基于特征音頻識別的傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及傳感器領(lǐng)域，具體的說是一種基于特征音頻識別的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]普通的音頻傳感器一般是將檢測到的聲音信號經(jīng)線性放大系統(tǒng)放大后直接輸出，傳感器不具有特征識別的功能。這類傳感器用于聲音識別時，需要通過其外接的應(yīng)用系統(tǒng)進行數(shù)字化處理后利用軟件系統(tǒng)進行頻譜識別。當(dāng)該類音頻傳感器用于報警時，主要通過檢測信號幅度，與設(shè)定的閾值進行比較實現(xiàn)報警功能。當(dāng)噪聲信號的幅度較大時，易產(chǎn)生誤報、錯報現(xiàn)象。
[0003]智能化的特征識別往往依賴于計算機技術(shù)，給音頻傳感器的小型化設(shè)計帶來困擾。隨著單片機技術(shù)的進步，單片機的指令速度越來越快，內(nèi)建功能也越來越強大，例如STC15S205EA系列8位51內(nèi)核的單片機，其內(nèi)建有FLASH程序存儲器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時鐘振蕩、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33MHz，為音頻傳感器的小型化、智能化設(shè)計提供了方便。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于特征音頻識別的傳感器，該傳感器通過內(nèi)置單片機能直接判斷出特征音頻，從而輸出開關(guān)信號，傳感器整體結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、監(jiān)測穩(wěn)定可靠。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的基于特征音頻識別的傳感器的結(jié)構(gòu)特點是包括壓電元件、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機和輸出電路，其中:壓電元件將聲波振動轉(zhuǎn)化為音頻電信號;放大電路包括用于阻抗匹配的前置放大電路和用于對音頻電信號進行幅度放大的運算放大電路;ADC系統(tǒng)內(nèi)置于單片機中，其將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；單片機對數(shù)字信號進行數(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;輸出電路與單片機的輸出端口連接，采用集電極開路的電路結(jié)構(gòu)輸出開關(guān)信號。
[0006]所述前置放大電路為由MOS管和多個電阻、電容組成的電壓跟隨器。
[0007]所述運算放大電路為由運算放大器和外圍電阻元件構(gòu)成的同相運算放大電路。
[0008]所述運算放大器上連接有用于調(diào)節(jié)靈敏度的電位器。
[0009]所述單片機采用MCS51內(nèi)核的STC15S205EA芯片，其內(nèi)建有FLASH程序存儲器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時鐘振蕩、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]本實用新型的工作原理是:壓電元件用來檢測聲音信號，通過一級電壓跟隨器對壓電傳元件進行阻抗變換，然后進行音頻信號的幅度放大，由單片機內(nèi)置的ADC系統(tǒng)，將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由單片機的軟件系統(tǒng)進行數(shù)字濾波，將環(huán)境干擾信號過濾掉，篩選出玻璃破碎時發(fā)出的特征聲音頻率，跟內(nèi)置的特征音頻進行比較，最后經(jīng)輸出電路輸出開關(guān)信息。
[0012]可見，本實用新型的傳感器在集成了單片機的基礎(chǔ)上，能直接識別特征音頻，從而輸出開關(guān)信號以供系統(tǒng)應(yīng)用，其具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和監(jiān)測穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明:
[0014]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意框圖；
[0015]圖2為本實用新型的電路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0016]參照附圖，該基于特征音頻識別的傳感器包括壓電元件S1、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機Ul和輸出電路I。下面對圖2中的各元器件進行簡單介紹:圖2中SI代表系統(tǒng)的壓電元件，它負責(zé)接收外界的信息;Tl為MOS管;Al代表運算放大器;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輸出接口 ；U1是單片機，單片機系統(tǒng)采用STC系列的15S205EA單片機;系統(tǒng)接5V電源，VSS接工作電源負極。
[0017]壓電元件SI其將聲波振動轉(zhuǎn)化為音頻電信號，可采用壓電晶體或壓電陶瓷，利用壓電效應(yīng)將機械波動轉(zhuǎn)換為電信號。
[0018]放大電路包括用于阻抗匹配的前置放大電路2和用于對音頻電信號進行幅度放大的運算放大電路3。前置放大電路2為由MOS管Tl和多個電阻、電容組成的電壓跟隨器。運算放大電路3為由運算放大器Al和外圍電阻元件構(gòu)成的同相運算放大電路。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)阻特點便于實現(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;運算放大器Al和外圍元件R5、R6、R7構(gòu)成同相運算放大電路，用來對前置放大電路跟蹤的聲音信號進行幅度放大，以便于與單片機系統(tǒng)的ADC接口。運算放大器Al上連接有用于調(diào)節(jié)靈敏度的電位器RW，通過調(diào)整電位器的大小來調(diào)整運算放大器Al的靈敏度。
[0019]ADC系統(tǒng)內(nèi)置于單片機Ul中，其將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;單片機Ul對數(shù)字信號進行數(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。輸出電路I與單片機Ul的輸出端口連接，采用集電極開路的電路結(jié)構(gòu)輸出開關(guān)信號。
[0020]單片機Ul采用MCS51內(nèi)核的STC15S205EA芯片，其內(nèi)建有FLASH程序存儲器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時鐘振蕩、8通道ADC系統(tǒng)，采用20引腳的SOP封裝，內(nèi)部資源豐富，便于簡化系統(tǒng)設(shè)計。單片機Ul除實現(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，被檢測的聲音信號經(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)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并存儲在數(shù)據(jù)區(qū)。通過單片機軟件系統(tǒng)完成數(shù)字閾值濾波，初步判斷是否需要對數(shù)字信號的數(shù)據(jù)進行進一步分析，當(dāng)信號幅度超過設(shè)定的閾值時，單片機軟件系統(tǒng)將對數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)塊進行特征分析和特征音頻的識別，并與設(shè)置的特征音頻比較實現(xiàn)輸出控制，最后經(jīng)輸出電路輸出開關(guān)信息。
[0021]可見，本實用新型的傳感器在集成了單片機的基礎(chǔ)上，能直接識別特征音頻，從而輸出開關(guān)信號以供系統(tǒng)應(yīng)用，其具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和監(jiān)測穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。本實用新型的傳感器主要用于玻璃破碎報警，可將玻璃破碎音的特征譜作為預(yù)置參數(shù)，當(dāng)傳感器對被檢測的聲音完成特征頻譜分析后，與預(yù)置參數(shù)進行比較，從而確定被檢測聲音是否滿足報警條件，發(fā)出特征識別的結(jié)果。
[0022]綜上所述，本實用新型不限于上述【具體實施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，可做若干的更改和修飾。本實用新型的保護范圍應(yīng)以本實用新型的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于特征音頻識別的傳感器，其特征是包括壓電元件(SI)、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機(Ul)和輸出電路(I)，其中: 壓電元件(SI)，其將聲波振動轉(zhuǎn)化為音頻電信號； 放大電路，其包括用于阻抗匹配的前置放大電路(2)和用于對音頻電信號進行幅度放大的運算放大電路(3); ADC系統(tǒng)，內(nèi)置于單片機(Ul)中，其將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； 單片機，其對數(shù)字信號進行數(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； 輸出電路(I )，其與單片機(UI)的輸出端口連接，采用集電極開路的電路結(jié)構(gòu)輸出開關(guān)信號。2.如權(quán)利要求1所述的基于特征音頻識別的傳感器，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別的傳感器，其特征是所述運算放大電路(3)為由運算放大器(Al)和外圍電阻元件構(gòu)成的同相運算放大電路。4.如權(quán)利要求3所述的基于特征音頻識別的傳感器，其特征是所述運算放大器(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別的傳感器，其特征是所述單片機(Ul)采用MCS51內(nèi)核的STC15 S205EA芯片，其內(nèi)建有FLASH程序存儲器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、上電復(fù)位、程序監(jiān)控、時鐘振蕩、8通道ADC系統(tǒng)。6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的基于特征音頻識別的傳感器，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】本實用新型涉及一種基于特征音頻識別的傳感器，其包括壓電元件、放大電路、ADC系統(tǒng)、單片機和輸出電路，其中：壓電元件將聲波振動轉(zhuǎn)化為音頻電信號；放大電路包括用于阻抗匹配的前置放大電路和用于對音頻電信號進行幅度放大的運算放大電路；ADC系統(tǒng)內(nèi)置于單片機中，其將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；單片機對數(shù)字信號進行數(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；輸出電路與單片機的輸出端口連接，采用集電極開路輸出開關(guān)信號。本實用新型在集成了單片機的基礎(chǔ)上，能直接識別特征音頻，從而輸出開關(guān)信號以供系統(tǒng)應(yīng)用，具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和監(jiān)測穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。
【IPC分類】G01H11/08
【公開號】CN205209626
【申請?zhí)枴緾N201521091496
【發(fā)明人】杜志宏, 夏文濤, 張馨丹, 邱召運
【申請人】濰坊醫(yī)學(xué)院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月25日