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汽车变频电子喇叭的研究与开发

摘要

汽车喇叭主要分为机械电喇叭和无触点电子喇叭两种。机  械喇叭内部通过触电敲击发声，但由于触点会长期有较大电流通过，非常容易产生火花导致烧结，因此耐久性差，寿命较短。无触点电子喇叭虽然寿命较长，但其工作频率不能随使用环境、材质变化和装配质量的不同而自适应地变化，从而导致喇叭声级下降，无法满足使用要求。本课题的主要任务是研制面向低中档汽车市场的变频电子喇叭。变频电子喇叭有既保持和强化了机械喇叭环境适应性好、跟随能力强的优点，又克服了机械喇叭寿命短的缺点，会逐步替代机械喇叭，成为汽车喇叭的重要发展方向，会在汽车行业中得以大规模地应用。

本课题对现有电子喇叭的产品和专利进行了详细的调 研，并做了广泛的试验，对喇叭的工作原理、声级与机械固有特性的关系及其在长期工作过程中的变化趋势有了进一步认识。综合声学、振动原理和电子电路等知识，提出了三种候选方案并进行了论证与比较。在试验过程中，用波形发生器作为控制信号驱动喇叭工作，根据机械触点的通断比例保持不变的特点，占空比确定为  68%，改变波形发生器输出频率，找出了喇叭的最佳工作频率点。对电压电流相位检测方案、仿触点式方案和采用送话器的变频喇叭方案做了一系列实验，尤其是后两种方案，分别做出了实物样机。经过性能测试，综合考虑工作稳定性、可靠性、温度影响、成本等因素后，最终选取了采用送话器作为声音传感器的变频电子喇叭方案。在此方案中，送话器（话筒）作为声音信号传感器，其输出信号反

映了膜片的运动状况，经过后级电路的整形滤波、频率自适应调整    后，输出 PWM 波驱动 MOSFET，改变喇叭线圈内电流的通断频率， 从而使得喇叭产生声级高于 105dB  的声音。整个系统构成了一个闭环控制系统，通过此系统能够使输出波形的频率跟踪喇叭的机械固    有频率，而波形的占空比则控制在 70％左右。

作为设计方案的最终体现，对采用送话器的变频电子喇叭方  案进行了样品试制，包括模拟电路和单片机的实现方案。现阶段已对模拟电路方案样品进行了大量试验，如频率跟踪性能测试、综合环境可靠性试验、寿命和电气性能测试等，得到了如下的试验结果：在常温下，该喇叭能够在工作电压、工作温度、使用环境、制造工艺、装配条件等发生变化的情况下，自动跟随喇叭的固有频率，声级和声效达到设计要求，寿命可达 50 万次以上，可靠性较高；在高温和低温的测试环境下，喇叭能够保持长时间持续工作。

关键字：变频喇叭，电子喇叭，机械触点喇叭，送话器，GM2812

目录

第一章 绪论 1

1.1汽车电喇叭概述及研究应用现状 1

1.2汽车变频电子喇叭的研究背景 3

1.3变频电子喇叭设计要求 4

1.4本课题的主要研究内容 5

第二章 变频电子喇叭的方案论证 8

2.1概述 8

2.2仿机械触点式变频电子喇叭 8

2.2.1原理 8

2.2.2测试结果 9

2.2.3该方案优缺点 12

2.3电压电流相位检测方案 13

2.4采用传感器的变频电子喇叭方案 13

2.4.1送话器概述 14

2.4.2送话器的主要技术指标及其意义 19

2.4.3驻极体送话器性能测试与分析 20

2.4.4压电陶瓷送话器性能测试与分析 28

2.4.5送话器小结 33

2.4.6采用送话器的变频喇叭方案一 33

2.4.7采用送话器的变频喇叭方案二 34

2.5本章小结 34

第三章 模拟电路方案的系统设计与实现 36

3.1系统设计 36

3.1.1传感器电路设计 36

3.1.2滤波整形电路设计 37

3.1.3频率自适应 38

3.1.4喇叭线圈驱动电路 40

3.1.5电源电路 41

3.2系统测试 41

3.3 小结 45

第四章 基于单片机方案的设计与实现 47

4.1 概述 47

4.2硬件设计 47

4.2.1电源电路 47

4.2.2单片机电路 49

4.2.3信号处理电路 52

4.2.4喇叭驱动电路 53

4.3软件设计 54

4.4性能测试 55

4.5本章小结 55

第五章 总结与展望 57

5.1设计总结 57

5.2系统改进 59

5.2.1在系统可靠性方面 59

5.2.2在降低成本方面 60

5.2.3在产品量产方面 60

参考文献 61

SAEJ377 车辆声音设备测试标准 63

致 谢 79

 

参考文献

[1]上海实业交通电器有限公司，汽车电子喇叭控制电路，中国，实用新型专利，02160559.9，2004 年 7 月 21 日 

[2]哈尔滨工业大学固泰电子有限责任公司，仿机械式电子喇叭，中国， 实用新型专利，200420064152.8，2005 年 10 月 12 日

[3]孙仁云，付百学，司景萍等，汽车电器与电子技术，机械工业出版社，2006

[4]高保安，机械式电路控制喇叭，中国，实用新型专利，00253127.5，2001 年 9 月 26 日

[5]皮忠红，一种汽车、摩托车用电子喇叭，中国，实用新型专利，91218081.1，1993 年 6 月 23 日

[6]佟德义，免调试、无触点汽车电喇叭，中国，实用新型专利， 01128202.9，2003

[11]于安红，孙义芳，俞雅珍等，简明电子元器件手册，上海交通大学出版社，2005 年 12 月

[12]胡斌，图表细说电子元器件，电子工业出版社，2004 年 11 月

[13]钟国策，声级计的工作原理，电声技术，2002 年第 1 期

[14]邹宇晓，单指向驻极体传声器的探讨，电声技术，2002 年第 8 期

[15]张彪，陈学平，电话机原理与维修，电子工业出版社，2000 年 6 月

[16]刘明清，电话机元器件的符号表示及其应用，家电检修技术，2003 年第 1 期

[17]刘挺进，电启动和电喇叭按钮集中控制电子电路，摩托车，2004 年10 月

[18]张鸿升，驻极体传声器工作电流的分析，电声技术，1999 年 4 月

[19]陈玲，龙领森，喉部送话器语音的分析及处理，现代电子技术，2003 年第 4 期

[20]徐占朝，传声器的技术特性与种类，中国医学教育技术，2002 年 2月，第 16 卷第 1 期

[21]刘明清，通话电路中的电声器件，家用电器，2001 年第 11 期

[22]叶郁文，王振林，蜗牛式电喇叭膜片振动对声特性的影响研究，振动与冲击，Vol.20, No.2, 2001

[23]杨汇军，自适应抗噪声送话器算法，辽宁工程技术大学学报，2004 年 6 月，Vol.23, No. 3

[24]Fairchild，CD4060BC DATA SHEET，Fairchild Semiconductor，2002

[25]Rohm，NPN General Purpose Transistor Data Sheet

[26]Intersil，IRF640 Data Sheet，1999

[27]Texas Instrument，LM324 Data Sheet，1997

[28]Texas Instrument，NE555 Data Sheet，2002

[29]刘慧银，龚光华，王云飞，Motorola(Freescale)微控制器 MC68HC08原理及其嵌入式应用，清华大学出版社，2005

[30]刘万有，声级计测量噪声与振动技术，电子工业部国营红声器材厂，1984 年 8 月