

                         附图说明

图1为本发明的基本原理框图；

图2为本发明的车速-音量信号转换器组成原理框图；

图3为本发明的音量可调功放电路组成原理框图；

图4为本发明的实例电路原理框图；

图5为本发明的车速信号的保持与转换中断的程序框图；

图6为本发明的音量可调功放电路示意图；

图7为本发明采用的数字电位器DS1669示意图。

                         具体实施方式

车速控制喇叭音量装置，具有车速传感器1及喇叭4，在车速传感器1的输出端连接有车速-音量信号转换器2，车速-音量信号转换器2的输出端连接有音量可调功放电路3，音量可调功放电路3的输出端与喇叭4相连接，如图1所示。其中，车速传感器采用霍尔传感器；车速-音量信号转换器2相继由车速信号输入单元21、车速信号保持单元22、比较运算单元23和音量控制信号输出单元24相连组成，这些单元由一单片机80C196KC及其外围电路实现，如图2、图4所示。音量可调功放电路3相继由多谐振荡器电路31、数字电位器32和音频功放电路33相连组成，如图3、图4所示。

车速传感器1根据车轴的旋转快慢输出脉冲车速信号，车速-音量信号转换器2对车速传感器1输出的脉冲车速信号进行处理，把不同的车速信号转换为对应的音量控制信号，输出到音量可调功放电路3后，可以实现控制喇叭4音量大小的目的。

(1)车速传感器

本实施例车速传感器采用霍尔传感器。霍尔传感器安装于变速箱输出轴上，产生随车速变化的不同频率电脉冲信号。当汽车车轮在滚筒上滚动时，带动转盘旋转，当霍尔传感器对准永久磁铁时，磁场强度增强，产生霍尔效应，输出电压可达10mV，当霍尔传感器远离磁场时，输出电压降至0V，这样即可得到霍尔脉冲信号。变速箱输出轴每转动一圈，发出八个霍尔脉冲信号。车速提高时，脉冲频率增加，相反，车速降低时，脉冲频率降低。该脉冲信号送到CPU的高速输入口进行计数，用于计算车速。

(2)车速-音量信号转换器

车速音量信号转换器由单片机80C196KC、电可擦只读存储器(EPROM)27C256、数据存储器(RAM)62C256、数据锁存器74LS373、时钟晶振、复位电路，键盘显示器等部分组成。CPU主机采用INTEL公司16位单片机80C196KC，该CPU运算速度快，功耗低，内部集成了8路10位的A/D转换，6路高速输出HSO0～HSO5，4路高速输入HSI0～HSI3，外部计数定时器T2和看门狗电路(watch dog)，极大简化了系统的硬件系统，提高了系统的可靠性。

该CPU电路除了用于实现车速-音量转换功能外，还可以用于其他目的，例如，用于输出数字车速信号至数字式车速表进行显示、用于获取其他汽车运行状态经过处理后去控制面板显示等等，这些功能得实现不在本说明书的讨论范围之内。

①车速信号输入单元

该单元是利用80C196KC单片机的高速输入通道HSI和具有快速增量功能的T2计时器，可以方便地采用脉宽计时方法测量瞬时车速。霍尔传感器的输出信号-霍尔脉冲信号被直接接到单片机80C196KC的高速输入口引脚HSI.0上。单片机的高速输入通道能够记录高速输入引脚上的霍尔脉冲负跳变(或正跳变)所发生的时间，把每次负跳变(或正跳变)记为一次事件，两次事件之间的时间差就是周期。根据周期测量法，记录霍尔脉冲信号间隔内标准时钟脉冲的个数，即可计算出车速大小，该车速为瞬时车速信号。设车轴每转一圈发出的霍尔脉冲数为Z，第i个脉冲下降沿(上升沿)时刻为t_i，周期为T_i，用T_i计算第i个脉冲周期的平均转速并作为此时的瞬时转速信号N_i，则：

N_i＝60/(Z×T_i)，  其中T_i＝t_i+1-t_i；

系统的测量精度取决于脉冲数Z和周期t_i的计时精度。

②车速信号保持单元和比较运算单元

该两单元利用中断方法实现。

瞬时车速信号如果直接用于控制喇叭音量，其波动可能会造成音量的不协调。为了解决这一问题，使用信号保持方法来获得稳定的车速信号。喇叭的开关信号去抖动后被接到单片机的输入引脚P0.0上，当单片机检测到该信号的负跳变后，中断执行车速信号保持与比较运算程序段，首先判断喇叭是否刚被按下过，通过判断一个定时器，如果其计时时间在规定的车速保持时间以内(5或10秒)，则认为喇叭刚被按下过，这时不应进行操作，直接跳出中断，达到保持信号恒定的目的。

如果定时器的计时时间超出规定的车速保持时间，可以认为需要进行新一轮的采样和音量调节。程序先对瞬时转速信号N_i进行采样，作为当前的稳定车速信号，记为U。稳定车速信号经过CPU逻辑运算，根据不同车速下不同喇叭音量的对应关系，最终得到数字电位器调节增量信号，并通过CPU高速输出引脚HSO.0和HSO.1输出高速触发脉冲到数字电位器的UC引脚和DC引脚，用于改变数字电位器阻值。稳定车速信号U和CPU输出到数字电位器的调节信号ΔD的对应关系及调试方法如下：

首先把车速U分段，分为零速段(U＝0)、低速段(0＜U≤U_L＝、中速段(U_L＜U≤U_H＝和高速段(U＞U_H)，中速段再分为三档，分别命名为中低速段、中中速段和中高速段，这样车速被分为六档。然后调节数字电位器以得到不同的喇叭音量，根据高低关系分为五档，依次为V_MAX、V_H、V_M、V_L、V_MIN，音量测定应采用专用的分贝计，以满足法规以及环保措施的要求；对应五档音量所需要的数字电位器滑动档位D记为D_MAX、D_H、D_M、D_L、D_MIN，大小0～63，则稳定车速信号U和数字电位器滑动档位D之间的逻辑关系(参见图5)为：

IF U＝0                                THEN D＝D_M

IF 0＜U≤U_L                            THEN D＝DMI_N

IF U_L＜U≤[U_L+(U_H-U_L)/3]               THEN D＝D_L

IF[U_L+(U_H-U_L)/3]＜U≤[U_L+(U_H-U_L)×2/3] THEN

D＝D_M

IF[U_L+(U_H-U_L)×2/3]＜U≤U_H             THEN D＝D_H

IF U＞U_H                               THEN D＝D_MAX令数字电位器的原滑动档位为D’，则可以得到CPU应输出到数字电位器的调节信号ΔD＝D-D’，ΔD如为正值，则从CPU高速引脚HSO.0输出ΔD个脉冲，以调大数字电位器的阻值；ΔD如为负值，则从CPU高速引脚HSO.1输出-ΔD个脉冲，以调小数字电位器的阻值；最后把D赋值给D’用于下一周期的运算。

③音量控制信号输出单元

利用单片机的高速输出通道输出音量控制信号。利用80C196KC单片机的高速输出通道可产生宽度和周期符合数字电位器DS1669调节要求的脉冲信号，该脉冲信号要求不小于1ms，且不超过1s。高速输出通道HSO的功能在于在预定的时刻触发某一事件，且基本不要CPU的干预，如果事件重复发生，只需将事件锁定即可。HSO可同时挂号8个事件，包括复位定时器T2及设置四个软件定时器标志等，改变6条输出引脚上的电平信号，并可以发生中断请求。通过高速输出通道HSO输出ΔD(或-ΔD)个脉冲调节信号信号的基本原理如下，以HSO.0为例：

定义事件1为软件定时器1复位，锁定，不中断；事件2为HSO.0＝0，锁定，中断，中断程序中控制低电平时间长度；事件3为软件定时器1复位，锁定，不中断；事件4为HSO.0＝1，锁定，中断，中断程序中控制高电平时间长度。当需要进行数字电位器调节时，首先令控制寄存器IOC3.0＝1，可以使事件1至4顺序，周期性地发生，产生宽度和周期符合数字电位器要求的调节脉冲信号，当输出脉冲计数值达到ΔD后，令控制寄存器IOC3.0＝0，即可结束HSO通道的事件发生。

(3)音量可调功放电路

音量可调功放电路由多谐振荡器电路、数字电位器DS1669和音频功放电路组成，电路图见图6，其中T₁、T₂构成一个多谐振荡器。为保持振荡频率稳定，多谐振荡器接在稳压电源上，由稳压管DZ1供给稳压电源，二级管D₁作为稳压管的温度补偿。多谐振荡器输出的谐波信号通过数字电位器DS1669的分压输入到音频功率放大集成电路AN7172K，经过AN7172K的相位补偿、驱动和功率输出后，实现完成控制喇叭音量的目的。AN7172K的各引脚功能为：①负反馈I；②地；③负反馈II；④输入；⑤旁路；⑥电源Vcc；⑦输出II；⑧地；⑨输出I。

其中的数字电位器是可用数字信号控制电位器滑动端位置的新型器件，一般分按钮控制和串行信号控制两种。本发明采用Maxim(美信)公司的DS1669-10数字电位器，其最大电阻为10KΩ，提供64档调节，其引脚和功能示意图见图7，各引脚功能为：①R_H-高阻端；②UC-上调按钮；③D-串行数字输入引脚；④R_L-低阻端；⑤电源正；⑥DC-下调按钮；⑦R_W-滑动端；⑧电源负。本发明采用按钮控制方案，即由UC或DC引脚上的输入脉冲个数控制R_H引脚和R_L引脚之间的等效电阻变化，令该等效电阻为R_C。R_C的变化调节了音频功率放大器的输入电压，经过放大后使喇叭音量得以调整。

Claims (4)

1、一种用于机动车的车速控制喇叭音量装置，具有车速传感器(1)及喇叭(4)，其特征是在车速传感器(1)的输出端连接有车速-音量信号转换器(2)，车速-音量信号转换器(2)的输出端连接有音量可调功放电路(3)，音量可调功放电路(3)的输出端与喇叭(4)相连接；

所述的车速-音量信号转换器(2)相继由车速信号输入单元(21)、车速信号保持单元(22)、比较运算单元(23)和音量控制信号输出单元(24)相连组成，其中的车速信号输入单元(21)与车速传感器(1)相连，音量控制信号输出单元(24)与音量可调功放电路相连。

2、如权利要求1所述的车速控制喇叭音量装置，其特征是构成车速-音量信号转换器(2)的所述的车速信号输入单元(21)、车速信号保持单元(22)、比较运算单元(23)和音量控制信号输出单元(24)集成于一单片机。

3、如权利要求2所述的车速控制喇叭音量装置，其特征是所述的单片机是具有高速输入通道和高速输出通道的单片机。

4、如权利要求1所述的车速控制喇叭音量装置，其特征是所述的音量可调功放电路(3)相继由多谐振荡器电路(31)、数字电位器(32)和音频功放电路(33)相连组成。

Images