CN217506704U - 一种超声波遥控电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波遥控电路，涉及语音数字信号处理电路技术领域，包括MIC信号采集电路、E901A‑P24芯片、语音播放反馈电路、电源；MIC信号采集电路包括MIC，MIC正负两端分别串联第一电阻、第二电阻到电源和地；第二电阻与接地端之间串联有第一电容用于电源滤波；电源由8脚IO口P00控制；由MIC输入的MIC信号经由E901A‑P24芯片内部前置放大处理输出至23脚的麦克风前置放大器输出端。本实用新型能够克服红外遥控方向性的缺陷，且成本相对RF遥控和蓝牙遥控低；通过电路中设置滤波电容、放大反馈电阻、正反馈电阻等器件，使电路结构简单、稳定、可靠，且能够稳定的获取MIC信号并获得声音频谱。

Description

一种超声波遥控电路

技术领域

本实用新型属于语音数字信号处理电路技术领域，特别是涉及一种超声波遥控电路。

背景技术

现有的大众所熟知的遥控方式有三种：红外遥控、RF无线遥控以及蓝牙遥控，上述遥控方式均需要遥控发射模块和接收模块；其中，蓝牙遥控发射可以由手机蓝牙替代。这三种遥控方式在家电、玩具、物联网等领域具有广泛的应用，成为现代生活和工作不可或缺的一部分。但是上述遥控都具有一定的局限性；红外遥控缺点是具有方向性，只能在遥控器对准一定扇形角度的区域才能够被有效接收信号，其余大部分区域是盲区；RF无线遥控以及蓝牙遥控频率一般在几十兆赫至2.4GHZ之间，这个频段对其它无线电频谱重叠比较多，而且需要比较稳定的接收装置，成本相对比较高，同频干扰比较多，一般需要对码学习。

实用新型内容

本实用新型提供了一种超声波遥控电路，解决了以上问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的一种超声波遥控电路，包括MIC信号采集电路、E901A-P24 芯片、语音播放反馈电路、电源；

所述MIC信号采集电路包括MIC，MIC正负两端分别串联第一电阻、第二电阻到电源和地；第二电阻与接地端之间串联有第一电容用于电源滤波；所述MIC正负两端分别串联第二电容、第三电容接入E901A-P24芯片的21脚和 22脚；所述电源由E901A-P24芯片的8脚IO口P00控制；由MIC输入的MIC 信号经由E901A-P24芯片内部前置放大处理输出至23脚的麦克风前置放大器输出端，并依次串联有第三电阻、第四电容，然后接入至E901A-P24芯片上10脚的运放OPB的负极作为信号源，并于第四电容上串联第四电阻到 E901A-P24芯片上9脚的运放OPB的输出端作为放大反馈电阻；所述第三电阻与E901A-P24芯片的9脚运放OPB的输出端之间接有第五电容；

所述电源与地之间依次串联有第五电阻、第六电阻,所述第五电阻、第六电阻串联的位置之间接入第七电阻至E901A-P24芯片上11脚的OPB的正极脚位；所述第五电阻与第六电阻串联之间的位置对地接入第六电容；位于 E901A-P24芯片上9脚的运放OPB的输出端与11脚的OPB的正极脚位之间接入第八电阻；

所述语音播放反馈电路包括E901A-P24芯片的1脚、2脚、24脚，所述 24脚与1脚之间依次串联有第七电容、第九电阻；所述1脚与2脚之间并联接有第十电阻和第八电容；

所述E901A-P24芯片上的3脚和4脚分别接扬声器两端，所述E901A-P24 芯片上的19脚对地接有第九电容，与外部的下拉电容组成一个RC电路；所述E901A-P24芯片的14脚、15脚、16脚为三路LED输出，组成一个三基色灯。

进一步地，所述E901A-P24芯片具体是基于H9T56QP的晶圆基础上，设计封装成SSOP24的封装形式。

进一步地，所述第一电阻、第二电阻均采用3.3千欧。

进一步地，所述第二电容、第三电容为0.1微法，用于直流信号隔离。

进一步地，所述第四电阻为150千欧，所述第三电阻为10千欧。

进一步地，所述第五电阻、第六电阻均采用10千欧，提供1/2输入电压。

进一步地，所述第八电阻为10千欧的正反馈电阻。

进一步地，所述E901A-P24芯片的14脚输出高电平到第十一电阻，所述第十一电阻另外一端连接绿色LED，绿色LED另一个脚接地；所述15脚输出高电平到第十二电阻，所述第十二电阻另外一端连接蓝色LED，蓝色LED另一个脚接地；所述16脚输出高电平到第十三电阻，所述第十三电阻另外一端连接红色LED，红色LED另一个脚接地。

本实用新型相对于现有技术包括有以下有益效果：

本实用新型基于E901A-P24芯片提供了一种实现超声波遥控方案的电路，通过该电路接收带有超声波编码的不可听到的声音，能够克服红外遥控方向性的缺陷，且成本相对RF遥控和蓝牙遥控低；通过电路中设置滤波电容、放大反馈电阻、正反馈电阻等器件，使电路结构简单、稳定、可靠，且能够稳定的获取MIC信号并获得声音频谱。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种超声波遥控电路用于超声波载波遥控接收的原理图；

图2为本实用新型所使用的E901A-P24芯片基于SSOP24封装的脚位图；

图3为基于本技术的超声波遥控电路专门配置的三基色LED灯带遥控编写的手机APP界面图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

R6-第一电阻，R7-第二电阻，R8-第三电阻，R9-第四电阻，R13-第五电阻，R12-第六电阻，R11-第七电阻，R10-第八电阻，R4-第九电阻，R5-第十电阻，R1-第十一电阻，R2-第十二电阻，R3-第十三电阻，C7-第一电容，C8- 第三电容，C10-第四电容，C11-第五电容，C12-第六电容，C4-第七电容，C5- 第八电容，C6-第九电容，C2-第十电容，C3-第十一电容。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2所示，本实用新型的一种超声波遥控电路，包括MIC信号采集电路、E901A-P24芯片、语音播放反馈电路、电源；本具体实施例中， E901A-P24芯片具体是基于H9T56QP的晶圆基础上，设计封装成SSOP24的封装形式，其具体脚位如图2所示，脚位功能如下表1所示；

表1：E901A-P24芯片的脚位功能说明表

如图1所示，MIC信号采集电路为图1中右上角所示，包括MIC即咪头， MIC正负两端分别串联第一电阻R6、第二电阻R7到电源和地；由于这个电源对电压稳定要求比较重要，避免电源噪音引入。第二电阻R7与接地端之间串联有第一电容C7用于电源滤波；MIC正负两端分别串联第二电容C9、第三电容C8接入E901A-P24芯片的21脚和22脚，将MIC交流变化信号分别接入芯片的22脚和21脚做处理；由于MIC电源端一直打开会耗电，电源由E901A-P24 芯片的8脚IO口P00控制，E901A-P24芯片休眠前把P00置成低电平，从而关闭了MIC电源；第二电容C9、第三电容C8为0.1微法电容作为直流信号隔离；

由MIC输入的MIC信号经由E901A-P24芯片内部前置放大处理输出至23 脚的麦克风前置放大器输出端MIC_AMP(MIC Pre-Amplifier Output)，这个信号作为下一级集成运放的输入信号；并依次串联有第三电阻R8、第四电容 C10，然后接入至E901A-P24芯片上10脚的运放OPB的负极作为信号源，然后再串接第四电阻R9到E901A-P24芯片上9脚的运放OPB的输出端作为放大反馈电阻，第一电阻R6、第二电阻R7均采用3.3千欧；第四电阻R9为150千欧，第三电阻R8为10千欧；从阻值看放大倍率是R9/R8＝150/10＝15倍。另外，为了信号稳定性，电阻R8和芯片9脚OPB输出(OPB_O)之间接一个滤波电容即第五电容C11；

电源与地之间依次串联有第五电阻R13、第六电阻R12，第五电阻R13、第六电阻R12均采用10千欧，提供1/2输入电压；第五电阻R13、第六电阻 R12串联的位置之间接入第七电阻R11至E901A-P24芯片上11脚的OPB的正极脚位即(OPB_P)，即运放OPB正极参考电位为1/2VCC；第五电阻R13与第六电阻R12串联之间的位置对地接入第六电容C12，具体接入位置为1/2VCC 接入点，第六电容C12具体为10微法电容；

另外，为了避免整个运放电路的波动，位于E901A-P24芯片上9脚的运放OPB的输出端与11脚的OPB的正极脚位之间接入第八电阻R10；第八电阻 R10为10千欧的正反馈电阻；如果OPB输出(OPB_O)因为信号波动后，通过第八电阻R10反馈部分信号使之达到稳定状态；

语音播放反馈电路包括E901A-P24芯片的1脚、2脚、24脚，E901A-P24 芯片的24脚将要播放的语音电流信号通过第七电容C4滤波隔直流信号后，串接一个第九电阻R4，将信号接入E901A-P24芯片的1脚EQI运放输入负极，然后再将E901A-P24芯片的1脚和2脚EQO运放输入负极之间并联接一个第十电阻R5和作为滤波电容的第八电容C5，其中第十电阻R5是反馈电阻，第八电容C5是有源滤波电容，其中音频电压放大倍率是R5/R4的比值；

另外，电源和地之间需要并接一个第十电容C2和作为电解电容的第十一电容C1，以免在芯片大电流的情况下避免电压频繁波动。

E901A-P24芯片上的3脚和4脚分别接扬声器两端；

E901A-P24芯片上的19脚对地接有第九电容C6，这个脚内部是有上拉电阻的，与外部的下拉电容组成一个RC电路，为芯片上电时提供一个负脉冲信号，导致芯片上电复位；E901A-P24芯片的14脚、15脚、16脚为三路LED 输出，组成一个三基色灯。

其中E901A-P24芯片的14脚P10输出高电平到第十一电阻R1，第十一电阻R1电阻另外一端连接绿色LED，绿色LED另一个脚接地，从而点亮绿色 LED之D1。同理，E901A-P24芯片的15脚输出高电平到第十二电阻R2，第十二电阻R2另外一端连接蓝色LED之D2，接蓝色LED另一个脚接地；16脚输出高电平到第十三电阻R3，第十三电阻R3另外一端连接红色LED之D3，红色LED另一个脚接地。

MIC信号采集电路将接收到的音频信号经内部处理后输出至MIC_AMP，然后进入集成运算放大器OPB的负极信号输入端，经过15倍的放大滤波，由 OPB的输出端进入芯片内部的ADC进行模数转换，由E901A-P24芯片内部的 FFT(Fast Fourier Transform快速傅里叶变换)进行频谱运算，计算出整个声音的频谱，从而检出超声波编码特定的谱线，即所谓的超声波解码。

超声波编码原理：

在十分安静的情况下，人在某个频率刚能听到的最小声强到引起听觉疼痛的声音之间即为人的听觉响应范围，又称听域。正常人的听域为0～20KHZ。我们对用于超声波的频段取在18KHZ附近，除非在十分安静的情况下，一般这个频段也是达到了听力的上限边缘，让人感觉不明显，而且这个频段也是目前我们常见的中频喇叭可以播放的频响范围。

如果只选18KHZ一个频率，那只能实现一个编码。而且这一个频率很容易被普通语音覆盖造成误识别，所以，最好起码有2个或个以上的音频编码组成。也同时为了能实现更多的组合，我们选了5组频率，分别是17.6K， 17.8K，18K，18.2K，18.4K这5个，从而可以是我们得到32个不同的组合状态，而有效编码为26。一般遥控器上就够用了，如表2所示：

表2为超声波编码说明

超声波编码遥控器设计可以用一个普通的语音芯片简单电路来完成，相当于播放了一段带有超声波编码的声音。

但是，在现实生活中，为了节省成本，我们往往利用手机来完成这个播放超声波编码的过程，这样超声波遥控器就可以省略，达到节约成本的目标。如图3所示，为基于本技术方案专门为三基色LED灯带遥控编写的一个手机 APP及对应该APP的控制界面图，总共19个控制编码，按相应的按键会有相应的功能做对应。

超声波解码原理：

超声波解码采用FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)方式，把采集到的语音进行分帧，对每帧进行频谱解析，算出这N个频谱的能量值，进行刷选，从而把超声波编码识别出来。

超声波编码接收的距离跟音频的大小有关，音频音量越大，能量越大，接收距离相对更远，一般情况下可以保证10米以上，适合居家小家电遥控使用，而且克服红外遥控方向性缺陷，成本又比RF遥控和蓝牙遥控低很多。

需要改进的地方是反应速度，一般我们取一帧语音数据，大概20毫秒左右，有时候我们为了可靠性，会延长到几百毫秒，这样延长了FFT的解析时间。解决此问题，取决于芯片FFT的运算速度，还有18KHZ基频波形的完整性，尽量不要有畸变，这就要求喇叭和MIC对18KHZ的响应度要灵敏，一般我们使用的中频喇叭响应度一般，如果使用专用的高频喇叭，情况会显著改善。

本技术方案中，图1为超声波遥控接收原理图。之所以采用E901A-P24 芯片，主要是因为它所具有集成度高、外部电路简单、成本低廉等优点。具体如下：(1)内建加强型16位nDSP处理器，运算速度快，而且支持相关的算法指令集；(2)内置32K BYTE OTP空间和8KBYTE SRAM空间，程序空间很大；(3)内置3组14位高速ADC转换，可处理MIC阵列；(4)内置32db 增益17.6-18.8KHZ超声波带通滤波器；(5)支持语音数据FFT频谱分析运算； (5)最多24个I/O口，其中16个可唤醒系统休眠状态；(6)工作电压 2.4-5.5V，静态电流2微安。以上几点相关的功能可以使超声波解码硬件电路非常简捷，E901A-P24集成了此应用所具有的电路要素，使整个电路稳定性很高。

本产品为用户提供一种相对成本低廉但兼具前三种的优点超声波遥控方案，其载波频率可以很容易被MIC咪头当做普通语音采集到，再经过DSP运算出频谱组合编码，可以很容易识别出里面包含的信息，然后传送给系统做出相应的反馈。器载波的信息编码可以叠加在普通的音频中，通过喇叭播放出去出去，只要有声音的地方就有遥控信息编码。接收装置只需要在普通的语音播放电路增加一个普通的咪头即可，成本只增加0.2元左右。

本实用新型基于E901A-P24芯片提供了一种实现超声波遥控方案的电路，通过该电路接收带有超声波编码的不可听到的声音，能够克服红外遥控方向性的缺陷，且成本相对RF遥控和蓝牙遥控低；通过电路中设置滤波电容、放大反馈电阻、正反馈电阻等器件，使电路结构简单、稳定、可靠，且能够稳定的获取MIC信号并获得声音频谱。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种超声波遥控电路，其特征在于，包括MIC信号采集电路、E901A-P24芯片、语音播放反馈电路、电源；

所述MIC信号采集电路包括MIC，MIC正负两端分别串联第一电阻(R6)、第二电阻(R7)到地和电源；第二电阻(R7)与接地端之间串联有第一电容(C7)用于电源滤波；所述MIC正负两端分别串联第二电容(C9)、第三电容(C8)接入E901A-P24芯片的21脚和22脚；所述电源由E901A-P24芯片的8脚IO口P00控制；由MIC输入的MIC信号经由E901A-P24芯片内部前置放大处理输出至23脚的麦克风前置放大器输出端，并依次串联有第三电阻(R8)、第四电容(C10)，然后接入至E901A-P24芯片上10脚的运放OPB的负极作为信号源，并于第四电容(C10)上串联第四电阻(R9)到E901A-P24芯片上9脚的运放OPB的输出端作为放大反馈电阻；所述第三电阻(R8)与E901A-P24芯片的9脚运放OPB的输出端之间接有第五电容(C11)；

所述电源与地之间依次串联有第五电阻(R13)、第六电阻(R12),所述第五电阻(R13)、第六电阻(R12)串联的位置之间接入第七电阻(R11)至E901A-P24芯片上11脚的OPB的正极脚位；所述第五电阻(R13)与第六电阻(R12)串联之间的位置对地接入第六电容(C12)；位于E901A-P24芯片上9脚的运放OPB的输出端与11脚的OPB的正极脚位之间接入第八电阻(R10)；

所述语音播放反馈电路包括E901A-P24芯片的1脚、2脚、24脚，所述24脚与1脚之间依次串联有第七电容(C4)、第九电阻(R4)；所述1脚与2脚之间并联接有第十电阻(R5)和第八电容(C5)；

所述E901A-P24芯片上的3脚和4脚分别接扬声器两端，所述E901A-P24芯片上的19脚对地接有第九电容(C6)，与外部的下拉电容组成一个RC电路；所述E901A-P24芯片的14脚、15脚、16脚为三路LED输出，组成一个三基色灯。

2.根据权利要求1所述的一种超声波遥控电路，其特征在于，所述E901A-P24芯片具体是基于H9T56QP的晶圆基础上，设计封装成SSOP24的封装形式。

3.根据权利要求1所述的一种超声波遥控电路，其特征在于，所述第一电阻(R6)、第二电阻(R7)均采用3.3千欧。

4.根据权利要求1所述的一种超声波遥控电路，其特征在于，所述第二电容(C9)、第三电容(C8)为0.1微法，用于直流信号隔离。

5.根据权利要求1所述的一种超声波遥控电路，其特征在于，所述第四电阻(R9)为150千欧，所述第三电阻(R8)为10千欧。

6.根据权利要求1所述的一种超声波遥控电路，其特征在于，所述第五电阻(R13)、第六电阻(R12)均采用10千欧，提供1/2输入电压。

7.根据权利要求1所述的一种超声波遥控电路，其特征在于，所述第八电阻(R10)为10千欧的正反馈电阻。

8.根据权利要求1所述的一种超声波遥控电路，其特征在于，所述E901A-P24芯片的14脚输出高电平到第十一电阻(R1)，所述第十一电阻(R1)另外一端连接绿色LED，绿色LED另一个脚接地；所述15脚输出高电平到第十二电阻(R2)，所述第十二电阻(R2)另外一端连接蓝色LED，蓝色LED另一个脚接地；所述16脚输出高电平到第十三电阻(R3)，所述第十三电阻(R3)另外一端连接红色LED，红色LED另一个脚接地。

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