CN204808873U - 一种智能电子喇叭 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能电子喇叭，包括检测模块、计算模块和补偿控制模块，检测模块与计算模块相连接，用于检测电子喇叭当前的工作气压、工作温度和供电电压中的一个或多个；计算模块与补偿控制模块相连接，用于根据检测结果计算出补偿控制参数；补偿控制模块，用于根据所述补偿控制参数对电子喇叭的驱动信号进行补偿控制，以便用补偿控制后的驱动信号驱动电子喇叭发声。本实用新型通过对电子喇叭的工作气压、温度和供电电压进行检测，根据检测数值用预先建立的数学模型进行计算，对电子喇叭的驱动信号的频率和脉冲宽度进行补偿控制，使得电子喇叭能够在气压和温度变化的情况下以最符合当前环境的信号功率驱动，达到不同环境条件下几乎一致的最佳发声效果。

Description

一种智能电子喇叭

技术领域

本实用新型涉及一种机动车船电子喇叭领域，尤其涉及一种智能电子喇叭。

背景技术

随着电子喇叭迅速普及，对喇叭寿命和工作稳定性的要求越来越高。除了喇叭防水性能和膜片断裂等因素外，影响喇叭正常工作的原因主要有以下三个方面：供电电源变化对喇叭的声级和寿命的影响；温度变化对喇叭声级和音质的影响；气压变化对喇叭声级的影响。数年来尽管不少人提出了形形色色的改进方法，但是都不能同时对电子喇叭的三种故障模式完善解决。

现有的电子喇叭经出厂调试好后，频率一般不能改动。由于电子喇叭的蜗牛声道受到周边环境温度或气压的影响，其蜗牛谐振腔的共振频率变化较大，使喇叭声压级产生有较大衰减。因此很多喇叭在高温环境下使用时，由于空气密度和谐振腔容积受到温度变化影响，喇叭谐振频率会向频率低端飘移。很多喇叭在低温环境下使用时，由于空气密度和谐振腔容积受到温度变化影响，喇叭谐振频率会向频率高端飘移。或因地势高度增加时大气压减低，电子喇叭的蜗牛谐振腔和驱动电路基频也会发生较大偏移致使喇叭声压级大幅衰减，以致不能正常工作。

一般机动车船用电喇叭，无论是机械式还是电子式，喇叭本身驱动功率由于受供电电压影响而变化很大。例如，电喇叭要求在9-16伏电压下工作，按照标准电压13V，工作电流4A计算的喇叭功率在25W-79W范围内会发生大幅变化。这对喇叭发音效果和喇叭寿命有很大影响，极易产生低电压下喇叭声级大幅衰减，高电压下喇叭驱动膜片发声的电磁铁动铁心和定铁心相撞(俗称打铁)产生杂音。这种现象既破坏了音质，也大大减少了喇叭寿的命。尽管有人采用恒流源驱动或采用模拟器件减少驱动脉宽来减小电流的做法，然而都因不能对驱动功率进行准确控制，从而无法消除这类故障模式的发生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能克服上述缺陷的智能电子喇叭。

本实用新型提供了一种智能电子喇叭，包括检测模块、单片机，检测模块与单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的工作气压、工作温度和供电电压中的一个或多个；模数转换模块，其与检测模块相连接，用于将检测结果从电信号转换成数字信号；信号产生模块，其与单片机相连接，用于产生电子喇叭驱动信号；单片机与模数转换模块和信号产生模块相连接，用于根据检测结果对电子喇叭驱动信号进行补偿控制，以便用补偿控制后的驱动信号驱动电子喇叭发声。

优选地，所述检测模块包括下列模块中的一个或多个：工作气压检测模块，其与所述单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的工作气压；工作温度检测模块，其与所述单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的工作温度；以及供电电压检测模块，其与所述单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的供电电压。

优选地，所述单片机包括频率调整模块和脉冲宽度调整模块，用于根据补偿控制参数对电子喇叭的驱动信号的频率和脉冲宽度进行调整。

优选地，所述智能电子喇叭还包括：存储模块，其与模数转换模块和单片机相连接，和/或与单片机和补偿控制模块相连接，用于存储数字信号和/或补偿控制参数。

优选地，所述智能电子喇叭还包括：功率放大模块，其与单片机相连接，用于对补偿控制后的驱动信号进行功率放大后驱动电子喇叭发声。

优选地，所述功率放大模块包括晶体管、场效应管、绝缘栅双极晶体管之一。

本实用新型通过对电子喇叭的工作气压、温度和供电电压进行检测，根据检测数值用预先建立的数学模型进行计算，对电子喇叭的驱动信号的频率和脉冲宽度进行补偿控制，使得电子喇叭能够在气压和温度变化的情况下以符合现场环境的方式进行，达到不同环境条件下几乎一致的最佳发声效果。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的智能电子喇叭的电路图；

图2是根据本实用新型实施例的智能电子喇叭的实现方法的流程图；以及

图3是根据本实用新型实施例的智能电子喇叭的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1是根据本实用新型实施例的智能电子喇叭的电路图。

如图1所示，本实施例的电路图包括电源供给部分、功率放大部分、喇叭驱动信号补偿控制部分、声压级传感部分、温度传感部分和供电电压检测部分。

电源供给部分包括一个由防反极性二极管D1、限流电阻R4、和稳压二极管DW2组成的串联稳压电路。防反极性二极管D1的正极和电源正端VCC相连，负极和限流电阻R4相连。电容C3与稳压二极管DW2并联，继而连接在电源的负端和限流电阻之间，由此提供稳定电压。本领域的普通技术人员应当理解，电源供给部分还可以采取其它类型的稳压电路。

功率放大部分包括一个场效应管T1。场效应管T1的栅极连接至单片机的信号输出端，用于接收单片机输出的电子喇叭驱动信号。场效应管T1的源极连接到电源负端。场效应管T1的漏极和源极之间连接有一个二极管D2。二极管D2的正极和场效应管T1的源极相连。场效应管T1的漏极和二极管D1的负极之间连接着电子喇叭SP。本领域的普通技术人员应当理解，功率放大部分可以由包括晶体管、场效应管、绝缘栅双极晶体管IGBT的电子元器件实现。从单片机输出的信号经场效应管T1放大后作用在电子喇叭上，驱动电子喇叭发声。

气压传感部分包括串联连接的压力传感器(pressuresensor)和放大器(amplifier)，其一端与电源负端相连，另一端与放大器的输入端相连，该放大器的输出端连接到单片机。

供电电压检测部分包括电阻R2、R3，电阻R2和R3串联连接在二极管D1的负极和电源负端之间，用于对喇叭的供电电压分压。

温度传感部分包括串联连接的电阻R5和热敏电阻R6(thermistor)，电阻R5的一端通过电阻R4与二极管D1的负极相连，另一端连接到热敏电阻R6，热敏电阻R6的另一端连接到电源的负端。

补偿控制部分可以由单片机实现，用于对电子喇叭的驱动信号进行补偿控制。单片机的其中一个引脚连接到电阻R2和R3之间，另一个引脚连接到电阻R5和热敏电阻R6之间，又一个引脚连接到气压传感部分的放大器的输出端。单片机分别接收气压传感部分、温度传感部分和供电电压检测部分的信号，通过计算得出对电子喇叭的驱动信号的补偿控制参数，对喇叭驱动信号进行补偿控制。该单片机中还包括信号产生单元，用于产生电子喇叭的驱动信号。

一方面，经压力传感器检测出的气压信号经放大器放大后输入单片机，经A/D转换后送入单片机中的存储器。单片机根据预先建立的与电子喇叭的工作气压、驱动信号频率和驱动信号脉冲宽度相关的数学模型，计算出电子喇叭在当前工作气压下其驱动信号的理想频率和理想脉冲宽度，并将该理想频率和理想脉冲宽度存入存储器。具体地，可以预先用0海拔标准工作气压给出电子喇叭驱动信号的频率和脉冲宽度，该频率和脉冲宽度满足预先建立的与电子喇叭的工作气压、驱动信号频率和驱动信号脉冲宽度相关的数学模型的条件，然后根据电子喇叭的当前工作气压计算出电子喇叭驱动信号的理想频率和理想脉冲宽度。

另一方面，经电阻R5、R6分压后的电信号在单片机内经A/D转换后送入单片机中的存储器。R6是热敏电阻，其阻值会随周围的温度而发生变化。根据经A/D转换后的数值和电阻R5、R6的电阻值和R6的工作参数，可以计算出电子喇叭的当前工作温度。单片机根据电子喇叭的当前工作温度，按照预先建立的温度-频率-脉宽的数学模型进行计算，计算出电子喇叭在当前工作温度下其驱动信号的理想频率和理想脉冲宽度，并将该频率和脉冲宽度存入存储器。

又一方面，经R2、R3分压后的电信号在单片机内经A/D转换后送入单片机中的存储器，根据经A/D转换后的数值和分压电阻R2、R3的电阻值，可以计算出电子喇叭的当前供电电压值。单片机根据电子喇叭的当前供电电压的数值，按照与电子喇叭的供电电压和恒定驱动功率相关的数学模型进行计算，计算出电子喇叭在当前工作电压下其驱动信号的理想脉冲宽度。所述的恒定驱动功率是预先设置并保存在单片机的存储器中的，它可以是电子喇叭的额定功率。

单片机根据从上述三方面得出的计算结果中的一项或多项，对电子喇叭的驱动信号进行频率调整和脉冲宽度调整，再经功率放大后驱动电子喇叭发声。例如，可以根据工作气压下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作温度下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据供电电压下的理想脉冲宽度对电子喇叭的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作气压下的理想频率和工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度和工作温度下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作气压下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度和供电电压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；又或根据工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后工作温度下的理想脉冲宽度和供电电压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作气压下的理想频率和工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度、工作温度下的理想脉冲宽度和供电电压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整。最终，电子喇叭能够在气压和温度变化的情况下以最符合电子喇叭当前环境的信号功率驱动，达到不同环境条件下几乎一致的最佳发声效果。

图2是根据本实用新型实施例的智能电子喇叭的实现方法的流程图。

在步骤201，检测电子喇叭当前的工作气压、工作温度和供电电压。可以用安置在电子喇叭附近的压力传感器来感测气压，经放大器放大后输入单片机。电子喇叭的工作温度和供电电压的检测可以用各种电路结构来实现，其中，工作温度的检测可以通过热敏电阻来实现，供电电压的检测可以直接通过分压电阻来实现；从电子喇叭的电路中获取分压电信号后，将该分压电信号通过A/D转换为数字信号，然后借助该数字信号和电路中与该电信号相关的已知条件可以计算出电子喇叭的当前工作温度和供电电压。在本发明的另一个实施例中，可以检测电子喇叭当前的工作气压，工作温度和供电电压中的一个或多个。

在步骤202，根据上述检测结果来计算电子喇叭驱动信号的补偿控制参数。

单片机根据电子喇叭的当前工作气压，按照预先建立的与电子喇叭的工作气压、驱动信号频率和驱动信号脉冲宽度相关的数学模型，计算出电子喇叭在当前工作气压下其驱动信号的理想频率和理想脉冲宽度。单片机根据电子喇叭的当前工作温度，按照预先建立的温度-频率-脉宽的数学模型进行计算，计算出电子喇叭在当前工作温度下其驱动信号的理想频率和理想脉冲宽度。单片机根据电子喇叭的当前供电电压，按照与电子喇叭的供电电压和恒定驱动功率相关的数学模型进行计算，计算出电子喇叭在当前工作电压下其驱动信号的理想脉冲宽度。上述计算结果可以存入单片机内的存储器。

在步骤203，根据上述补偿控制参数对电子喇叭的驱动信号进行补偿控制。应当理解，可以根据上述补偿控制参数中的一项或多项对驱动信号进行补偿控制。例如，可以根据工作气压下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作温度下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据供电电压下的理想脉冲宽度对电子喇叭的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作气压下的理想频率和工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度和工作温度下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作气压下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度和供电电压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；又或根据工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作温度下的理想脉冲宽度和供电电压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者根据工作气压下的理想频率和工作温度下的理想频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据工作气压下的理想脉冲宽度、工作温度下的理想脉冲宽度和供电电压下的理想脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整。

在步骤204，用经过补偿控制后的驱动信号驱动电子喇叭发声。最终，电子喇叭能够在气压和温度变化的情况下以最符合电子喇叭当前环境的信号功率驱动，达到不同环境条件下几乎一致的最佳发声效果。

图3是根据本实用新型实施例的智能电子喇叭的结构示意图。

如图3所示，根据本实用新型的智能电子喇叭包括检测模块、模数转换模块、单片机、补偿控制模块、信号产生模块和功率放大模块，其中，检测模块包括工作气压检测模块、工作温度检测模块和供电电压检测模块。

检测模块用于检测电子喇叭当前的工作气压、工作温度和供电电压，这些工作分别由其子模块，即工作气压检测模块、工作温度检测模块和供电电压检测模块完成。应当理解，检测模块可以包括上述子模块中的一个或多个，以执行上述一项或多项检测。

检测结果被送入模数转换模块，模数转换模块将其转换成数字信号。

单片机根据检测结果的数字信号计算出补偿控制参数，然后将补偿控制参数送入补偿控制模块。单片机包括三个子模块：第一计算子模块，其与所述补偿控制模块相连接，并且用于根据电子喇叭的当前工作气压，按照预先建立的与电子喇叭的工作气压、驱动信号频率和驱动信号脉冲宽度相关的数学模型，计算出电子喇叭在当前工作气压下其驱动信号的理想频率和理想脉冲宽度，下称第一频率和第一脉冲宽度；第二计算子模块，其与所述补偿控制模块相连接，并且用于根据电子喇叭的当前工作温度，按照预先建立的温度-频率-电流的数学模型进行计算，计算出电子喇叭在当前工作温度下其驱动信号的理想频率和理想脉冲宽度，下称第二频率和第二脉冲宽度；第三计算子模块，其与所述补偿控制模块相连接，并且用于根据电子喇叭的当前供电电压，按照与电子喇叭的供电电压和恒定驱动功率相关的数学模型进行计算，计算出电子喇叭在当前工作电压下其驱动信号的理想脉冲宽度，下称第三脉冲宽度。应当理解，单片机可以包括下列子模块中的一个或多个，以计算一项或多项控制补偿参数。

补偿控制模块根据所述补偿控制参数对由信号产生模块产生的电子喇叭的驱动信号进行补偿控制。应当理解，可以根据上述补偿控制参数中的一项或多项对驱动信号进行补偿控制。因此，补偿控制模块可以包括下列子模块之一：第一补偿控制子模块，其与所述第一计算子模块相连接，用于根据所述第一频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据所述第一脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整的模块；或者第二补偿控制子模块，其与所述第二计算子模块相连接，用于根据所述第二频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据所述第二脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者第三补偿控制子模块，其与所述第三计算子模块相连接，用于根据所述第三脉冲宽度对电子喇叭的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者第四补偿控制子模块，其分别与所述第一计算子模块和所述第二计算子模块相连接，用于根据所述第一频率和第二频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据所述第一脉冲宽度和第二脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；第五补偿控制子模块，其分别与所述第一计算子模块和所述第三计算子模块相连接，用于根据所述第一频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据所述第一脉冲宽度和第三脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；第六补偿控制子模块，其分别与所述第二计算子模块和所述第三计算子模块相连接，用于根据所述第二频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据所述第二脉冲宽度和第三脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整；或者第七补偿控制子模块，其分别与所述第一计算子模块、第二计算子模块和第三计算子模块相连接，用于根据所述第一频率和所述第二频率对电子喇叭的驱动信号频率进行调整，然后根据所述第一脉冲宽度、第二脉冲宽度和第三脉冲宽度对频率调整后的驱动信号进行脉冲宽度调整的模块。

最后，功率放大模块将补偿控制后的驱动信号进行功率放大后驱动电子喇叭发声。最终，电子喇叭能够在气压和温度变化的情况下以最符合电子喇叭当前环境的信号功率驱动，达到不同环境条件下几乎一致的最佳发声效果。

经模数转换模块转换后的数字信号和经单片机计算得出的补偿控制参数可以存储在存储模块中，该存储模块与所述模数转换模块和所述单片机相连接，和/或与所述单片机相连接，以便分别向单片机提供计算所需的数值并且向补偿控制模块提供补偿控制所需的补偿控制参数。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能电子喇叭，其特征在于，包括检测模块、单片机，其中：

所述检测模块与所述单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的工作气压、工作温度和供电电压中的一个或多个；

模数转换模块，其与所述检测模块相连接，用于将所述检测结果从电信号转换成数字信号；

信号产生模块，其与所述单片机相连接，用于产生电子喇叭驱动信号；

所述单片机与所述模数转换模块和信号产生模块相连接，用于根据检测结果对电子喇叭驱动信号进行补偿控制，以便用补偿控制后的驱动信号驱动电子喇叭发声。

2.根据权利要求1所述的智能电子喇叭，其特征在于，所述检测模块包括下列模块中的一个或多个：

工作气压检测模块，其与所述单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的工作气压；

工作温度检测模块，其与所述单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的工作温度；以及

供电电压检测模块，其与所述单片机相连接，用于检测电子喇叭当前的供电电压。

3.根据权利要求1所述的智能电子喇叭，其特征在于，所述单片机包括：频率调整模块和脉冲宽度调整模块，用于根据所述补偿控制参数对电子喇叭的驱动信号的频率和脉冲宽度进行调整。

4.根据权利要求1所述的智能电子喇叭，其特征在于，还包括：存储模块，其与所述模数转换模块和所述单片机相连接，和/或与所述单片机相连接，用于存储所述数字信号和/或所述补偿控制参数。

5.根据权利要求1所述的智能电子喇叭，其特征在于，还包括：

功率放大模块，其与所述单片机相连接，用于对补偿控制后的驱动信号进行功率放大后驱动电子喇叭发声。

6.根据权利要求5所述的智能电子喇叭，其特征在于，所述功率放大模块包括晶体管、场效应管、绝缘栅双极晶体管之一。