基于特征音頻識(shí)別的傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于特征音頻識(shí)別的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]普通的音頻傳感器一般是將檢測(cè)到的聲音信號(hào)經(jīng)線性放大系統(tǒng)放大后直接輸出，傳感器不具有特征識(shí)別的功能。這類傳感器用于聲音識(shí)別時(shí)，需要通過(guò)其外接的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化處理后利用軟件系統(tǒng)進(jìn)行頻譜識(shí)別。當(dāng)該類音頻傳感器用于報(bào)警時(shí)，主要通過(guò)檢測(cè)信號(hào)幅度，與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。當(dāng)噪聲信號(hào)的幅度較大時(shí)，易產(chǎn)生誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)現(xiàn)象。
[0003]智能化的特征識(shí)別往往依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)，給音頻傳感器的小型化設(shè)計(jì)帶來(lái)困擾。隨著單片機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)的指令速度越來(lái)越快，內(nèi)建功能也越來(lái)越強(qiáng)大，例如STC15S205EA系列8位51內(nèi)核的單片機(jī)，其內(nèi)建有FLASH程序存儲(chǔ)器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時(shí)鐘振蕩、8通道ADC等系統(tǒng)，20引腳SOP封裝，尺寸小巧，方便與傳感器一起封裝，且自身帶著ADC轉(zhuǎn)換，主頻達(dá)33MHz，為音頻傳感器的小型化、智能化設(shè)計(jì)提供了方便。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于特征音頻識(shí)別的傳感器，該傳感器通過(guò)內(nèi)置單片機(jī)能直接判斷出特征音頻，從而輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)，傳感器整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、監(jiān)測(cè)穩(wěn)定可靠。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的基于特征音頻識(shí)別的傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括壓電元件、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機(jī)和輸出電路，其中:壓電元件將聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)化為音頻電信號(hào);放大電路包括用于阻抗匹配的前置放大電路和用于對(duì)音頻電信號(hào)進(jìn)行幅度放大的運(yùn)算放大電路;ADC系統(tǒng)內(nèi)置于單片機(jī)中，其將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字閾值濾波，提取特征聲音頻率，與其內(nèi)置的特征音頻比較，然后向其輸出端口輸出高電平或低電平信號(hào);輸出電路與單片機(jī)的輸出端口連接，采用集電極開(kāi)路的電路結(jié)構(gòu)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0006]所述前置放大電路為由MOS管和多個(gè)電阻、電容組成的電壓跟隨器。
[0007]所述運(yùn)算放大電路為由運(yùn)算放大器和外圍電阻元件構(gòu)成的同相運(yùn)算放大電路。
[0008]所述運(yùn)算放大器上連接有用于調(diào)節(jié)靈敏度的電位器。
[0009]所述單片機(jī)采用MCS51內(nèi)核的STC15S205EA芯片，其內(nèi)建有FLASH程序存儲(chǔ)器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時(shí)鐘振蕩、8通道ADC系統(tǒng)。
[0010]所述壓電元件為壓電晶體或壓電陶瓷。
[0011]本實(shí)用新型的工作原理是:壓電元件用來(lái)檢測(cè)聲音信號(hào)，通過(guò)一級(jí)電壓跟隨器對(duì)壓電傳元件進(jìn)行阻抗變換，然后進(jìn)行音頻信號(hào)的幅度放大，由單片機(jī)內(nèi)置的ADC系統(tǒng)，將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字濾波，將環(huán)境干擾信號(hào)過(guò)濾掉，篩選出玻璃破碎時(shí)發(fā)出的特征聲音頻率，跟內(nèi)置的特征音頻進(jìn)行比較，最后經(jīng)輸出電路輸出開(kāi)關(guān)信息。
[0012]可見(jiàn)，本實(shí)用新型的傳感器在集成了單片機(jī)的基礎(chǔ)上，能直接識(shí)別特征音頻，從而輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)以供系統(tǒng)應(yīng)用，其具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意框圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型的電路原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參照附圖，該基于特征音頻識(shí)別的傳感器包括壓電元件S1、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機(jī)Ul和輸出電路I。下面對(duì)圖2中的各元器件進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹:圖2中SI代表系統(tǒng)的壓電元件，它負(fù)責(zé)接收外界的信息;Tl為MOS管;Al代表運(yùn)算放大器;RW是靈敏度調(diào)節(jié)電位器;T2是NPN型三極管;Jl代表連接口，其包括電源接口和信號(hào)輸出接口 ；U1是單片機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)采用STC系列的15S205EA單片機(jī);系統(tǒng)接5V電源，VSS接工作電源負(fù)極。
[0017]壓電元件SI其將聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)化為音頻電信號(hào)，可采用壓電晶體或壓電陶瓷，利用壓電效應(yīng)將機(jī)械波動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0018]放大電路包括用于阻抗匹配的前置放大電路2和用于對(duì)音頻電信號(hào)進(jìn)行幅度放大的運(yùn)算放大電路3。前置放大電路2為由MOS管Tl和多個(gè)電阻、電容組成的電壓跟隨器。運(yùn)算放大電路3為由運(yùn)算放大器Al和外圍電阻元件構(gòu)成的同相運(yùn)算放大電路。如圖2所示，前置放大電路由皿^管11和外圍元件(:1工2、03以及1?1、1?2、1?、1?4構(gòu)成電壓跟隨器，電路的高輸入阻抗特性與壓電元件的高內(nèi)阻特點(diǎn)便于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，利于提高傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性;而電路的低輸出阻抗特性便于與運(yùn)算放大電路接口，因此前置放大電路不僅具有電壓跟隨的作用，還具有阻抗匹配的作用;運(yùn)算放大器Al和外圍元件R5、R6、R7構(gòu)成同相運(yùn)算放大電路，用來(lái)對(duì)前置放大電路跟蹤的聲音信號(hào)進(jìn)行幅度放大，以便于與單片機(jī)系統(tǒng)的ADC接口。運(yùn)算放大器Al上連接有用于調(diào)節(jié)靈敏度的電位器RW，通過(guò)調(diào)整電位器的大小來(lái)調(diào)整運(yùn)算放大器Al的靈敏度。
[0019]ADC系統(tǒng)內(nèi)置于單片機(jī)Ul中，其將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào);單片機(jī)Ul對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字閾值濾波，提取特征聲音頻率，與其內(nèi)置的特征音頻比較，然后向其輸出端口輸出高電平或低電平信號(hào)。輸出電路I與單片機(jī)Ul的輸出端口連接，采用集電極開(kāi)路的電路結(jié)構(gòu)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0020]單片機(jī)Ul采用MCS51內(nèi)核的STC15S205EA芯片，其內(nèi)建有FLASH程序存儲(chǔ)器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時(shí)鐘振蕩、8通道ADC系統(tǒng)，采用20引腳的SOP封裝，內(nèi)部資源豐富，便于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。單片機(jī)Ul除實(shí)現(xiàn)智能化控制功能外，還利用其內(nèi)置的ADC系統(tǒng)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，被檢測(cè)的聲音信號(hào)經(jīng)放大電路放大后，送到Ul的I/O口Pl.0，由連接該口的內(nèi)部ADC系統(tǒng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)。通過(guò)單片機(jī)軟件系統(tǒng)完成數(shù)字閾值濾波，初步判斷是否需要對(duì)數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，當(dāng)信號(hào)幅度超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，單片機(jī)軟件系統(tǒng)將對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行特征分析和特征音頻的識(shí)別，并與設(shè)置的特征音頻比較實(shí)現(xiàn)輸出控制，最后經(jīng)輸出電路輸出開(kāi)關(guān)信息。
[0021]可見(jiàn)，本實(shí)用新型的傳感器在集成了單片機(jī)的基礎(chǔ)上，能直接識(shí)別特征音頻，從而輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)以供系統(tǒng)應(yīng)用，其具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的傳感器主要用于玻璃破碎報(bào)警，可將玻璃破碎音的特征譜作為預(yù)置參數(shù)，當(dāng)傳感器對(duì)被檢測(cè)的聲音完成特征頻譜分析后，與預(yù)置參數(shù)進(jìn)行比較，從而確定被檢測(cè)聲音是否滿足報(bào)警條件，發(fā)出特征識(shí)別的結(jié)果。
[0022]綜上所述，本實(shí)用新型不限于上述【具體實(shí)施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下，可做若干的更改和修飾。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以本實(shí)用新型的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于特征音頻識(shí)別的傳感器，其特征是包括壓電元件(SI)、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機(jī)(Ul)和輸出電路(I)，其中: 壓電元件(SI)，其將聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)化為音頻電信號(hào)； 放大電路，其包括用于阻抗匹配的前置放大電路(2)和用于對(duì)音頻電信號(hào)進(jìn)行幅度放大的運(yùn)算放大電路(3); ADC系統(tǒng)，內(nèi)置于單片機(jī)(Ul)中，其將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)； 單片機(jī)，其對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字閾值濾波，提取特征聲音頻率，與其內(nèi)置的特征音頻比較，然后向其輸出端口輸出高電平或低電平信號(hào)； 輸出電路(I )，其與單片機(jī)(UI)的輸出端口連接，采用集電極開(kāi)路的電路結(jié)構(gòu)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。2.如權(quán)利要求1所述的基于特征音頻識(shí)別的傳感器，其特征是所述前置放大電路(2)為由MOS管(Tl)和多個(gè)電阻、電容組成的電壓跟隨器。3.如權(quán)利要求1所述的基于特征音頻識(shí)別的傳感器，其特征是所述運(yùn)算放大電路(3)為由運(yùn)算放大器(Al)和外圍電阻元件構(gòu)成的同相運(yùn)算放大電路。4.如權(quán)利要求3所述的基于特征音頻識(shí)別的傳感器，其特征是所述運(yùn)算放大器(Al)上連接有用于調(diào)節(jié)靈敏度的電位器(RW)。5.如權(quán)利要求1所述的基于特征音頻識(shí)別的傳感器，其特征是所述單片機(jī)(Ul)采用MCS51內(nèi)核的STC15 S205EA芯片，其內(nèi)建有FLASH程序存儲(chǔ)器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時(shí)鐘振蕩、8通道ADC系統(tǒng)。6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的基于特征音頻識(shí)別的傳感器，其特征是所述壓電元件(SI)為壓電晶體或壓電陶瓷。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于特征音頻識(shí)別的傳感器，其包括壓電元件、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機(jī)和輸出電路，其中：壓電元件將聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)化為音頻電信號(hào)；放大電路包括用于阻抗匹配的前置放大電路和用于對(duì)音頻電信號(hào)進(jìn)行幅度放大的運(yùn)算放大電路；ADC系統(tǒng)內(nèi)置于單片機(jī)中，其將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字閾值濾波，提取特征聲音頻率，與其內(nèi)置特征音頻比較，然后輸出高電平或低電平信號(hào)；輸出電路與單片機(jī)的輸出端口連接，采用集電極開(kāi)路輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。本實(shí)用新型在集成了單片機(jī)的基礎(chǔ)上，能直接識(shí)別特征音頻，從而輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)以供系統(tǒng)應(yīng)用，具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全和監(jiān)測(cè)穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01H11/08
【公開(kāi)號(hào)】CN205209626
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521091496
【發(fā)明人】杜志宏, 夏文濤, 張馨丹, 邱召運(yùn)
【申請(qǐng)人】濰坊醫(yī)學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日