對(duì)不受麥克風(fēng)靈敏度和環(huán)境噪聲影響的聲控開(kāi)關(guān)的相關(guān)研究

李卓然

（延邊大學(xué)，延邊 133002）

聲控開(kāi)關(guān)的原理便是將聲音信號(hào)，通過(guò)聲電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再把信號(hào)放大后送到處理器進(jìn)行處理，處理器將幅度、頻率各不相同的一群聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化成一次狀態(tài)改變的控制信號(hào)，經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接控制負(fù)載動(dòng)作，完成設(shè)計(jì)要求。[1]

現(xiàn)有的聲控開(kāi)關(guān)以降低觸發(fā)靈敏度方法來(lái)克服環(huán)境噪聲，但只有發(fā)出較大的聲音時(shí)才能被觸發(fā)，使用很不方便。而且聲控開(kāi)關(guān)的靈敏度受麥克風(fēng)靈敏度的影響很大，在批量生產(chǎn)中會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。另外在長(zhǎng)期使用時(shí)由于環(huán)境粉塵的影響麥克風(fēng)的靈敏度會(huì)逐漸下降，導(dǎo)致聲控開(kāi)關(guān)反應(yīng)遲鈍。而且現(xiàn)有的聲控開(kāi)關(guān)方法并不能有效地區(qū)分噪聲和有用信號(hào)，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)頻繁誤動(dòng)作，且受麥克風(fēng)靈敏度的影響很大，通常用于控制照明燈以便達(dá)到節(jié)能的目的。聲控開(kāi)關(guān)對(duì)環(huán)境噪聲敏感，噪聲稍大聲控開(kāi)關(guān)被誤觸發(fā)導(dǎo)通，聲控?zé)艟妥兂沙Ａ翢簦瑸榇私o我們的生活造成了很多的不便。

在本文中，我們探討的是一種已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利的不受麥克風(fēng)靈敏度和環(huán)境噪聲影響的聲控開(kāi)關(guān)，包括麥克風(fēng)偏置、信號(hào)放大器、信號(hào)移送器、信號(hào)處理單片機(jī)、受控開(kāi)關(guān)：所述麥克風(fēng)偏置部分，提供麥克風(fēng)工作所需要的工作電壓；所述信號(hào)放大器，把麥克風(fēng)產(chǎn)生的信號(hào)放大；所述信號(hào)移送器，把麥克風(fēng)放大器產(chǎn)生的信號(hào)移送到VC/2的電壓上；所述信號(hào)處理單片機(jī)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣處理分析后輸出控制信號(hào)；所述受控開(kāi)關(guān)，受控于信號(hào)處理單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。利用本實(shí)用新型專利可實(shí)現(xiàn)不受麥克風(fēng)靈敏度大小不同和環(huán)境噪聲影響的聲控開(kāi)關(guān)。

本開(kāi)關(guān)采用多種信號(hào)處理技術(shù)（算法），克服了聲控開(kāi)關(guān)受環(huán)境噪聲及麥克風(fēng)靈敏度不同帶來(lái)的影響。

下述為本專利的工作詳情：

（2）信號(hào)移送器中，R4=R5 因此可得到VC/2 的電壓，把電壓通過(guò)電容C2 移送到VC/2 的電壓上，在P0 中可得到

經(jīng)過(guò)采樣、減法、積分、除法等多種算法對(duì)信號(hào)處理后，聲控開(kāi)關(guān)基本不受環(huán)境噪聲及麥克風(fēng)靈敏度不同帶來(lái)的影響。因此提高了聲控開(kāi)關(guān)在各種噪聲環(huán)境中的應(yīng)用范圍，降低了批量生產(chǎn)時(shí)對(duì)麥克風(fēng)靈敏度的要求，可大大提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的一致性，同時(shí)解決了因長(zhǎng)期使用聲控開(kāi)關(guān)時(shí)靈敏度下降帶來(lái)的問(wèn)題。為了簡(jiǎn)化硬件電路，把復(fù)雜的信號(hào)處理用軟件實(shí)現(xiàn)，有利于批量生產(chǎn)，降低成本。

圖1

圖2

下面將結(jié)合圖1、圖2說(shuō)明具體實(shí)施方法：

信號(hào)移送器中，C2=0.47uF、R4=R5=100K，單片機(jī)使用MK7A23。MK7A23 具有14 位的ADC，轉(zhuǎn)換結(jié)果用4 位的16 進(jìn)制數(shù)XXXXH 方式表示，讀入VC 電壓時(shí)數(shù)值為7FFFH。

按下面步驟進(jìn)行運(yùn)算：

（1）噪聲平均周期時(shí)間T 可以取0.3～0.6S 內(nèi)的任意值，因此MK7A23的ADC 采樣時(shí)間設(shè)定為260us，進(jìn)行2048次采樣時(shí)所需要的時(shí)間T ≈0.53s。

（3）繼續(xù)進(jìn)行下一批2048次采樣，并判斷聲控開(kāi)關(guān)通、斷條件，若則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，若則進(jìn)行運(yùn)算，如果滿足條件則開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，S 值決定聲控開(kāi)關(guān)的觸發(fā)靈敏度，取值范圍是20～80內(nèi)設(shè)定的常數(shù)，取值越大聲控開(kāi)關(guān)的觸發(fā)靈敏度越高。

此開(kāi)關(guān)第一解決了現(xiàn)有的聲控開(kāi)關(guān)受環(huán)境噪聲影響的問(wèn)題，從而克服了因頻繁誤動(dòng)作造成的電能浪費(fèi)現(xiàn)象，擴(kuò)展了使用環(huán)境（如：衛(wèi)生間有排風(fēng)扇的環(huán)境）；第二解決了現(xiàn)有的聲控開(kāi)關(guān)受麥克風(fēng)靈敏度不同帶來(lái)的不良影響，聲控開(kāi)關(guān)的靈敏度與麥克風(fēng)靈敏度及放大器放大倍數(shù)無(wú)關(guān)，因此在批量生產(chǎn)中對(duì)麥克風(fēng)的要求不高，可大大提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的一致性，同時(shí)解決了長(zhǎng)期使用時(shí)由于環(huán)境粉塵造成麥克風(fēng)的靈敏度逐漸下降，導(dǎo)致聲控開(kāi)關(guān)反應(yīng)遲鈍的問(wèn)題，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，減少維護(hù)工作量。