一种基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置

摘要

本发明公开了一种基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置，包括：主控模块（21）向语音芯片模块（22）发送播放指令，语音芯片模块（22）向功率放大器模块（23）发送声音信号，由功率放大器模块（23）驱动扬声器（27）播放声音信号；环境声音信号采集模块（26）将外界环境声音的声压信号发送到主控模块（21），主控模块（21）根据声压信号确定播放声音信号的音量，并基于音量控制功率放大器模块（23）的输出功率。本发明的新能源汽车行人声音警示装置，能够根据环境声音确定播放音量，解决了夜晚的声响较大扰民的问题，并解决了在开机时有爆破音的问题，以及音量修改不平滑有断档的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及声音报警技术领域，尤其涉及一种基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置。

背景技术

现代社会，汽车已经成为人们生活中必不可少的工具，私人汽车和公交汽车方便了人们的出行，汽车正在取代自行车成为人们生活中重要的交通工具。近年来，随着全球空气污染的日渐增强，各国越来越重视环境的保护和空气污染的预防及治理，汽车尾气的排放被认为是空气污染的主要来源之一。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。随着新能源汽车的兴起，与其相关的技术也在逐渐的发展。新能源汽车采用新型发动机驱动，它所发出的声音很微小，并被环境噪声所淹没，这样导致汽车处于一个“静音状态”，即存在新能源汽车的行驶过程中声音较小，不易被行人发现，容易造成交通事故的问题,并且，只要汽车只要开始就一直发声，而发声的响度是固定的白天和晚上没有任何区别，同样的响度在白天能够起到行人警示作用的，到了夜晚同样的响度环境比较安静的情况下就是会变成扰民。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置，能够有效地解决上述的问题。

一种基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置，包括:主控模块、语音芯片模块、功率放大器模块和环境声音信号采集模块；所述主控模块向所述语音芯片模块发送播放指令，所述语音芯片模块向所述功率放大器模块发送声音信号，由所述功率放大器模块驱动扬声器播放所述声音信号；所述环境声音信号采集模块将外界环境声音的声压信号发送到所述主控模块，所述主控模块根据所述声压信号确定播放所述声音信号的音量，并基于所述音量控制所述功率放大器模块的输出功率。

根据本发明的一个实施例，进一步的，还包括：CAN收发器模块；所述主控模块通过所述CAN收发器模块与新能源汽车的控制装置连接，接收新能源汽车的控制装置发送的状态信号，包括：电机转速和车速信号；所述主控模块基于所述状态信号生成行车数据，并将所述行车数据发送到所述语音芯片模块，所述语音芯片模块基于所述行车数据生成汽车引擎声音信号。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：防爆破音电路模块；所述防爆破音电路模块包括：二极管、第一电阻、第二电阻、NPN型三极管、第一有极性电容、第三电阻、第四电阻；所述第四电阻的一端接地，另一端与所述NPN型三极管的发射极连接；所述第一有极性电容和第三电阻并联，形成第一子电路；所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接，形成第一连接点；所述二极管的一端与供电模块或功率放大器模块连接，所述二极管的另一端与所述第一连接点连接；所述第二电阻的另一端与所述NPN型三极管的集电极连接；所述第一子电路的一端与所述第一电阻的另一端连接，此连接点与所述NPN型三极管的基极连接；所述第一子电路的第二端连接在所述第四电阻用于接地的连接线路上，第一电流输出线的一端连接在所述第四电阻与所述NPN型三极管的发射极之间的连接线路上，所述第一电流输出线的另一端与所述扬声器连接；其中，电流通过所述二极管的一端进入，通过所述第一电阻限流后用于给所述第一有极性电容进行充电，此时所述NPN型三极管呈现高阻状态，当所述第一有极性电容的电压达到阈值时，所述NPN型三极管进入导通状态。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：音量调节电路模块和RC整形电路模块；所述主控模块控制所述音量调节电路模块生成具有方波的PWM信号，所述PWM信号通过所述RC整形电路模块进行整形后发送到所述功率放大器模块，进行音量的调节。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述RC整形电路模块包括：第五电阻、第六电阻、第二无极性电容、第三无极性电容；所述第五电阻与所述第二无极性电容串联，所述第五电阻的一端与所述音量调节电路模块连接，所述第二无极性电容的一端接地；所述第六电阻和第三无极性电容串联，所述第六电阻的一端连接在所述第五电阻与所述第二无极性电容之间的连接线路上，所述第三无极性电容的一端接地；第二输出线的一端连接在所述第六电阻和第三无极性电容之间的连接线路上，另一端与所述功率放大器模块连接。

根据本发明的一个实施例，进一步的，还包括：数字滤波器；所述环境声音信号采集模块实时采集外界环境声音的声压信号并发送到所述主控模块；所述主控模块将所述声压信号发送到所述数字滤波器中进行周期性的采样,并对每个样本进行量化和编码生成数字信号,将所述数字信号转换为模拟信号，对此模拟信号进行处理并获取声压信息。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述主控模块监控所述语音芯片模块的控制引脚BUSY，判断当前所述语音芯片模块播放的声音文件的时间；当判断所述声音文件播放的剩余时间达到预设的时间阈值时，则所述主控模块控制向所述语音芯片模块发送播放下一个声音文件的控制指令。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述环境声音信号采集模块包括：麦克风放大器MAX9812L、第四电容、第五电容和第七电阻；麦克收集的信号通过输入线路分别通过所述第四电容、所述第七电阻与所述麦克风放大器MAX9812L的IN管脚、BIAS管脚连接，其中，IN引脚是信号输入引脚，BIAS引脚为电压补偿引脚；所述麦克风放大器MAX9812L的SHND管脚通过所述第五电容接地，并且在SHND管脚与所述第五电容之间的连接线路上引入电压，所述麦克风放大器MAX9812L的GND管脚接地，所述麦克风放大器MAX9812L的VCC管脚接入所述电压，所述麦克风放大器MAX9812L的OUT管脚输出发大后的信号至所述主控模块。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述主控模块与所述语音芯片模块通过SPI串行总线连接。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述语音芯片模块包括：语音芯片ISD2130；在供电模块与所述语音芯片模块、所述功率放大器模块的连接线路中设置压敏电阻。

本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置，采用环境声音作为发出警示音的参考条件，采用硬件电路组合方式解决上电的爆破音，完成对功放芯片音量的调节，通过预先记录声音切换需要时间，在声音切换提前此记录的时间下达声音播放命令，进而解决声音切换断档问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置的一个实施例的电路结构示意图；

图2为本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置的一个实施例的工作流程示意图；

图3为本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置的一个实施例的防爆破音电路示意图；

图4为本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置的一个实施例的PWM音量整形电路示意图；

图5为本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置的一个实施例的环境声音信号采集模块中的麦克放大电路示意图；

图6为本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置的一个实施例的数字滤波器的处理示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

下文中的“第一”、“第二”等为描述上相区别，并没有其他特殊的含义。

如图1、2所示，本发明提供一种基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置，包括:主控模块21、语音芯片模块22、功率放大器模块23和环境声音信号采集模块26。主控模块21向语音芯片模块22发送播放指令，语音芯片模块22向功率放大器模块23发送声音信号，由功率放大器模块23驱动扬声器27播放声音信号。

主控模块可以实现为微处理器、单片机、单板机等。主控模块21与语音芯片模块22通过SPI串行总线等连接。在供电模块24与语音芯片模块、功率放大器模块的连接线路中设置压敏电阻。

环境声音信号采集模块26将外界环境声音的声压信号发送到主控模块21，主控模块21根据声压信号确定播放声音信号的音量，并基于音量控制功率放大器模块23的输出功率。通过外界环境声音的声压信号可以判断周边的声音是否嘈杂，如果周边嘈杂或分贝很高则加大音量，如果周边很安静或分贝很小则减小音量，可以避免发生扰民等发生。

可以实时监测环境的声压水平，根据周围的声压水平决定新能源汽车行人声音警示装置本身所要发出的声压大小，进而在周围声压平均水平的较小时，发出较小的声压值就能完成行人警示作用。

在一个实施例中，主控模块21通过CAN收发器模块25与新能源汽车的控制装置31连接，接收新能源汽车的控制装置31发送的状态信号，包括：电机转速和车速信号等。主控模块21基于状态信号生成行车数据，并将行车数据发送到语音芯片模块22，语音芯片模块22基于行车数据生成汽车引擎声音信号，例如可以模拟汽车在40公里、80公里时速时的发动机不同的声音。

在一个实施例中，在警示装置中设置防爆破音电路模块。如图3所示，防爆破音电路模块包括：二极管1、第一电阻2、第二电阻3、NPN型三极管4、第一有极性电容5、第三电阻6、第四电阻7。第四电阻7的一端接地，另一端与NPN型三极管4的发射极连接。第一有极性电容5和第三电阻6并联，形成第一子电路。第一电阻2的一端和第二电阻3的一端连接，形成第一连接点。

二极管1的一端与供电模块或功率放大器模块23连接，二极管1的另一端与第一连接点连接。第二电阻3的另一端与NPN型三极管4的集电极连接。第一子电路的一端与第一电阻2的另一端连接，此连接点与NPN型三极管4的基极连接。

第一子电路的第二端连接在第四电阻7用于接地的连接线路上，第一电流输出线的一端连接在第四电阻7与NPN型三极管4的发射极之间的连接线路上，第一电流输出线的另一端与扬声器连接。其中，电流通过二极管1的一端进入，通过第一电阻2限流后用于给第一有极性电容5进行充电，此时NPN型三极管4呈现高阻状态，当第一有极性电容5的电压达到阈值时，NPN型三极管4进入导通状态。

在一个实施例中，新能源汽车的行人警示是满足车身状态和声音状态的高度切合，往往因为开机会给扬声器一个脉冲信号，这样就导致了会给扬声器一个瞬时的爆破音，影响系统品质。

启动防爆破音电路模块，在消除扬声器破音中采用硬件电路延迟和电源上电瞬间泄放电路，采用了二极管、高阻电容、三极管组合电路抑制开机瞬间电压的对系统的影响。系统供电通过控制POWER管脚上电，通过2限流后给5进行充电，此时4呈现高阻状态，Remote呈现低电平。当充电的电压达到0.7伏时4进入导通，3、7对POWER电压进行分压。Remote电压呈现99/100的Pwer电压呈现为高电平。

在一个实施例中，警示装置中设置了音量调节电路模块和RC整形电路模块。如图4所示，主控模块控制音量调节电路模块生成具有方波的PWM信号，PWM信号通过RC整形电路模块进行整形后发送到功率放大器模块，进行音量的调节。

对于声音的音量的调节，可以采用PWM方式合成算法的方式调节，涉及到PWM转换成平均直流电压的处理电路。音量调节采用PWM方式对功放芯片的功率输出控制引脚进行模拟电压输出的控制，分辨率可达65536个档位，PWM的信号的方波信号发出后通过RC整形电路模块产生一个近似直流电平，类似于“电位器旋钮”调压方式，产生1/65535的细分电压。

在一个实施例中，RC整形电路模块包括：第五电阻8、第六电阻9、第二无极性电容10、第三无极性电容11。第五电阻8与第二无极性电容10串联，第五电阻8的一端与音量调节电路模块连接，第二无极性电容10的一端接地。

第六电阻9和第三无极性电容11串联，第六电阻9的一端连接在第五电阻8与第二无极性电容10之间的连接线路上，第三无极性电容11的一端接地；第二输出线的一端连接在第六电阻9和第三无极性电容11之间的连接线路上，另一端与功率放大器模块连接。

在一个实施例中，警示装置中设置数字滤波器。环境声音信号采集模块26实时采集外界环境声音的声压信号并发送到主控模块21。主控模块21将声压信号发送到数字滤波器中进行周期性的采样,并对每个样本进行量化和编码生成数字信号,将数字信号转换为模拟信号，对此模拟信号进行处理并获取声压信息。

加入了由麦克或传声器进行声音响度采集的电路，采集得到的电压传入到主控装置（微处理器）的AD端内部进行数字滤波，得到特定频率信号的声压的电压，基于此电压值控制所要发出的声压值。

主控装置（微处理器）的AD端口接收到外部环境的声场电压值，因为环境噪声的声压大多都集中在某一特定频率的，通过主控装置（微处理器）内部进行数字滤波算法，或设置独立的数字滤波器，将特定频率的声音的声场作为反馈参考电压，根据电压值控制所要发出的声压的大小。

如图6所示，环境的声压通过麦克或传声器放大后进入主控装置（微处理器）的AD采样口，可以发送到数字滤波器，数字滤波器的实现过程通常是把输入的模拟信号数字化,也就是对输入的模拟信号进行周期性的采样,并对每个样本进行量化和编码,即模/数(A/D)转换;从A/D输出的数字信号进行预先规定的处理、变换,这是整个滤波过程的核心部分，通常采用现有的多种滤波算法。处理器输出的数字信号再转换为模拟信号,采用数/模(D/A)转换得到经过数字滤波的模拟信号。

在一个实施例中，选用带通型的数字滤波器，通过示波器观察频谱后规划出具体的需要频率范围，得到需要的频率范围，而后根据频率范围通过matlab软件模拟规划出采用具体滤波器模型，最后把matlab确定的数字滤波器算法实现在CPU或其它的硬件上，例如CPLD等，生成数字滤波器。

在一个实施例，语音芯片模块22包括：语音芯片ISD2130等。主控模块21监控语音芯片模块22的控制引脚BUSY。判断当前语音芯片模块播放的声音文件的时间。当判断声音文件播放的剩余时间达到预设的时间阈值时，则主控模块21控制向语音芯片模块22发送播放下一个声音文件的控制指令。

对语音芯片ISD2130的控制引脚BUSY进行监控，用示波器模式来识别声音切换的时间，在进行声音切换时提前此时间下达播放命令，即在上次声音没有停止前就下达下一次的播放命令。完成声音切换无断档。例如，声音的播放采用一个声音进行循环播放，当要进行声音切换时声音会发生断档，这里采用的是按照预设的时间提前激发声音切换命令。

通过提前向声音播放芯片发出声音切换命令，而不是等待系统播放完成后才执行声音切换命令，避免了因为命令执行延时带来的声音切换断档。例如，声音播放时，从监测到BUSY由高电平到低电平到最后的声音播放会有20毫秒以上时间不等的间隔，此间隔是导致声音断档的主要原因。记录声音切换所需要的时间，此时间为毫秒级，记录下此时间后把此时间设为X写到CPU的EEPROM中保存。当需要切换时，只需要根据声音文件的播放停止之前，提前X毫秒下达下一个声音的播放命令即可。

在一个实施例中，如图5所示，环境声音信号采集模块包括：麦克风放大器MAX9812LM1、第四电容16、第五电容17和第七电阻18。麦克15收集的信号通过输入线路分别通过第四电容16、第七电阻18与麦克风放大器MAX9812L的IN管脚、BIAS管脚连接，其中，IN引脚是信号输入引脚，BIAS引脚为电压补偿引脚。

麦克风放大器MAX9812L的SHND管脚通过第五电容17接地，并且在SHND管脚与第五电容17之间的连接线路上引入电压，麦克风放大器MAX9812L的GND管脚接地，麦克风放大器MAX9812L的VCC管脚接入电压，麦克风放大器MAX9812L的OUT管脚输出发大后的信号至主控模块21。主控模块21可以得到1000Hz左右频率的声音的电压值，来反馈设置发出警示音的声压值。

本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置，采用硬件电路组合方式完成电路上电延时解决上电的爆破音，音量调节采用单片机PWM输出结合整形电路完成对功放芯片音量的调节，预先记录声音切换需要时间，把此时间写入到CPU的EEPROM中，在声音切换提前此记录的时间下达声音播放命令，进而解决声音切换断档问题。采用特定频率的声音的电压作为反馈，作为发出警示音声压的参考条件。

本发明的基于环境声音反馈的新能源汽车行人声音警示装置，具有以下的有益效果：

1、解决了在语音系统在开机时有爆破音的问题；

2、解决了音频输出方案中音量调节依靠发送和修改寄存器才能得到音量修改，并且音量修改不平滑有断档的问题；

3、解决了采用相对低端语音播放软件在声音切换过程中的断档切换问题；

4、解决了夜晚的声响较大扰民的问题。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。