對不受麥克風靈敏度和環境噪聲影響的聲控開關的相關研究

李卓然

（延邊大學，延邊 133002）

聲控開關的原理便是將聲音信號，通過聲電轉換器轉換成電信號，再把信號放大后送到處理器進行處理，處理器將幅度、頻率各不相同的一群聲波信號轉化成一次狀態改變的控制信號，經執行機構直接控制負載動作，完成設計要求。[1]

現有的聲控開關以降低觸發靈敏度方法來克服環境噪聲，但只有發出較大的聲音時才能被觸發，使用很不方便。而且聲控開關的靈敏度受麥克風靈敏度的影響很大，在批量生產中會帶來很多問題。另外在長期使用時由于環境粉塵的影響麥克風的靈敏度會逐漸下降，導致聲控開關反應遲鈍。而且現有的聲控開關方法并不能有效地區分噪聲和有用信號，導致開關頻繁誤動作，且受麥克風靈敏度的影響很大，通常用于控制照明燈以便達到節能的目的。聲控開關對環境噪聲敏感，噪聲稍大聲控開關被誤觸發導通，聲控燈就變成常亮燈，為此給我們的生活造成了很多的不便。

在本文中，我們探討的是一種已獲得國家實用新型專利的不受麥克風靈敏度和環境噪聲影響的聲控開關，包括麥克風偏置、信號放大器、信號移送器、信號處理單片機、受控開關：所述麥克風偏置部分，提供麥克風工作所需要的工作電壓；所述信號放大器，把麥克風產生的信號放大；所述信號移送器，把麥克風放大器產生的信號移送到VC/2的電壓上；所述信號處理單片機，對輸入信號進行采樣處理分析后輸出控制信號；所述受控開關，受控于信號處理單片機進行開關動作。利用本實用新型專利可實現不受麥克風靈敏度大小不同和環境噪聲影響的聲控開關。

本開關采用多種信號處理技術（算法），克服了聲控開關受環境噪聲及麥克風靈敏度不同帶來的影響。

下述為本專利的工作詳情：

（2）信號移送器中，R4=R5 因此可得到VC/2 的電壓，把電壓通過電容C2 移送到VC/2 的電壓上，在P0 中可得到

經過采樣、減法、積分、除法等多種算法對信號處理后，聲控開關基本不受環境噪聲及麥克風靈敏度不同帶來的影響。因此提高了聲控開關在各種噪聲環境中的應用范圍，降低了批量生產時對麥克風靈敏度的要求，可大大提高生產效率及產品的一致性，同時解決了因長期使用聲控開關時靈敏度下降帶來的問題。為了簡化硬件電路，把復雜的信號處理用軟件實現，有利于批量生產，降低成本。

圖1

圖2

下面將結合圖1、圖2說明具體實施方法：

信號移送器中，C2=0.47uF、R4=R5=100K，單片機使用MK7A23。MK7A23 具有14 位的ADC，轉換結果用4 位的16 進制數XXXXH 方式表示，讀入VC 電壓時數值為7FFFH。

按下面步驟進行運算：

（1）噪聲平均周期時間T 可以取0.3～0.6S 內的任意值，因此MK7A23的ADC 采樣時間設定為260us，進行2048次采樣時所需要的時間T ≈0.53s。

（3）繼續進行下一批2048次采樣，并判斷聲控開關通、斷條件，若則開關斷開，若則進行運算，如果滿足條件則開關導通，S 值決定聲控開關的觸發靈敏度，取值范圍是20～80內設定的常數，取值越大聲控開關的觸發靈敏度越高。

此開關第一解決了現有的聲控開關受環境噪聲影響的問題，從而克服了因頻繁誤動作造成的電能浪費現象，擴展了使用環境（如：衛生間有排風扇的環境）；第二解決了現有的聲控開關受麥克風靈敏度不同帶來的不良影響，聲控開關的靈敏度與麥克風靈敏度及放大器放大倍數無關，因此在批量生產中對麥克風的要求不高，可大大提高生產效率及產品的一致性，同時解決了長期使用時由于環境粉塵造成麥克風的靈敏度逐漸下降，導致聲控開關反應遲鈍的問題，從而延長產品的使用壽命，減少維護工作量。