專利名稱：一種兼容多種電平模擬信號的延時裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及應用電子技術，尤其涉及一種模擬信號延時裝置。
背景技術：
語音信號本身就是時變信號，而人在說話的時候，不同字節之間的語音信號通過拾音器轉換成電信號后，存在正負以及過零的狀態。而自然語言的一句話結束，信號也是處于過零的狀態。在這種情況下，如何判斷一句話是否說完，不能單純依靠語音信號的電平有無和高低來判斷。這就需要延時技術。另外，有的人說話聲音大，有的人說話聲音小，這種自然語音信號，表現在信號的幅度上有很大的不同。這樣就需要對不同幅度的語音信號都能夠進行識別和檢測，也就是說需要一種能夠兼容不同電平的信號檢測技術。對于正常的語音信號，其幅度，頻率都在隨時間變化。如果想用語音信號的有無來控制電器的開關，即在存在語音信號的時候，開關打開，在沒有語音信號的時候，開關關閉。現有技術中延時電路有很多，如中國發明專利聲控臺燈電子控制[專利申請號87202202]，授權公告日1987年2月17日。該聲控臺燈電子控制器由拾聲器、音頻放大電路、開關電路、輸出電路、執行電路燈組成，其中開關電路由射極耦合觸發電器、積分延時電路、單穩態電路三單元構成。電子控制器能聲控開燈，延時照明一分鐘左右自動熄滅， 如果要長時間照明使用，要在開燈后把延時控制電位器調到最大值，此電子控制器具有一定的抗干擾聲性能，可以實現對音頻信號的延時控制，但是用分立元件構成觸發器，使用的器件比較多，而且對輸入電平的信號幅度有一定的要求。中國專利申請具有延時觸發器的電路保護開關[專利申請號號 200610064763]，
公開日2007年6月20日，公開一種電路保護開關。上述控制電路和電路保護開關對輸入的信號的幅度有所限制，不能實現用任意幅度模擬量進行觸發控制。例如使用放電三極管的基極作為控制信號的輸入端，由于三極管基極的驅動電壓在0. 7V以上，對于低于0. 7V的電平無法區分，同時，由于三極管是電流驅動型器件，對于高阻抗的輸入信號源，也無法做出正確的響應。

發明內容
本發明針對現有技術存在的聲控開關不能檢測連續的語音信號，對于輸入信號的檢測，都需要有一定的幅度以及一定的觸發時間的缺陷，本發明提供一種能夠兼容多種電平模擬信號的延時裝置，通過該裝置可以解決現有技術中的延時裝置對輸入信號有一定的幅度要求的問題，實現多種電平輸入信號的兼容，而且可以通過配置不同的匹配電阻與不同阻抗的信號源進行匹配，從而實現用不同的模擬信號觸發時間控制模塊，進而實現對不同語音信號延遲響應時間的控制。本發明解決技術問題所采取的技術方案如下設計一種電平模擬信號延時裝置，該延時裝置包括，信號輸入和匹配模塊、參考電壓發生模塊、信號整形模塊、時間控制模塊、驅動執行模塊。信號輸入和匹配模塊對采集的語音信號分壓、進行RC濾波后，送入信號整形模塊的輸入端。參考電壓模塊設定參考電壓，分壓后送入信號整形模塊輸入端，信號整形模塊采用電壓比較器實現，其反相輸入端接參考電壓，同相輸入端信號來自信號輸入和匹配模塊的輸出信號。信號整形模塊輸出端輸出幅度固定的低阻抗方波信號。時間控制模塊包括555定時器、放電三極管、限流電阻、定時電容、定時電阻和隔離二極管。當信號整形模塊輸出高電平給時間控制模塊的放電三極管時， 觸發放電三極管導通，通過隔離二極管給定時電容放電，使得定時器的電壓低于555定時器的閥值電壓VDD/3，555定時器就輸出高電平給驅動執行模塊；當信號整形模塊輸出低電平，放電三極管截止，通過定時電阻給定時電容充電，觸發定時器的電壓升高到2VDD/3的時候，555定時器輸出低電平，定時結束。由一個三極管和一個繼電器構成“驅動執行機構”， 用來執行特定的動作。555定時器接成施密特觸發器，555定時器中兩個比較器Al、A2的輸出電壓控制 RS觸發器和放電管的狀態，在電源與地之間接入電壓，當觸發器輸入端懸空時，則比較器 Al的反相輸入端的電壓為VDD /3，A2的同相輸入端的電壓為VDD /3，若觸發器輸入端的電壓小于VDD /3，則比較器A2的輸出為高電平，觸發器觸發輸出端輸出高電平，如果閾值輸入端的電壓大于2 VDD /3，同時TR端的電壓大于VCC /3，則Al的輸出為高電平，A2 的輸出為低電平，觸發器觸發輸出端輸出低電平。本發明能把不規則的，且幅度不等的自然語音信號進行整形，實現以連續語音信號的有無來控制輸出的目的，克服現有延時電路觸發電平都是持續的高電平或者持續的低電平，或者是單次脈沖信號。本發明擴展了延時電路的施控信號范圍，擴展到語音信號等不規則交變信號領域，可以通過調節信號輸入和匹配模塊中的電阻值匹配信號源的阻抗，并通過調整輸入電阻的比例來實現對噪聲和正常輸入信號的區分，本裝置既可以實現對高阻信號的檢測，又可以改變基準電壓而正確檢測低電平信號。本發明主要用于電子技術和自動控制領域中，拓展了控制信號源的范圍。


圖1本發明的技術方案原理框圖； 圖2本發明延時裝置電原理圖3時間控制模塊電路圖； 圖4驅動執行模塊電路圖； 圖5音頻信號對半雙工對講機的控制裝置圖； 圖6聲控延時電燈裝置圖； 圖7聲控延時電燈控制裝置圖； 圖8觸摸延時開關控制裝置圖。
具體實施例方式本發明設計一種模擬電平信號延時裝置，如圖1所示為本發明的技術方案原理框圖，該裝置包括信號輸入和匹配模塊、參考電壓發生模塊、信號整形模塊、時間控制模塊、驅動執行模塊。以下針對附圖對各模塊進行具體描述。如圖2所示為延時裝置電原理圖，具體實施方式
如下 (1)信號輸入和匹配模塊
信號輸入和匹配模塊輸入部分采用分壓電阻Rl和R2分壓后，經過R3和Cl做RC濾波，對雜訊進行濾除后，把信號送入信號整形模塊的輸入端。分壓電阻對輸入的信號幅度進行調整，以適應整形模塊的要求；做輸入阻抗的匹配，以適應不同信號源和抗干擾的匹配要求。適當減小輸入電阻，可以實現更好的抗干擾性能。例如對于駐極體話筒的輸出信號，是低阻抗的電壓信號，有一定的抗干擾能力，可以適當減小輸入電阻。對于幅度比較高的信號，可以通過增加Rl和R2的比例對大幅度信號進行衰減，以避免比較器輸入飽和。(2)參考電壓發生模塊
參考電壓模塊提供的電壓由電源電壓經過分壓電阻R4和R5分壓后送到信號整形模塊IC1A，其中電阻R5是可調的，通過調整該電阻，可以對參考電壓進行設定，從而實現對不同電平模擬信號的處理。參考電壓接在比較器的反相輸入端，輸入的語音信號接在比較器的同相輸入端。用于區分語音信號和背景噪音信號。例如，對于標準的音頻輸出信號，其電壓幅值是IV’假設背景噪音是0. 2V，也就是說在沒有語音信號的時候，輸入該模塊的信號也有0. 2V，這樣的話，參考電壓的設置就不能低于0. 2V。實際的應用中要根據具體的電路和實際測試結果，對背景噪聲和正常音頻信號的幅值有清楚的了解之后再設定參考電壓的值。(3)信號整形模塊
信號整形模塊采用電壓比較器IClA實現，其反相輸入端接參考電壓，同相輸入端接來自于信號輸入和匹配模塊的信號，輸出端是經過整形之后的低阻抗方波信號。該模塊實現的功能是把不同的輸入信號統一成幅度相等，約等于電源電壓的低阻抗等幅方波，便于后面用相同的方法統一處理。對于不同幅度的語音信號，經過比較器處理后，其輸入信號要么比參考電平高，比較器輸出高電平，約等于電源電壓；要么比參考電平低，比較器輸出低電平，約等于0V。這樣處理后，就把不同幅值的信號統一成幅值相等的信號，便于后續處理。(4)時間控制模塊
如圖3所示為時間控制模塊電路圖。由一個555定時器IC1、一個放電三極管Q2、一個限流電阻R10、一個定時電容C3、 一個定時電阻Rll和一個隔離二極管D2以及抗干擾的下拉電阻R12、三極管Q2的基極驅動電阻R9組成。 555定時器接成施密特觸發器，VDD是電源電壓。當信號整形模塊輸出高電平給時間控制模塊的放電三極管Q2時，Q2導通，通過D2給C3放電，由于C3、D2、Q2構成的回路中沒有電阻，C3上的電壓瞬間低于555定時器的閥值電壓VDD/3，555輸出高電平給驅動執行模塊。 當輸入正常語音信號的時候，由于語音信號幅值隨時間變化，可能隨時高于參考電壓或者低于參考電壓，這樣Q2反復導通和截止。當Q2截止的時候，電源通過Rll給C3 充電，C3電位升高。但是C3電位升高需要一定的時間。如果Q2截止的時間比較短，C3上的電壓還不是足夠高的時候，Q2又導通給C3放電。這個過程中，555輸出始終為高電平，這
5就對應著正常的完整的語音信號中的一句話。當語音消失的時候，信號輸入和匹配模塊輸出的信號將低于參考電壓。此時Q2截止，C3通過Rll充電，經過一段時間后，C3電位升高到2VDD/3的時候，555定時器輸出低電平，定時結束。定時時間就是從輸入語音信號消失到定時電容的電位升高到2VDD/3的時間。由于這段延遲時間的存在，使得輸入信號即使是存在過零點的語音信號，也可以對信號的有無做出準確的區分，只要語音信號幅度低于參考電壓的時間小于延遲時間，就可以做出信號存在的判斷。也就是說當有語音信號輸入的時候，該模塊立即輸出為高電平。當語音信號低于參考電壓的時候，并不是立即翻轉電平，而是需要這個狀態的時間持續一段時間才翻轉電平。因為字節間的停頓時間短，而一句話之間的停頓時間長，這樣就對語音信號中字節間的停頓和一句話之間的停頓做出了區分。這點對于這類語音信號的有無判斷特別有效。根據實際測試，當延遲時間為IS左右的時候，能夠較好的區分人的正常語音的正常停頓。(5)驅動執行模塊
如圖4所示為驅動執行模塊電路圖。時間控制模塊的輸出送入驅動執行模塊。驅動執行模塊由輸出電阻R7，輸出隔離二極管D1，下拉電阻R8，開關管Ql以及執行元件繼電器構成。對時間控制模塊給出的信號進行放大后驅動執行機構實現功能控制，例如驅動繼電器或者給出電平信號和后續的電路相連接。由于使用了電壓比較器作為驅動執行模塊信號的輸入端，并用比較器的低阻抗輸出端驅動放電三極管，從而有效地克服了原有的輸入電平受限制、輸入阻抗低的弊端，拓展了傳統延時電路的應用場合。具體實施部分之一半雙工對講機的改造。如圖5所示為音頻信號對半雙工對講機的控制裝置圖
目前半雙工對講機的工作方式都是需要按下發射按鍵才能實現向對方發送語音信息， 使用起來不夠方便。利用該電路可以實現用聲音對對講機的控制，即說話的時候對講機自動打開，不說話的時候關閉。使用音頻信號作為該延時裝置的輸入端信號，輸入到電壓比較器IClA的反相輸入端，音頻信號與反相輸入端的參考電壓比較，當有音頻信號輸入的時候，電壓比較器輸出高低電平信號驅動三極管Q2的導通和截止。由于電容C3的電壓不能突變，如果Q2反復導通截止，C3的電壓會反復充放電并維持在2VDD/3以下，從而555持續輸出高電平，三極管 Ql維持導通，相當于對講機的按鍵按下接地，實現語音傳送。當不說話的時候，音頻信號消失，電壓比較器輸出低電平，Q2截止，C3經過約一秒鐘延時，被充電到2VDD/3，555電路輸出低電平，Ql截止，裝置延遲一秒鐘自動關閉。對圖中其他器件的說明如下A點是把語音信號直接送入對講機的麥克風，同時通過“信號輸入和匹配模塊”對電路提供控制信號。該種類型的應用，其輸入的音頻信號包括但不限于通過聲電轉換器獲得的音頻信號、通過收音機、錄音機、手機、MP3、MP4等音頻輸出接口輸出的音頻信號。具體實施部分之二 夢話錄制器
語音信號仍然作為輸入信號，不同的是，放大執行機構中的繼電器控制磁帶錄音機的電源，用繼電器閉合、開啟控制錄音機的電源開關，這樣在說夢話的時候，音頻信號被送到裝置的輸入端，通過該裝置驅動繼電器動作，控制錄音機開始錄音。當不說夢話的時候，延遲一秒，繼電器斷開，錄音結束，避免了磁帶的浪費。具體實施部分之三聲控延時電燈
圖6聲控延時電燈裝置圖，圖7聲控延時電燈控制裝置圖。將信號輸入和匹配模塊輸入部分中的語音信號換成壓電陶瓷片，取消電阻R2，驅動執行模塊中驅動執行機構換成電燈，可以實現以掌聲控制的電燈。具體實施部分之四觸摸延時開關
圖8觸摸延時開關控制裝置圖。作為觸摸延時開關，將信號輸入和匹配模塊輸入部分語音信號源換成觸摸按鍵，增加上拉電阻R14。當手觸摸到觸摸按鍵的時候，利用人體的電阻使觸摸按鍵電位瞬間升高，驅動執行模塊輸出高電平，觸摸結束后，延時一段時間，驅動執行模塊輸出低電平，達到延時控制的目的。本發明能把不規則的輸入信號進行整形，實現以不規則信號進行延時觸發的目的，以往的延時電路觸發電平都是持續的高電平或者持續的低電平，或者是單次脈沖信號。
權利要求
1.一種兼容多種電平模擬信號的延時裝置，包括，信號輸入和匹配模塊、參考電壓發生模塊、信號整形模塊、時間控制模塊、驅動執行模塊，其特征在于，信號輸入和匹配模塊對采集的語音信號分壓、進行RC濾波，對輸入阻抗進行匹配，送入信號整形模塊的輸入端，參考電壓發生模塊調整電阻對參考電壓進行設定，信號整形模塊中電壓比較器反相輸入端接參考電壓，同相輸入端接信號輸入和匹配模塊的輸出端，信號整形模塊輸出幅度相等的低阻抗方波信號，時間控制模塊包括555定時器、放電三極管Q2、限流電阻R10、定時電容C3、定時電阻Rll和隔離二極管D2，555定時器接成施密特觸發器，當信號整形模塊輸出高電平給時間控制模塊的放電三極管Q2時，Q2導通，通過D2給C3放電，C3上的電壓瞬間低于555 定時器的閥值電壓VDD/3，555輸出高電平給驅動執行模塊，當信號整形模塊輸出低電平， 放電三極管截止，定時電容通過定時電阻充電，觸發定時器的電壓升高到2VDD/3時，555定時器輸出低電平，定時結束，驅動執行模塊中電壓比較器對時間控制模塊輸出的高電平放大后低阻抗輸出端輸出驅動驅動執行機構。
2.根據權利要求1所述的延時裝置，其特征在于，555定時器接成施密特觸發器，555定時器中兩個比較器Al、A2的輸出電壓控制RS觸發器和放電管的狀態，在電源與地之間接入電壓，當觸發器輸入端懸空時，則比較器Al的反相輸入端的電壓為VDD /3, A2的同相輸入端的電壓為VDD /3，若觸發器輸入端的電壓小于VDD /3，則比較器A2的輸出為高電平，觸發器觸發輸出端輸出高電平，如果閾值輸入端的電壓大于2 VDD /3，同時TR端的電壓大于VCC /3，則Al的輸出為高電平，A2的輸出為低電平，觸發器觸發輸出端輸出低電平。
3.根據權利要求1所述的延時裝置，其特征在于，當輸入語音信號時，語音信號幅值隨時間變化使Q2反復導通和截止，當Q2截止的時候，電源通過Rll給C3充電，C3電位升高，如果Q2截止的時間短，Q2導通給C3放電，555輸出始終為高電平，當語音信號消失時， 信號輸入和匹配模塊輸出的信號低于參考電壓，Q2截止，C3通過Rll充電，C3電位升高到 2VDD/3時，555定時器輸出低電平，定時結束。
4.根據權利要求1所述的延時裝置，其特征在于，當輸入音頻信號時，音頻信號輸入到電壓比較器IClA的反相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較，當有音頻信號輸入的時候，電壓比較器輸出高低電平信號驅動三極管Q2的導通和截止，C3的電壓會反復充放電并維持在2VDD/3以下，從而555持續輸出高電平，三極管Ql維持導通；當音頻信號消失，電壓比較器輸出低電平，Q2截止，C3經過延時，被充電到2VDD/3，555電路輸出低電平，Ql截止。
5.根據權利要求1所述的延時裝置，其特征在于，將信號輸入和匹配模塊輸入部分中的語音信號分壓部分換成壓電陶瓷片，取消電阻R2，驅動執行機構換成電燈，實現聲控延時電燈。
6.根據權利要求1所述的延時裝置，其特征在于，當輸入和匹配模塊輸入端接觸摸按鍵，在觸摸按鍵與電源之間接入上拉電阻R14，觸摸按鍵利用人體電阻使觸摸按鍵電位瞬間升高，驅動執行模塊輸出高電平，觸摸結束，驅動執行模塊輸出低電平，實現延時控制。
全文摘要
本發明本發明公開了一種能夠兼容多種電平模擬信號的延時裝置。擴展了延時電路的施控信號范圍，擴展到音頻信號等不規則交變信號領域。可以通過調節信號輸入和匹配模塊中的電阻值匹配信號源的阻抗，并通過調整輸入電阻的比例來實現對噪聲和正常輸入信號的區分，本裝置既可以實現對高阻信號的檢測，又可以改變基準電壓而正確檢測低電平信號。主要用于電子技術和自動控制領域中，拓展了控制信號源的范圍，主要用于但不限于語音信號作為控制信號源的應用。
文檔編號H03K17/28GK102403989SQ201110361299
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者劉冰, 劉幫 申請人:重慶郵電大學