CN205209626U - 基于特征音频识别的传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于特征音频识别的传感器，其包括压电元件、放大电路、ADC系统、单片机和输出电路，其中：压电元件将声波振动转化为音频电信号；放大电路包括用于阻抗匹配的前置放大电路和用于对音频电信号进行幅度放大的运算放大电路；ADC系统内置于单片机中，其将放大后的模拟信号转化为数字信号；单片机对数字信号进行数字阈值滤波，提取特征声音频率，与其内置特征音频比较，然后输出高电平或低电平信号；输出电路与单片机的输出端口连接，采用集电极开路输出开关信号。本实用新型在集成了单片机的基础上，能直接识别特征音频，从而输出开关信号以供系统应用，具有体积小巧，结构简单、功能齐全和监测稳定可靠的优点。

Description

基于特征音频识别的传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体的说是一种基于特征音频识别的传感器。

背景技术

普通的音频传感器一般是将检测到的声音信号经线性放大系统放大后直接输出，传感器不具有特征识别的功能。这类传感器用于声音识别时，需要通过其外接的应用系统进行数字化处理后利用软件系统进行频谱识别。当该类音频传感器用于报警时，主要通过检测信号幅度，与设定的阈值进行比较实现报警功能。当噪声信号的幅度较大时，易产生误报、错报现象。

智能化的特征识别往往依赖于计算机技术，给音频传感器的小型化设计带来困扰。随着单片机技术的进步，单片机的指令速度越来越快，内建功能也越来越强大，例如STC15S205EA系列8位51内核的单片机，其内建有FLASH程序存储器、EEPROM数据存储器、上电复位、程序监控、时钟振荡、8通道ADC等系统，20引脚SOP封装，尺寸小巧，方便与传感器一起封装，且自身带着ADC转换，主频达33MHz，为音频传感器的小型化、智能化设计提供了方便。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于特征音频识别的传感器，该传感器通过内置单片机能直接判断出特征音频，从而输出开关信号，传感器整体结构简单、功能齐全、监测稳定可靠。

为解决上述技术问题，本实用新型的基于特征音频识别的传感器的结构特点是包括压电元件、放大电路、ADC系统、单片机和输出电路，其中：压电元件将声波振动转化为音频电信号；放大电路包括用于阻抗匹配的前置放大电路和用于对音频电信号进行幅度放大的运算放大电路；ADC系统内置于单片机中，其将放大后的模拟信号转化为数字信号；单片机对数字信号进行数字阈值滤波，提取特征声音频率，与其内置的特征音频比较，然后向其输出端口输出高电平或低电平信号；输出电路与单片机的输出端口连接，采用集电极开路的电路结构输出开关信号。

所述前置放大电路为由MOS管和多个电阻、电容组成的电压跟随器。

所述运算放大电路为由运算放大器和外围电阻元件构成的同相运算放大电路。

所述运算放大器上连接有用于调节灵敏度的电位器。

所述单片机采用MCS51内核的STC15S205EA芯片，其内建有FLASH程序存储器、EEPROM数据存储器、上电复位、程序监控、时钟振荡、8通道ADC系统。

所述压电元件为压电晶体或压电陶瓷。

本实用新型的工作原理是：压电元件用来检测声音信号，通过一级电压跟随器对压电传元件进行阻抗变换，然后进行音频信号的幅度放大，由单片机内置的ADC系统，将放大后的模拟信号转换为数字信号，再由单片机的软件系统进行数字滤波，将环境干扰信号过滤掉，筛选出玻璃破碎时发出的特征声音频率，跟内置的特征音频进行比较，最后经输出电路输出开关信息。

可见，本实用新型的传感器在集成了单片机的基础上，能直接识别特征音频，从而输出开关信号以供系统应用，其具有体积小巧，结构简单、功能齐全和监测稳定可靠的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型的结构原理示意框图；

图2为本实用新型的电路原理示意图。

具体实施方式

参照附图，该基于特征音频识别的传感器包括压电元件S1、放大电路、ADC系统、单片机U1和输出电路1。下面对图2中的各元器件进行简单介绍：图2中S1代表系统的压电元件，它负责接收外界的信息；T1为MOS管；A1代表运算放大器；RW是灵敏度调节电位器；T2是NPN型三极管；J1代表连接口，其包括电源接口和信号输出接口；U1是单片机，单片机系统采用STC系列的15S205EA单片机；系统接5V电源，VSS接工作电源负极。

压电元件S1其将声波振动转化为音频电信号，可采用压电晶体或压电陶瓷，利用压电效应将机械波动转换为电信号。

放大电路包括用于阻抗匹配的前置放大电路2和用于对音频电信号进行幅度放大的运算放大电路3。前置放大电路2为由MOS管T1和多个电阻、电容组成的电压跟随器。运算放大电路3为由运算放大器A1和外围电阻元件构成的同相运算放大电路。如图2所示，前置放大电路由MOS管T1和外围元件C1、C2、C3以及R1、R2、R3、R4构成电压跟随器，电路的高输入阻抗特性与压电元件的高内阻特点便于实现阻抗匹配，利于提高传感系统的稳定性；而电路的低输出阻抗特性便于与运算放大电路接口，因此前置放大电路不仅具有电压跟随的作用，还具有阻抗匹配的作用；运算放大器A1和外围元件R5、R6、R7构成同相运算放大电路，用来对前置放大电路跟踪的声音信号进行幅度放大，以便于与单片机系统的ADC接口。运算放大器A1上连接有用于调节灵敏度的电位器RW，通过调整电位器的大小来调整运算放大器A1的灵敏度。

ADC系统内置于单片机U1中，其将放大后的模拟信号转化为数字信号；单片机U1对数字信号进行数字阈值滤波，提取特征声音频率，与其内置的特征音频比较，然后向其输出端口输出高电平或低电平信号。输出电路1与单片机U1的输出端口连接，采用集电极开路的电路结构输出开关信号。

单片机U1采用MCS51内核的STC15S205EA芯片，其内建有FLASH程序存储器、EEPROM数据存储器、上电复位、程序监控、时钟振荡、8通道ADC系统，采用20引脚的SOP封装，内部资源丰富，便于简化系统设计。单片机U1除实现智能化控制功能外，还利用其内置的ADC系统完成模数转换，被检测的声音信号经放大电路放大后，送到U1的I/O口P1.0，由连接该口的内部ADC系统将模拟信号转换为数字信号，并存储在数据区。通过单片机软件系统完成数字阈值滤波，初步判断是否需要对数字信号的数据进行进一步分析，当信号幅度超过设定的阈值时，单片机软件系统将对数据区的数据块进行特征分析和特征音频的识别，并与设置的特征音频比较实现输出控制，最后经输出电路输出开关信息。

可见，本实用新型的传感器在集成了单片机的基础上，能直接识别特征音频，从而输出开关信号以供系统应用，其具有体积小巧，结构简单、功能齐全和监测稳定可靠的优点。本实用新型的传感器主要用于玻璃破碎报警，可将玻璃破碎音的特征谱作为预置参数，当传感器对被检测的声音完成特征频谱分析后，与预置参数进行比较，从而确定被检测声音是否满足报警条件，发出特征识别的结果。

综上所述，本实用新型不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于特征音频识别的传感器，其特征是包括压电元件（S1）、放大电路、ADC系统、单片机（U1）和输出电路（1），其中：

压电元件（S1），其将声波振动转化为音频电信号；

放大电路，其包括用于阻抗匹配的前置放大电路（2）和用于对音频电信号进行幅度放大的运算放大电路（3）；

ADC系统，内置于单片机（U1）中，其将放大后的模拟信号转化为数字信号；

单片机，其对数字信号进行数字阈值滤波，提取特征声音频率，与其内置的特征音频比较，然后向其输出端口输出高电平或低电平信号；

输出电路（1），其与单片机（U1）的输出端口连接，采用集电极开路的电路结构输出开关信号。

2.如权利要求1所述的基于特征音频识别的传感器，其特征是所述前置放大电路（2）为由MOS管（T1）和多个电阻、电容组成的电压跟随器。

3.如权利要求1所述的基于特征音频识别的传感器，其特征是所述运算放大电路（3）为由运算放大器（A1）和外围电阻元件构成的同相运算放大电路。

4.如权利要求3所述的基于特征音频识别的传感器，其特征是所述运算放大器（A1）上连接有用于调节灵敏度的电位器（RW）。

5.如权利要求1所述的基于特征音频识别的传感器，其特征是所述单片机（U1）采用MCS51内核的STC15S205EA芯片，其内建有FLASH程序存储器、EEPROM数据存储器、上电复位、程序监控、时钟振荡、8通道ADC系统。

6.如权利要求1-5中任一项所述的基于特征音频识别的传感器，其特征是所述压电元件（S1）为压电晶体或压电陶瓷。