畢業(yè)設計 基于HX-2005型感應開關語音門的電路設計

基于HX-2005型感應開關語音門的電路設計光敏電阻原理的語音門專業(yè)名稱：電氣自動化技術職稱：教授Xx大學月二012.12月基于HX-2005型感應開關語音門的電路設計電氣自動化技術電氣自動化技術教授論文提交日期論文答辯日期摘要本文介紹一種具有簡單識別來人功能的語音門鈴，適合在賓館、商場等公共語言電路和穩(wěn)壓電路等組成，說明各個電路的工作原理。本文還介紹了一些主要電子元器件的功能和應用范圍。這是一種新型語音迎賓器，體積非常小巧，只有38x47x22毫米而且價格非常低廉，它能夠自動檢測來人，當人經(jīng)過迎賓器時自發(fā)出清晰響亮的“你好!歡迎光臨!”的中文女聲非常神奇1。檢測人的窗口很小，只要在其他物體上開8毫米左右的孔伸出檢測孔就能正常工作，所以本產品可以方便地和其他產品組合，例如裝入長毛絨玩具中，形成一個看到人就會說話的玩具。檢測窗口很隱蔽，不像紅外透鏡、微波傳感器的天線一樣引人注意，我們的產品可以讓來人很難發(fā)現(xiàn)機關，增加趣味感或者防破壞。產品價格非常低廉便于普及和大量生產。我們的產品的語音內容是固定不變的，無法定做或者更改內容。當然如果換成可錄放語音電路，或者和其他電路組合可以實現(xiàn)其他用途。畢業(yè)設計morewarm.Itisshotthetypeelectriccircuit,thelanguageelectriccircuitbythedogtheworkprtheapplicationofamachineofsomemainelectronicsespiece.formationofatoythatpeoplewilltaProductpriceisverylowpopularityandeaseofmassproduction.purposes.目錄摘要 1 引言1語音門電路的總體設計 1.1語音門的總體介紹 1.2語音門的分類…………………1.3語音門電路的設計思想……2語音門電路的硬件選擇……………畢業(yè)設計2.1光敏電阻的選擇及工作原理和參數(shù)…………2.2三極管Q1和Q2的選擇和在電路中的工作要求………………2.3SD8917在電路中的應用…………2.4其他元器件的選擇……………3.1語音門電路的工作原理…………………3.2基于HX-2005型感應開關語音門的電路和工作條件……3.3雙語音門電路的實例分析………………4語音門電路的組裝和調試……………5設計總結………5.1本設計的優(yōu)點及創(chuàng)新之處………………5.2本設計可改進的方面………………參考文獻……………………1.1引言：隨著科技進步和人民生活水平的提高，消費個性化逐漸成為趨勢，越來越多的電子產品需求的多樣化，電子產品在社會的發(fā)展中起到了主導作用。他已從原來工業(yè)中轉變到人們的生活中。這是一個重要特點知識經(jīng)濟時代。為了適應多樣化的小批量，總的市場需求大，靈活的生產技術迅速發(fā)展，因此，滿足不同消費群體的要求范圍廣泛的產品應運而生，消費者對新的狀況的個性化也越來越頻繁化。感應門鈴又稱迎賓器，是近年才有的用于小型店鋪-便利店起迎賓防盜作用的電子產品。它小巧玲瓏安裝簡單，適合于多種場合。1語音門電路的總體設計1.1語音門的總體介紹迎賓器的前身是電子防盜報警器；事先人們用它來防盜的，但后來因為電子防盜報警器發(fā)出的聲音是刺耳的報警聲，對進店的顧客產生消極的影響，后來演變成比較悅耳的聲音，特別是：叮咚聲，您好，歡迎光臨!音效特受用戶的青睞，顧客一進門就報出歡迎語音，起到了禮貌問候。現(xiàn)在迎賓器已廣泛應用到商業(yè)和公共場合中。在商店中從而做到提醒店員有人進店和迎賓的兩重作用。這是一種新型語音迎賓器，體積非常小巧，只有38x47x22毫米而且價格非常低廉，它能夠自動檢測來人，當人經(jīng)過迎賓器時自動發(fā)出清晰響亮的“你好!61.2語音門電路的分類：語音門感應門鈴有2種分光感和紅外感應原理：光感迎賓器是利用人體反射光線，光敏電阻得到足夠大變化的光線，電路產生變化電流觸發(fā)電路，靈敏度跟物體反射率有關。注：光感迎賓器與環(huán)境光照度有關，黑暗情況下不能正常使用2:紅外感應原理：迎賓器原理：紅外熱釋電傳感器，動作方式：被動式，本身不發(fā)射任何信號，故不產生有害電磁干擾，人體輻射的紅外線中心波長為9~10--um,而探測元件的波長靈敏度在0.2~20--um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7~10--um,正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外7線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。兩者比較：光感的價格便宜，但是誤報率高，因為傳感核心是光敏電阻，光敏電阻對可見光大部分波長都反應變化，故光線變化可能會觸發(fā)迎賓器反應，紅外感應的相比光感的價格較高，優(yōu)點誤報極少，加上前面的菲涅爾透鏡窗口，從而將誤報率降至最低。但是紅外感應的對環(huán)境溫度要求較高，特別是溫度不能高于人體的溫度，溫度過高會產生感應距離變近等。1.3語音門電路的設計思想首先有人經(jīng)過時，人的身影照應到光敏電阻它的阻值發(fā)生變化，電源穩(wěn)壓電路的電流得到提高，經(jīng)過IC集成電路，由內部運算處理電路得到穩(wěn)定可靠的電壓值來判斷出人的進出，然后報告給語音功放電路，并發(fā)出聲音。路電路的進出影經(jīng)過2語音門電路的硬件選擇：2.1,光敏電阻的選擇及工作原理和參數(shù)光電器件是將光能轉換為電能的一種傳感器件，它是構成光電式傳感器最主要的部件。光電器件響應快、結構簡單、使用方便，而且有較高的可靠性，因此在自動檢測、計算機和控制系統(tǒng)中應用非常廣泛。光電器件工作的物理基礎是光電效應。在光線作用下，物體的電導性能改變的現(xiàn)象稱為內光電效應，如光敏電阻等就屬于這類光電器件。在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管就屬于這類光電器件。在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管就屬于這類光電器件。在光線作用下，能使物體產生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應，即阻擋層光電效應，如光電池、光敏晶體管等就屬于這類光電器件。1.光敏電阻的結構與工作原理光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流(暗電流)很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值(亮電阻)急劇減少，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級，亮電阻在幾千歐以下。8圖2-1為光敏電阻的原理結構。它是涂于玻璃底板上的一薄層半導體物質，半導體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質的影響，在半導體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應使它在光敏層最敏感的波長范圍內透射率最大。金屬電極光敏電阻的結構圖(2-1)2.光敏電阻的主要參數(shù)(1)暗電阻光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻，此時流過的電流稱(2)亮電阻光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。(3)光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流。3.光敏電阻的基本特性(1)伏安特性在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關系稱為光敏電阻的伏安特性。圖2-2為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。由圖可見，光敏電阻在一定的電壓范圍內，其I-U曲線為直線，說明其阻畢業(yè)設計9光敏電阻電壓入圖2-2硫化鎘光敏電阻的伏安特性(2)光譜特性光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關系稱為光譜特性，亦值在可見光區(qū)域，常被用作光度量測量(照度計)的探頭。而硫化鉛光敏電阻響圖2-3為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性曲線圖(3)溫度特性溫度變化影響光敏電阻的光譜響應，同時，光敏電阻的靈敏度和暗電阻都要改變，尤其是響應于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。圖2-4為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線，它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此，硫化鉛光敏電阻要在低溫、恒溫的條件下使用。對于可見光的光敏電阻，其溫度影響要小一些。常用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線(可見光)的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值(暗阻)可達1~10MΩ;在強光條件(100LX)下，它阻值(亮阻)僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性(即光譜特性)與人眼對可見光(0.4~0.76)μm的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。所以設計光控電路時，都用白熾燈泡(小電珠)光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。圖2-4為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線三極管Q18050的工作原理和參數(shù)：(三極管8050管腳圖)1發(fā)射極2基極3集電極8550參數(shù)：集電極-基極電壓Vcbo:-40V掃芯片尺寸：4英寸(100mm)Tstg—貯存溫度-55~150℃TJ—結溫150℃PC—集電極耗散功率1wVCBO—集電極—基極電壓40VVCEO—集電極—發(fā)射極電壓25VVEBO—發(fā)射極—基極電壓6VIC—集電極電流1.2A電參數(shù)(Ta=25℃)(封裝形式：TO-92)參數(shù)符號最小值典型植最大魚單位集電極—基極截止電流至發(fā)射極—基極截止電流呈直流電流增益基極—發(fā)射極導通電活V集電極—發(fā)射極飽和電壓V基極—發(fā)射極筆利電活V集電極—基概擊穿電壓V聚電極—發(fā)射極擊穿電壓V發(fā)射極—基概擊穿電壓6V特征頻率AV中中白符號測試條件最小值典型值最大值集電極—基極擊穿電壓V集電極—發(fā)射極擊穿電壓V發(fā)射極—基極擊穿電壓5V畢業(yè)設計集電極—基極截止電流集電極—發(fā)射極截止電流發(fā)射極-基極截止電流直流電流增益集電極—發(fā)射極飽和壓降V基極—發(fā)射極飽和壓降V基極—發(fā)射極正向電壓V特征頻率CLASSIFICATIONOFHfe(1)(分類)檔次DEFGHI范圍2.3SD8917在電路中的應用SD8917是一種采用ChipCorder專利技術的語音芯片。此芯片無須A/D轉換和壓縮就可A/D記錄的8倍。片內集成了晶體振蕩器、麥克前置放大器、自動增益控制等，只要很少的智能控制系統(tǒng)中的應用。SD8917是美國ISD公司制造的一種新款語音芯片。與ISD其它系接口的微控制器，也可以用I/O仿真SPI通信協(xié)議。S間為8～16分鐘，音質好，適用于移動電話及其它便攜式電子產品中。該芯片采用CMOS技術，電源(VCCA,VCCD):為使噪聲最小，芯片的模擬并且分別引到外封裝的不同管腳小，模擬和數(shù)字電源端最好分別走線。盡可能在靠近供電端地線(VSSA,VSSD):芯片內部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。同相模擬輸入(ANAIN+):錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅動。單端輸入時，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值32mV,耦合電容和本端的3kΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅動時，信號最大幅度為峰峰值16mV,與ISD33000系列相同。反相模擬輸入(ANAIN-):差分驅動時，為錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電音頻輸出(AUDOUT):提供音頻輸出，可驅動5k2的負載。串行輸入(MOSI):此端為串行輸入端，主控制器應在串行時鐘上升沿之前半個周期串行輸出(MISO):ISD的串行輸出端。ISD未選中時，本端呈高阻態(tài)。據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD,在下降沿移出ISD。中斷(INT):本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進)中檢測到EOM或IVF時，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指OVF標志用來指示ISD的錄、放操作已到達存儲器的末尾。只在放音中檢測到內部的E行地址時鐘(RAC):漏極開路輸出。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進行了一行(SD8917系列中的存貯器共2400行)。該信號保持高電平的時間為175ms,低電平時間為25ms。在快進模式，RAC可保持高電平218.75μs,低電平31.25μs。該端可用于存儲管理3工作原理與功能特性17工作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，該協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿工作，因此對于SD8917而言，在時鐘上升沿將鎖存MOSI引腳要POWERUP00100XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>上電：等待TPUD后操作可以工作SETPLAY11100XXX<A15～AO>從指定地址開始放音。必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù)PLAY11110XXX<XXXXXXXXXXXXXXX>從當前地址開始錄音(直至EOM或OVF)SETREC10100XXX<A15～A0>從指定地址開始錄音。必須后跟REC指令錄音繼續(xù)REC10110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>從當前址開始錄音(直至OVF或停止)SETMC11101XXX<A15～A0>從指定地址開始快，必須后跟MC指令快進繼續(xù)MC11111XXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>停止當前操作STOPWRDNOXO1XXXX<XXXXXXXXXXXXXXXX>停止當前操作并掉電RINTOX110XXX<XXXXXXXXXXXXXXXXX>讀狀控制寄存器控制器件可以實現(xiàn)如錄放、錄音、信息檢索(快進)、上電/掉電、開始和停止操作、忽略地址指針等功能。位值功能位值功能RUN操作是否使用指令地址1放音1忽略輸入地址寄存內容0錄音0使用輸入地址寄存的內容快進模式P15PO行指針寄存器輸出1允許快進A15A0輸入地址寄存器0禁止。當IAB置0時，錄、放操作從A9～A0地址開始。為了能連貫地錄、放到后續(xù)的存儲空間，在操作到達該行末之前，應發(fā)出第二個SPI指令將IAB置1,否則器件在同一個地址上將反復循環(huán)。這一點對語音提示功能很有用。RAC腳和IAB位可用于信息管理。本系統(tǒng)是以單片機，語音處理芯片及報警傳感器為基礎，利用公共電話網(wǎng)絡建立起來的智能家居服務系統(tǒng)。2.5其他元器件的選擇電源為4.5V;電阻R168K;R220M;R382K;瓷介電容103和104,電解電容1UF一個；正負板片1套，揚聲器一個；導線若干；光敏電阻筒一個，光敏電阻架七個，前后殼一套。電解電容器的阻抗頻率特性3語音門電路的功能應用3.1語音門電路的工作原理電路原理介紹：利用人走過迎賓器時會產生一個陰影的特點，通過光敏電阻對光線變化信號的接收，作為本制作的傳感器。制作采用電池供電，通電后系統(tǒng)進入等待狀態(tài)。當有人經(jīng)過感光器件時，由于人的身體會擋住光線，若原來有一定的光線照射在光敏電阻RG1上，則RG1表現(xiàn)出一個電阻值，當人體擋住一部分照射于光敏電阻的光線時，光敏電阻接收到的光線強度發(fā)生變化，這個變化經(jīng)C2耦合，經(jīng)Q1信號在IC內部經(jīng)運算放大處理后，形成一個控制信號，驅動IC內部的音頻發(fā)生畢業(yè)設計電路工作，產生“您好，歡迎光臨!”的音頻信號，使人耳能聽到這句問候語。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子一空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子一空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。光敏電阻的主要參數(shù)有亮電阻，暗電阻，光電特性光譜特性，頻率特性，溫度特性。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉換。沒有極性，純粹是個電阻期間，使用時可加直流也可以加3.2基于HX-2005型感應開關語音門的電路和工作條件由圖可知，電流有兩個通路一條是由電源負極到R3經(jīng)光敏電阻到電源負從三極管到芯片的輸入端會有一個控制信號。本設計所做的感應開關在應用中共有兩個現(xiàn)象發(fā)生。一個是無人時一個是來人時的兩種電路控制信號。在正常工作狀態(tài)時，無人經(jīng)過時，光敏電阻阻值大，電流小。在電流的另一條通路三極管基本處于截止狀態(tài)，不會給芯片SD8917輸送電壓。芯片得不到語音電路的控制信號。揚聲器不會發(fā)出聲音。在有人經(jīng)過時，光敏電阻感應到光的變化它的阻值會由大變小，電流增大。電流由R1R2耦合電容C2輸送到三極管Q2的基極，再由集電極到三極管Q1的基極，發(fā)射極會給芯片輸入端4腳輸送一個電壓，芯片得到一個控制信號，這個信號內部經(jīng)運算放大處理后，形成一個控制信號，驅動內部的音頻發(fā)生電路工作，產生“您好，歡迎光臨!”的音頻信號，使人耳能聽到這句問候語。電路如圖所示：畢業(yè)設計下感應或全天侯感應).人離開后才自動關閉，(可選不連續(xù)延時方式).6.延時時間可調：16秒-350秒(范圍零點幾秒至30分鐘).負載特性：阻性負載(白熾燈、排氣扇等)接線方式：單極性供電(二線接駁)延時時間：16秒-350秒(可調)感光度：5LUX-500LUX(可調)3.2雙語音門電路的實例分析本例介紹的雙控雙語音門鈴，當來客按下門口的按鈕開關時，室內門鈴便會發(fā)出“叮咚，您好!請開門!”的女中音聲；當主人聞聲打開房門后，它又會發(fā)出“歡迎光臨!”的問候語，給客人以親切友好感。雙控雙語音門鈴的電路如圖(a)所示。語音集成電路IC1電阻器RI、晶體三極管VTI和按鈕開關SB1等元器件組成了語音型“叮咚”門鈴電路；語音集成電路IC2,電阻器R3、晶體三極管VT2、電容器C1、晶體二極管VD和門控開關SB2等元器件組成了語音型自動迎客電路。B為共用揚聲器。當來訪的客人按動一下門鈴按鈕開關SBI時，在IC1觸發(fā)端TG產生正脈沖電信號，IC1內部電路受觸發(fā)工作，其輸出端OUT輸出一遍內儲的“叮咚，您好!請開門!”語音電信號，經(jīng)三極管VTI功率放大后，推動揚聲器B發(fā)出叫開門聲。與此同時，電池G經(jīng)SB1、隔離二極管VD對C1充上約2.3V的電壓，作為下一步觸發(fā)IC2工作的電信號。當主人聽到門鈴聲開門迎接客人時，安裝在房門扇上的微動開關SB2隨著脈沖觸發(fā)信號，使IC2受觸發(fā)工作，從其輸出端OUT輸出一遍內儲的“歡迎光臨!”聲電信號，經(jīng)VT2功率放大后，推動揚聲器B發(fā)聲。由于IC2觸發(fā)信號取自充上電的C1,而C1能夠充上電與否又受限制于SBI的閉合(即來客按響門鈴),所以平時自家人出進房門和送客時，門鈴均不會發(fā)出不適場合的“歡迎光控制語音聲的速度和音調。C2是IC1觸發(fā)端的旁路電容器，它能有效地防止門鈴按鈕引線較長時周圍雜波信號(如雷電、電鉆和開關電器等產生的各種電波)通過感應對門鈴造成的誤觸發(fā)。C3主要濾去IC1輸出信號中一些不悅耳的諧波畢業(yè)設計成分，使門鈴音質得以改善。C4為退藕電容器，在電池電量快用盡、內阻增大時，可有效地避免門鈴發(fā)聲所產生的畸變，相電容器以是不可以省去的。4語音門電路的安裝于調試作為安裝調試，首先就要求你一定要理解整個設備的工藝流程、控制流程，然后看透圖紙，最后對照圖紙先對自己的設備的內部接線做一個整體的檢查(其實就是參看圖紙對照實物實際接線)。首先把語音門