关于声音传感器的研究报告Word下载.docx

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国际电工委员会的定义为：

“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。

按照Gopel等的说法是：

“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理（模拟或数字）能力的系统”。

2.传感器的能量转换：

有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。

无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。

其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态（即过程）的。

对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。

对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。

按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。

3.声音传感器的定义：

声音传感器使用的是与人类耳朵相似具有频率反应的电麦克风。

4.信号的传输方式：

电路把信号放大并把信号传送给英国电讯接口。

实际上，信号通过2条不同的线送达数据采集器。

一个信号通过低电压输入线，在2。

5V左右，另一信号通过电压输入线，在0V左右。

这就是最简单的声音传感器—麦克风的原理图：

TR40RS防水型超声波传感器和7000系列超声波传感器

二、声音传感器的应用：

1.声音传感器在军事上的应用：

声音传感器目前已在地面传感器侦察监视系统中广泛应用，其最大优点是分辨力强。

如果运动目标是人员，则不仅可以直接听到声音，而且还能根据话音察明其国籍、身份和谈话内容；

如果运动目标是车辆，则可根据声响判断车辆种类。

如美国陆军使用的一种可悬挂在树上的被称为“音响浮标”的装置探测距离300~400米，接近人的听觉范围。

2.声音传感器在医疗上的应用：

光纤麦克风具有对磁场的天然的抗干扰能力，可以应用于核磁共振成像的通信，是唯一在核磁共振成像扫描时可以在病人和医生之间进行通讯的麦克风。

3.声音传感器在生活上的应用：

音响入侵探测器：

除了可用于门户的入口控制以外，还可用来监控入侵者出现的区域。

其突出优点是，它可用来鉴别引起报警的原因。

此外，声音传感器在汽车防盗及航空探测等方面都有涉及，声音传感器的对声纳系统的改进也贡献不小。

各式各样的声控开关也大放异彩。

还有一种声控照明灯，内装有音频传感器。

此时钟只要有人发出一种摩擦音1秒钟，其钟面上的照明灯就会自动点亮8秒钟时间。

这种时钟的最大优点是在黑暗的房间里，人们可借助钟面上照明灯看清时间。

日本还发明了一种能够根据声音而改变显示内容的液晶多功能数字电子手表。

这种手表能识别主人发出的诸如今天几号、某人电话号码、自己的银行账号等询问声，并在液晶显示器上做出相应的提示。

如果不是主人的声音，显示器就置之不理。

法国研制出一种声控电话，它用声音识别器代替了号码盘，打电话者只需对着送话器报出受话人的电话号码，电话便可自动接通。

手机的语音拨号功能与“芝麻开门”却有着异曲同工之妙，目前看来，基本上大多数手机都带有该项功能。

语音拨号表面地来说就是摘机后手动指向手机语音拨号功能，说出被叫者姓名，电话即自动拔向被叫者。

声音传感器在其中起了至关重要的作用。

但由于现有技术的不完善，所以目前还不能做到让语音拨号随心所欲。

但无论如何，随着传感器技术的迅速发展，以上困难将逐步被解决。

先锋推出了一款音箱，可以说是专门给洗手间设计的。

它内置了声音传感器，但有人过来的时候自动开始播放音乐，离开后会自动停止。

拒绝打鼾手表装有非常敏感的声音传感器，当寻查到微小的鼾声时，手表就会产生震动，就像是有人在轻轻地推您，直到鼾声完全停止。

这台机器人“哆啦A梦”装有可以感知接触和明暗的传感器、能预测摔倒的倾斜传感器、声音传感器等10个以上的传感器。

如果你轻轻抚摸它的头部，它会高兴地说“你一定是有好事了！

”如果你用力敲打它的话，它就会愤怒地说出“可恶！

不要！

”“哆啦A梦”可以表达丰富的感情，当你吃饭时，它就会说“肚子好饿！

”当你过生日的时候，“哆啦A梦”会给你唱生日歌，并对你说“HappyBirthdayToYou”。

乐器扩音器：

最佳的声源是音叉，但也许你想研究人类的声音、口哨、电子键盘以及其他的乐器。

可尝试比较不同的声源的波形。

也可尝试用2种频率几乎相同的声音来产生音拍的波形图。

请对声音强弱进行调整，使得能产生最佳的波形。

如果声音太大，在波形的顶部或底部就会产生波形“缺失”现象。

把声音传感器离声源稍远些，并把音量调得稍低些。

日本研制开发出一种声控电视机，可储存两个人的声控指令，包括开机工作、转换频道、调换色彩以及关机等，都可以用声音指令进行控制。

声控选台传感器的设计与原理

　　该系统不对彩电做任何改动。

在保留原有遥控功能的基础上，实现语音控制选台，主要功能有：

·

开关电视：

电视接通电源处于待命状态，操作者发出“开机”命令，则打开电视机；

操作者发出“关机”命令，则关掉电视机；

　　·

选台功能：

操作者想看XX电视台的节目，只要发出“XX台”的命令，电视机自动跳转到该台。

识别主人功能：

日防止识操作，该系统只能事先录入命令样本的操作者语音敏感，其他人发出的命令包括电视伴音均无效。

·

其它功能：

具有电视音量、画面亮度调节等适合语音控制的功能。

1·

各个功能模块简介

1.1语音命令提取单元语音命令提供该单元（如图2）在电视话音和其它噪音背景下，完成提取出操作者语音命令功能，其示意图如图3所示。

　　MIC选用驻极体送话器，它具有结构简单、重量轻、体积小、频率响应宽、保真度好等优点，但灵敏度较低，必须再加放大器才行。

由于输出阻抗可高达10x8Ω数量级，所在必须进行阻抗变换后才能与放大器配合使用。

放大器采用差分放大电路，一个驻极体送话器面对送话者，其输出接送放大器正向输入端；

另一个驻极体送话器背对送话者，其输出接放大器负向输入端。

由于两个送话器相对于电视机和其它噪声源的位置基本一样远，可以近似认日通过二者输入的干扰是一样的。

但考虑到送话器具有方向性，前者送入的操作者语音命令远远大于后者，适当选择各电阻值可以抵消掉各种干扰。

放大器采用运放（OPAmps）MAX495（单电源供电+2.7～+6V）。

　　1.2语音识别单元

　　语音识别单元主要由TSG410和非易失性SRAM组成，大体构成如下图4所示。

　语音识别功能由专用语音芯片TSG410完成，TSG410是一种新颖功能齐全的语音识别集成电路。

它采用CMOS大规模集成电路制作工艺制造，内含除SRAM以外语音识别所需的全部电路，如CPU、A/D转换器、ROM、语音放大器、压缩器、滤波器、振荡器及接口电路等。

TSG410具有双列直插和贴片两种封装方式，可工作在CPU控制和人工控制两种模式下。

语音识别的响应时间典型值日300ms，最长不超过600ms。

　　识别容量大，最多可识别40个字段，且分段方式灵活。

为了CPU管理方便，将40个字段分成四组，编号为1～4，每组10个段。

这样，第一个字段编号为10，第二个为11，第三个为12…依次类推，第40个字段编号为49。

在操作显示时，十位数显示组号，个位数显示序号。

因此，建立语音样本时，应注意显示数字和电视机选择频率之间的换算关系，以免语音命令和控制结果对应不起来。

各段功能分配如表1所示。

　　TSG410的每个字段时间长度可以在0.9s和1.92s之间选择。

按正常人的讲话速度，每秒吐字2～4个，如选择0.9s，则每个命令字段以1～3个字为宜，选择1.92s则最大容量为8个汉字，但可识别的字段数减少为20个。

我们选择胶一种分段方式，语音命令以3个字以下为宜。

因此，电视选台命令采用“地方”命名原则，如：

山东、上海等，中央台可直接叫“一台”、“二台”，依次类推。

语音命令差别越大越不容易出现错误识别。

系统要正常工作，必须首先建立语音样本，为防止语音样本因为掉电丢失，SRAM选用内带掉电保护电池的非易失性SRAM，即NVSRAM（non-volatileSRAM），如HK1125，掉电后其数据可保存10年以上，用法同普通RAM。

　　一般情况下，留有30个预选频道是足够用的。

实际上，既可以采用多片TSG410进行频道数和允许操作者人数扩展方式满足各种需要，也可以采用让TSG410工作在CPU控制方式的办法。

此时识别容量不受40字段限制，但需增加单片机（如8031）作控制用。

　　1.3控制面板

为了能输入字段号，以便建立语音样本，RSG410配置了外接键盘扫描电路。

行、列信号的输入、输出口由芯片的S1～S3、K1～K3担当。

这样一个三列、四行的键盘共有12个按键，其中十个定义为：

0～9数字键，一个定义为：

语音样本建立键（TRN），一个定义为：

语音样本清除键（CLR）。

由于控制面板只在建立语音样本时使用，为防止误操作，应将12个按键用塑料外亮封起来。

　1.4 

操作指示电路　

　采用两片数码管和译码驱动电路CC4558组成操作指示电路。

在本系统中，操作指示电路作用是：

建立语音命令样本时，用于显示存入的字段号；

语音命令识别时用于显示识别结果及芯片识别结果的处理报告。

　1.5 

逻辑控制电路　　

整个逻辑控制电路如图5所示。

TSG410通过D0～D7输出识别结果，必须进行必要的译碱码后，才能用来控制后面的红外发射装置。

在电视机的遥控系统中，遥控发射器通过按键，以红外线方式发出各种不同的脉冲编码信息。

尤其需要注意其发射编码必须与原来一致，以便兼容。

采用电子开关电路模拟手工按键时，必须考虑开关接通时间和两个按键之间的时间间隔问题，以防止信号丢失和“串键”、“并键”现象的发生。

通常情况下，全部键位扫描一次的时间小于10～20ms，而入手触及按键的时间最短也在100ms以上，因此在任一按键被按下后，会有多次扫描信号通过，不存在信号丢失问题。

所谓“串键”是指在一个键按下之后，又接着按下另一键；

而“并键”则是同时按下两键。

这两种错误操作发生的根本原因是：

每个按键的遥控指令编码需要一定时间才能发射完毕（一般在100ms左右），所以应设法消除。

这是我们设计逻辑控制电路时的一个难点，采用脉冲展宽（》40ms）和脉冲延迟电路（》120ms）解决。

1.6 

遥控发射电路　　

红外遥控发射器主要由三大部分组成：

一是键盘矩阵，二是发射专用集成电路，三是放大驱动和红外线发射部分。

该电路与电视机的特定型号有关，可以根据电视机品牌选用适当的专用红外发射电路。

　　需要说明的是：

由于不同品牌电视机的红外发射、接收电路各不相同，因此它只对兼容电视有效。

4.声音传感器在工业上的应用：

声波传感器：

用作汽车倒车防撞报警器装置，也被称为超声波倒车雷达或倒车声纳系统，尤其适用于加长型装载汽车、载重大货车、矿山汽车等大型车辆。

超声波