多級式汽車電子喇叭設計

鄭修磊，李艷偉，劉首彤，李世杰，石佳

（東北林業大學交通學院，哈爾濱150040）

1 引言

汽車鳴笛系統不應只提醒駕駛者，更應做到駕駛員與路人的路況處理，在鳴笛系統起作用時，保證被警示者的切身利益才是汽車喇叭系統的正確發展方向[1]。車身近距離靠近人聲音強度超過100分貝時，便會損傷人的耳膜[2]，危害個人健康，會給駕駛員和路人造成雙向損失。經濟的快速發展，汽車已大眾化，街頭常有沉迷手機的“低頭族”和行動遲緩的老年人以及嬉耍的孩童。當類似這幾類人阻礙汽車正常行進時，若采用常規喇叭提醒，聲音刺耳，可能會對其造成一定程度的驚嚇，產生不良后果（如老年人突發心臟病等）。針對這種情況，本文設計一款多級式可調控汽車鳴笛系統，在保證正常汽車鳴笛警示功能的同時，根據不同的實際情況，選擇合適的鳴笛類型，降低對行人的刺激性，提高行人和其他交通工具的安全性。人性化地達到信號警示效果，并適應于不同道路區域。

2 多級式汽車喇叭電路設計

2.1 總體設計方案

預計設計一款在路況行駛區域，可替代原車的喇叭使用的多級式汽車電子喇叭。所設計的多級式汽車電子喇叭主要包含STC89C52微控制器（由二極管和蜂鳴器組成的聲響報警模塊以及穩壓電源模塊組成）。該多級式喇叭系統使用車載12V電源，以STC89C52單片機為軟件控制處理中心，根據數據信息自處理，提供多級預警方案，由IO口實現數據的發送和接收，產生持續電壓脈沖，經穩壓管和正反饋電路降頻和整形后，通過電流放大電路和功率放大器產生脈動電流，控制電喇叭震動發聲。總體電路圖如圖1所示。

2.2 電路設計

汽車電子喇叭采用以圖1所示的集成電路為核心，由自激多諧振蕩器、延時電路、語言存儲器以及音頻功率放大器四大部分組成。

2.2.1 STC89C52單片機

汽車多級式喇叭設計中，采用的核心器件是STC89C52單片機。STC89C52是一種帶8K字節程序存儲空間，512字節數據存儲空間的可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，內帶4K字節EEPROM存儲空間，使用串口直接下載。其采用ATMEL高密度非易失存儲器制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由STC89C52單片機來控制MCP4101數字電位器，LM358產生音頻信號，經過數字電位器分壓輸出給TDA2030，由于分壓的不同經TDA2030進行放大后發出高低不同的聲音。此類單片機功能多、靈活性高，性價比高，在本次設計中給予選用。

單片機引腳。單片機芯片共40個引腳，引腳的排列順序為從靠芯片的缺口（見圖2）左側列引腳逆時針順序，依次為1、2、3、4…40，其中芯片的1腳頂上有個凹點。在單片機的40個引腳中，電源引腳2根：VCC，GND；外接晶體振蕩器引腳2根：XTAL1XTAL2；控制引腳 4 根：RST/VPP,ALE/PROG，PSEN，EA/VPP以及4組8位可編程I/O引腳32根。

圖1 總體集成電路圖

圖2 單片機各管腳

2.2.2 復位電路

微機系統中電路正常工作需要電源為5V±5%，即4.75～5.25V供電。以確保電路穩定可靠工作，增加復位電路進行上電復位。微機電路是時序數字電路，需要穩定的時鐘信號，電源上電時，4.75V＜VCC＜5.25V以及晶體振蕩器穩定工作，撤除復位信號，微機電路正常工作。如圖3所示。

圖3 復位電路

圖3中，STC89C52單片機需要在系統通電時使內部程序復位，通過初始化寄存器，使控制器整個系統處于可控的初始狀態，指令輸出時從初始狀態運行。STC系列單片機的復位是給復位引腳RST輸入一個至少兩個機器周期寬度的高電平信號，保證系統的可靠復位。

2.2.3 晶振電路

晶振又稱晶體振蕩器，晶體在共振的狀態下工作，可以使電能和機械能穩定轉換，從而產生精確,穩定的單頻振蕩（時鐘頻率）,晶振頻率絕對精度可達5/1000。晶振與鎖相環電路可配合使用，更準確地達到系統所需時鐘頻率。結合單片機內部電路系統，提供基本的時鐘信號，單片機在此基礎上執行指令，晶振頻率越高，單片機運行速度越快。

2.2.4 放大電路

將原蜂鳴器電路兩端與三極管放大電路電源端并聯連接，通過三極管放大電路將電壓放大，保證原電壓與汽車喇叭按規定頻率震動的所需電壓頻率保持一致，當大電壓輸出到外加喇叭后，就實現了單片機對外加喇叭的控制。如圖4所示。

圖4 放大電路

2.2.5 實際電路板制作

針對以上所設計構思，購置元件，考慮機械結構、散熱、電磁干擾及布線的方便綜合考慮，進行單片機和相關元件的焊接，制作的實物電路板如圖5所示。

3 喇叭構造

蝸牛喇叭：蝸牛喇叭是一對蝸牛狀的汽車喇叭，又叫高低音喇叭，兩個喇叭一個是高音，一個是低音。通過安裝蝸牛狀的助聲腔，來改善音質，增強喇叭音量。材料采用高質量材料，可全天工作，防鹽、防酸堿能力強，且能夠抵抗粗砂碎石的剮蹭與撞擊，能適應各種天氣。其結構如圖6所示。

圖5 喇叭實物芯片

喇叭工作原理：按下喇叭按鈕，接通電路，電磁線圈使鐵芯5生成吸力，銜鐵10被吸下，電路斷路，去除鐵芯吸力，使銜鐵10回位，重新接通電路，重復以上整個觸發過程，銜鐵通過持續移動振動膜片，使蜂鳴器有共鳴產生，再由揚聲器最終發聲。用一個電容器及消弧電阻與觸電并聯，來消除觸電間火花，避免觸電損傷。

圖6 喇叭的結構

4 控制程序設計

5 結語

多級式汽車喇叭系統設計有別于原汽車喇叭系統，通過單片機電路控制，實現外加喇叭在特定情況發出固定的音頻效果，避免不良后果。單片機等集成電路原件安裝在電路板上后，通過按動原汽車喇叭旁側的開關，控制音頻播放。多級式汽車喇叭系統不僅避免了與原喇叭系統的使用沖突，且操作簡單，噪音低、安裝方便，有效降低了成本的同時，體現了人性化的設計理念。