多級式汽車電子喇叭系統(tǒng)分析

陳錢林 徐志龍 劉海燕

摘要：多級式汽車電子喇叭系統(tǒng)的出現(xiàn)可有效解決傳統(tǒng)電子汽車喇叭噪音大的問題，本文對多級式汽車電子喇叭的系統(tǒng)設(shè)計問題進行了詳細研究，包括電路設(shè)計、喇叭設(shè)計等，希望為進一步加深相關(guān)人員對汽車電子喇叭系統(tǒng)的認識系統(tǒng)思路。

關(guān)鍵詞：多級式;汽車電子喇叭;系統(tǒng)設(shè)計

前言：目前汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚慕煌üぞ撸S著車輛的增多，汽車噪音問題表現(xiàn)的越來越嚴重，現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，當車身靠近人且鳴笛分貝超過100的情況下，就有可能造成人耳膜傷害，引發(fā)糾紛。因此為了能夠有效解決上述問題，需要設(shè)計一套電子喇叭系統(tǒng)，這也是本文研究的重點。

1.系統(tǒng)的整體設(shè)計思路

本次研究中計劃設(shè)計一套可替代原有車輛喇叭的多級式汽車電子喇叭，該喇叭包括STC89C52微控制器，根據(jù)數(shù)據(jù)自處理要求提供不同的預警方案，并經(jīng)由I/O口完成各類數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收;依靠成熟的電路系統(tǒng)可產(chǎn)生持續(xù)的電壓脈沖，并經(jīng)過正反饋電路與穩(wěn)壓管等結(jié)構(gòu)的處理后，經(jīng)功率放大器與電流放大電路等形成脈動電流，并控制喇叭系統(tǒng)發(fā)聲[1]。在系統(tǒng)設(shè)計中，電子喇叭系統(tǒng)可根據(jù)車輛的行駛速度以及其他環(huán)境選擇適當?shù)镍Q笛方案，減少車輛鳴笛對行為以及其他交通工具的影響，最終人性化的實現(xiàn)警示，并滿足不同區(qū)域的車輛行駛要求。

2.系統(tǒng)設(shè)計方案

在硬件設(shè)計中，本文致力于設(shè)計一塊可多級式調(diào)整的汽車鳴笛控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅保證了正常的鳴笛警示功能，并就有運行穩(wěn)定的優(yōu)點。

2.1電路系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1單片機的選擇

本文設(shè)計的系統(tǒng)采用的核心器件為STC89C52單片機，它是一種具有高度靈活性與較強功能性且價格適中的單片機，在控制領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在STC89C52單片機中，所使用的電路主要可分為晶振電路與復位電路，在單片機的控制下，由LM358產(chǎn)生音頻信號，并經(jīng)過MCP數(shù)字電位器處理后，將其傳輸至音頻功放電路系統(tǒng)中，最終完成發(fā)聲。

2.1.2霍爾傳感器的應(yīng)用

根據(jù)本文對該多級式汽車電子喇叭系統(tǒng)的功能定位可知，該系統(tǒng)可根據(jù)車輛的行駛速度發(fā)出不同分貝的聲音，因此為滿足這一功能，在本次設(shè)計中采用了A44E霍爾傳感器，該傳感器具有檢測時間短、敏感度高等優(yōu)點，且抗干擾效果好，可采集每個車輪的轉(zhuǎn)動速度，根據(jù)轉(zhuǎn)動速度變化判斷車輛行駛環(huán)境。在該系統(tǒng)中，車輛每轉(zhuǎn)動一周，磁鐵就會經(jīng)過霍爾傳感器一次，同時傳感器輸出脈沖信號，此時會因為車輛轉(zhuǎn)速的變化，將脈沖信號傳遞給單片機。單片機根據(jù)脈沖的數(shù)量計算車輛路程，顯示車輛的行駛速度。

2.1.3電源電路的設(shè)計

正常車輛的電壓為12V，該電源可以持續(xù)地向單片機與霍爾傳感器傳遞電能，使上述構(gòu)件能夠發(fā)揮作用。本文在這一常規(guī)設(shè)計思路的基礎(chǔ)上，對多級式汽車電子喇叭的結(jié)構(gòu)進行改進，改進后的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在本文設(shè)計的電源電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，采用了大電容并小電容的設(shè)計方案，這種方案的優(yōu)勢為：大電容的電感比較大，電感對信號的阻抗明顯，導致大電容的高頻性能不滿意;小電容則可以有效解決大電容存在的問題，兩者之間的相互配合，使經(jīng)過電容濾波與LM7805穩(wěn)壓電源后，經(jīng)C3輸出+5V的直流電壓，這種電壓可滿足單片機等構(gòu)件對電能的需求。

2.1.4復位電路與放大電路設(shè)計

從硬件結(jié)構(gòu)上來看，本次研究中所使用的STC89C52單片機與其他控制器相同，需要在系統(tǒng)上電的時候完成寄存器復位，在復位后可使整個系統(tǒng)的控制器的內(nèi)存以及硬件處于理想狀態(tài)[2]。所以在復位電路設(shè)計中，可在單片機的基礎(chǔ)上引腳RST輸入至少兩個高電平信號，這種處理方法可確保系統(tǒng)正常復位。

在放大電路設(shè)計中，可將蜂鳴器電路兩端直接與三極管放大電路電源并聯(lián)在一起，在經(jīng)過三極管放大電路處理后，使電壓可與汽車喇叭按照設(shè)計的頻率保持振動，隨著電壓輸出至外加喇叭后，完成單片機對喇叭的操作控制。

2.2喇叭系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1喇叭驅(qū)動

喇叭屬于大功率電器，所經(jīng)過的驅(qū)動的電流大，并且電纜線接頭或者導線等帶來的電阻會進一步加重壓降問題，不利于喇叭按照設(shè)定的參數(shù)完成發(fā)聲。針對這一問題，在喇叭系統(tǒng)設(shè)計中，需要實施測量喇叭的驅(qū)動電壓、電源輸出電壓，保證喇叭的性能滿足多級式汽車電子喇叭系統(tǒng)需求。本文選擇蝸牛喇叭，又被稱為高低音喇叭，其中一個喇叭能夠發(fā)出高音，另一個發(fā)出低音，通過助聲腔（蝸牛狀）可改善喇叭音質(zhì)，保證正常的音量。

喇叭的電流傳感器使用了集成電路IC電流傳感器，有霍爾傳感器電路組成，并且設(shè)計上的磁性信號更靠近霍爾元件，最大程度上保證了測量的精準度。

2.2.2喇叭聲壓控制電路

該部分的主要功能是通過調(diào)整電路控制喇叭的發(fā)音量，本文選擇MPA201產(chǎn)品，該傳聲器不需要外部提供電壓，并且在車內(nèi)、車外、消聲室等空間下均可滿足喇叭聲音控制要求，且操作方便，成本低，滿足多級式汽車電子喇叭的推廣要求;該控制電路輸出信號可經(jīng)由I/O端口傳遞至單片機上。

2.2.3喇叭供電電源

在供電電源處理中，直流穩(wěn)壓電流采用了WYK系列直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源模式，其中電源線路為串聯(lián)調(diào)整模式，這種設(shè)計方法可充分彰顯低電壓、高精度的優(yōu)勢。在實現(xiàn)階段選擇基準電壓懸浮迭紋波加技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點，就是可以使出書的電流從0A直接增加至額定值電流;在電源外部選擇管道式散熱降溫技術(shù)，保證喇叭系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

2.2.4信號采集模塊

采集喇叭的運行數(shù)據(jù)是實現(xiàn)單片機控制的關(guān)鍵，所以在本次設(shè)計中選擇了NI USB-6221（美國多功能信號采集模塊），該模塊的采樣頻率超過250ks/s，具有低功耗的A/D轉(zhuǎn)換芯片以及2個16位DA通道以及24個DIO通道。在采集模塊功能實現(xiàn)中，選擇FIFO緩沖存儲器，該裝置可高速傳輸數(shù)據(jù)，且具有自動化數(shù)據(jù)采集的能力，可對喇叭的運行數(shù)據(jù)做連續(xù)、多次的采集，性能滿意。

結(jié)束語：本文所設(shè)計的多級式汽車喇叭系統(tǒng)，是在原有常規(guī)技術(shù)上改進而來的，不僅實現(xiàn)了單片機電路控制，也對電路系統(tǒng)、喇叭系統(tǒng)等進行了進一步完善，不僅避免與原有的汽車喇叭產(chǎn)生沖突，且系統(tǒng)的操作簡單、安裝方面，滿足未來車輛行駛要求，降低糾紛發(fā)生率，充分彰顯人性化設(shè)計的優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]徐子軒，盧金，羅熠，等.激光測振儀在汽車用電喇叭基頻測試中的應(yīng)用[J].汽車零部件，2020（06）：99-100.

[2]沈忱，孫會，郅東東.新型變頻電子喇叭在車輛上的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2018，56（09）：75-79.