低高音自动转换式车用电气喇叭的设计

湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计 低高音自动转换式车用电气喇叭的设计低高音自动转换式车用电气喇叭的设计 THE DESIGN OF ELECTRICAL HORN FOR VEHICLES WHICH IS A UTOMATICALLY CONVERTED TO LOW TREBLE 学生姓名学生姓名 曹曹 俊俊 学学 号 号 200841930129200841930129 年级专业及班级 年级专业及班级 20082008 级汽车服务工程 级汽车服务工程 1 1 班 班 指导老师及职称 指导老师及职称 岳大军岳大军 教授教授 湖南 长沙 提交日期 2012 年 5 月 湖南农业大学东方科技学全日制普通本科生毕业设计 诚 信 声 明 本人郑重声明 所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下 进行研究工作所取得的成果 成果不存在知识产权争议 除文中已经注 明引用的内容外 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确 的说明并表示了谢意 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 毕业设计作者签名 年 月 日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 1 2 概述 2 2 1 汽车喇叭的简介 2 2 1 1 汽车喇叭的主要作用 2 2 1 2 汽车喇叭主要分类 3 2 2 本设计的必要性 4 2 3 国内外研究现状 5 2 4 本设计希望实现的目的要求 6 3 低高音自动转换式车用电气喇叭集体方案的设计 6 3 1 基于 目的要求的方案构想 6 3 2 方案一 用热电式触发器控制的双喇叭低高音量自动控制器 8 3 2 1 主要元器件介绍及对性能的影响 8 3 2 2 具体实施方式 8 3 2 3 热电式继电器工作原理 9 3 2 4 总体电路的工作原理 10 3 2 5 总体电路与工作过程 10 3 3 方案二 利用单片机控制气流量来实现低高音自动转换 11 3 3 1 工作原理 11 3 3 2 信号触发电路 11 3 3 3 保护电路 12 3 3 4 变压电路 12 3 3 5 控制装置 13 3 3 6 驱动电路 14 3 3 7 总体电路分布 14 3 3 8 本方案中需要用到的电子元器件的选用 15 3 4 方案三 利用通电延时继电器控制气流来实现低高音自动转换 16 3 4 1 工作原理 16 3 4 2 通电延时继电器 16 3 4 3 通电延时继电器的选用 17 3 5 方案四 一个低高音自动转换的喇叭开关结构 17 3 5 1 设计原理 17 3 5 2 低高音自动转换的喇叭开关结构设计 17 4 四种方案比较总结 18 4 1 三种方案反应快慢的比较 18 4 2 三种方案的声音大小的比较 19 4 3 三种方案的经济性比较 19 4 4 元器件对音量 工作稳定性的影响 19 5 总结 19 参考文献 20 致谢 21 1 低高音自动转换式车用电气喇叭的设计低高音自动转换式车用电气喇叭的设计 学 生 曹 俊 指导老师 岳大军 教授 湖南农业大学东方科技学院 长沙 410128 摘 要 本设计是在原车喇叭电路的附加喇叭电路的基础上的一种设计 现在汽车喇叭的 生产制造时音量都是固定的 但是在野外行车或高速公路上都需要大音量长时间的鸣笛 而许多 城市为了尽可能的减少噪音对人们生活带来的困扰而采取禁鸣措施 因此设计一种一键式的低高 音自动转换或过渡电路是有必要 设计此种喇叭电路 能够很好的解决现实生活中城市禁鸣和固 有喇叭音量过大和不足的矛盾 具有很好的实际意义 关键词 电气喇叭 音量 自动转换 热电式 喇叭开关 The Design of Electrical Horn for Vehicles Which Is Automatically Conver ted to Low Treble Students Cao Jun Teacher Yue Dajun Hunan Agricultural University East Science And Technology Academy Changsha 410128 Abstract This design is a kind of design which based on the additional speaker circuits of the original car speaker circuit Nowdays the volume of car horn are fixed when they are manufacturing but driving in the field or highway needs a large volume of long whistle However many cities say no honking and minimize the nuisance caused by noise as far as possible in case of disturbing people s lives then it s necessary to design a one button automatic conversion of low treble or transition circuits The design of such a speaker circuit can solve the conflict between no honking of citys in reality and the inherent speaker sound excessive or insufficient and with good practical significance Keywords electric horn volume automatically converted thermoelectric horn switch 2 1 前言 喇叭是汽车安全系统中的一个不可或缺的电器元件 喇叭声音作为一种汽车特有 的语言主要用于车与人及车辆之间的交通信息沟通 但是 由于目前在汽车上使用的 都是定音喇叭 音量和音调都是生产时预先设置固定的 这就产生了一系列的问题 当汽车低速行驶时 例如行驶在生活小区 繁华路段 人员众多场合时 过高的汽车 喇叭音量往往会惊吓行人 造成不必要的的噪音和破坏宁静和谐的环境 特别是处于 环境保护的需要 很多城市已经制定并实施了禁鸣汽车喇叭的规定 中华人民共和 国环境噪音污染防治法 1 第三十五条也明确规定 城市人民政府公安机关可以根 据本地城市市区区域环境保护的需要 划定禁止机动车行驶和禁止其使用声响装置的 路段和时间 并向社会公布 但是禁鸣汽车喇叭也带来了相应的负面影响 如容易 引起交通堵塞 一定程度的影响交通安全 汽车刹车片容易损耗等等 另外一方面 当汽车高速行驶时 往往在郊外 高速公路等空旷地段由于汽车喇叭音量的固定 使 其传播的距离不够远 会使相关行人或者车辆司机的不到相应的警告 也会影响交通 安全 开车往往需要按喇叭 以提醒行人或者车辆 当车外环境的声音强度较低时 即 安静时 例如夜间 车喇叭声音的大小只需要较低的强度就可以达到目的 当车外 环境的声音强度较高时 即车外环境嘈杂时 车喇叭声音的大小需要有较高的强度才 能够达到目的 如果汽车喇叭的音量或者发音能够随司机案键的时间长短或者按键的力量大小而 自动调节 在短按时其音量小 而长按时音量逐渐增大 或者按键时力量小时其喇叭 的音量小而短处 长按时候其喇叭的音量大而且频率高 传播距离远 亦或是根据按 键的行程来控制喇叭音量 当喇叭按键稍微按下去一点 喇叭的音量小儿短处 喇叭 按键再按下去点 喇叭音量高亢且传播距离远 则上述问题都可以得到相应解决 2 概述 2 1 汽车喇叭的简介 喇叭是汽车安全系统中的一个不可或缺的电器元件 喇叭声音作为一种汽车特有 的语言主要用于车与人及车辆之间的交通信息沟通 2 1 1 汽车喇叭的主要作用 汽车喇叭它主要有着一下三个作用 1 警示 在车辆行驶时遇到视线不良或前方车马行人有碍车辆安全时可按喇 叭告诉对方表示我来了 我要过去 请你靠边行驶或行走 尤其是在山区弯道多或者 3 其他视线不良的地方更需要鸣笛示意 2 是检视判断情况的一种手段 驾驶员在穿越闹市区或在恶劣环境条件下行 驶应顾及路上来往行人为确保车辆安全通行 驾驶员用呜号的办法 警告行人 汽车 来了 请给车让个路 同时 驾驶员则可以通过鸣号观察行人 车马的不同反映检视 判断他们是正常人 还是聋哑人 盲人 或是耳聋眼花的老年人 以针对 时的不同人 的情况采取不同的有效行车措施 3 是驾驶员礼尚往来的一种表述方式 行车时遇到熟人 亲朋好友或车与车 交会时可以 轻轻鸣号向对方以礼示意 无形中交流了情谊 超车时 对方让了车还让 了速度 超车的驾驶员应有礼貌地鸣号 以示对同行的谢意 2 1 2 汽车喇叭主要分类 汽车喇叭主要可以分为两种 电气喇叭 图 1 与电磁喇叭 图 2 按外形分 有盆形 蜗牛形 按声频分 有高音和低音 按音质分 有单音和双音 或多音 按膜片直径分 有大 中 小型 按声级分 有高声级和低声级 按发声的动力分 有电磁振动式和电控气动式 按触点有无分 有有触点式和无触点式 按接线方式分 有单线制和双线制 2 气喇叭利用压缩空气的气流使金属膜片产生振动 外形多是长 喇叭形 筒形 声音大且声调高 传播距离远 电喇叭通过电磁线圈不断的通电和 断电 使金属膜片产生振动而产生音响 声音悦耳 1 传声筒 2 弹簧 3 盖板 4 膜片 5 电动机轴 6 转子 7 偏心腔体 8 叶片 9 电动 机 10 11 进气孔 12 螺钉 图 1 电气喇叭 Fig 1 Electric horn 4 图 2 电磁喇叭 Fig 2 Electromagnetic horn 2 2 本设计的必要性 汽车喇叭伴随着汽车的诞生 发展 成熟走到了今天 喇叭对于在公路行驶的汽 车上是一个必不可少的装置 大部分车辆运行在除市区道路以外的高速公路 普通公 路 郊外无信号道路 以及险峻的有急弯的公路上 因此喇叭对于行车安全对于节约 能源确实是必不可少的 且适当增大音量更有利于安全与节油 即使在市区像公交车 无声无息地进站出站都是很危险的 有些城市曾出现过在公共汽车进出站时让售票员 拍打车体 喊话来提醒人们注意 近期已有报道 有些交通事故的发生就是因为没有鸣喇叭而造成 因为在道路上 行走的不完全是健全的人 还有一部分是残疾人 所以道路交通法规规定 喇叭仍作 为强制性检验项目在车辆年检时 必须达到所规定的音量才算合格有些专业从事运输 的单位 把喇叭不响等同于前照灯不亮 制动不良一样当作事故隐患 然而随着汽车 保有量增多 喇叭声此起彼伏 吵得人心烦意乱 成为人们日常生活中最需要解决的 问题 因为人们若长期生活在 85 90 dB 的噪声环境中就会得噪声病 当声音达到 120 dB 时人耳就感到疼痛难忍就会对人体产生各种损害 广大市民都要求禁止乱鸣喇叭 实际上早在 20 世纪初 汽车刚刚进入上海不久 在外国人占据的部分租界 就有限制乱鸣喇叭维持安静的相关规定 禁鸣喇叭是一个 延续了一个世纪的老话题正因如此我国率先从北京 上海等大中城市开始陆续延伸到 全国各大中城市先后下达了禁鸣令 5 所以 在不改变原车电路结构 不增加操作手柄 按钮开关的前提下 设计出车 用电喇叭由低音经一短促时间自动接通附加高音喇叭的连接器 也可利用电子技术直 接设计出能实现低高音延时自动转换的一体化电喇叭 这对于安全行车和降低城市噪 声都是有利的 2 3 国内外研究现状 事实证明 对待噪音与安全这个两难的问题 不能走极端 例如很多城市在刚开 始禁鸣令时 交警的管理很严 处罚重 每当有鸣笛时被逮到就罚款 200 元 使得尤 其是由郊区进入市区的司机朋友很紧张 害怕一不小心按了一下就被罚款 几年后 交警对这种短促的的鸣笛就不在处罚了 表示出来理解的态度 所以在这个问题上 既要依靠提高人们的素质 又要在技术上进行改进 尽量做到两者兼顾 同时根据不 同的路况 不同人员 不同环境 不同车型适当调整和突出重点 出于以上考虑 有 些在车上装上高低音两用喇叭 增加一个转换开关 当车驶入禁鸣区时 手工转换到 低音档位 驶出禁鸣区后 装换到高音档位 这种方法有一定的作用 但是增加了行 车的不协调性 因此有必要设计一种一键式的高低音转换或过渡电路 随着现代科学技术的发展 越来越多的科学电子设计人员投入到这些科学研究当 中 从而也有不少成果 最近十年以来 关于汽车车载喇叭的研究出发点众多 例如车速控制喇叭音量装 置 3 解决了已有因为汽车喇叭音量固定的限制问题 它能够使车辆在低速行驶中使 音量自动变小 尽可能少的产生少的噪音污染 在高速行驶时 喇叭的音量又能够自 动调节到比较高的分贝 使相关人员得到警示 这种装置能够随车速的改变自动的调 阶车辆喇叭音量的大小 但并不是汽车在较低速度行驶的时候就仅仅需要较低的鸣笛声 4 当处于危险境 地时候 就必要较高的喇叭声引起路人或者其他工作人员的注意 或者当汽车以较慢 的速度在工厂等噪音较大的地区行驶时 也需要较高的鸣笛声以供工作人员等引起的 警惕 所以这种方案也存在一定得缺陷 又如使用压力感应器作为核心元器件的汽车智能电喇叭 它能够随驾驶员对按键 力量的大小自动调阶喇叭音量的大小 其工作原理是通过压敏电阻的输出电压送至放 大器的输入端 放大器的输出端接车载喇叭 当驾驶员摁压压力感应器时 将会根据 压力的大小产生不同的电信号 此信号经过放大 再驱动电喇叭的发声 其有点在于 根据不同的场合发出不同的音量 根据驾驶员的判断一键式的随意改变鸣笛音量的大 小 6 但压力感应器有它的不足 譬如说老人 女人或者其他身体有恙的驾驶员驾驶车 辆 每个人的力量并不相同 能够很好的掌握一定力道尺寸 不能够很好的控制喇叭 又如在危险场合 手上用力可能不能够一下就使到最大 这样就可能存在一个判断延 时 因此有不能够及时提醒其他行人或车辆驾驶员的注意 总体上说汽车智能车载喇叭的研究越来越多且各具风骚 都有它们的优点 借鉴 他们的实验构想和产品 我设计了如下构成产品 2 4 本设计希望实现的目的要求 本设计的最后目的希望在不改变现有车辆内部线路结构 不增加操作按钮 手柄 不改变操作习惯的基础上 仍使用原车喇叭按钮 在按住喇叭按钮 0 5 1 5 秒 可调 时间以内 只让原车的低音喇叭发出人们能够接受的提示音 而在可以且需要鸣号的 道路上 只需较长时间 大于 0 5 1 5 秒 可调 按住按钮 该连接器将自动的由小 声音过渡到附加喇叭的大声音或超大声音 甚至使用变音量喇叭 即实现了用原车 同一按钮 延时 过度发出高音的目的 尤其解决了在高数公路或野外公路的提醒警 示的问题 又能符合城市降噪 郊外超车鸣号的道路交通法规的规定 同时 我所设计的这种喇叭也能够起到节约能源的作用 在一般情况下 只需要 使用一个或者原有的喇叭 不用启动附加的喇叭或者使变阶喇叭耗费不必要的能源 1 使用一个喇叭 控制它发出两种音量 单独发声 减少所占体积 同时 我 所设计的这种喇叭也能够起到节约能源的作用 在一般情况下 只需要使用一个或者 原有的喇叭 不用启动附加的喇叭或者使变阶喇叭耗费不必要的能源 此种适合多在 城市行驶的汽车使用 2 使用两个喇叭 控制他们两个同时发生 虽然占体积大 也有点耗电 但我 能够不改变原车控件的基础上单独加载两个喇叭和控制模块就能够很好的达到设计目 的 同时两个喇叭的功率足够大 特别适合多在高速公路上快速行驶的大客车 相信 一定能够达到警示路人的目的 3 低高音自动转换式车用电气喇叭集体方案的设计 3 1 基于 目的要求的方案构想 基于我要实现的最终功能 现给出四种方案的构想 四种方案设计的汽车喇叭 涉及汽车喇叭技术领域 包括喇叭 喇叭开关 信号触发电路 保护电路 控制电路 和驱动电路 方案一 包括原车喇叭的基础上采用两个喇叭的热电式控制方案 5 由继电器和 由热电式延时触发器为核心的延时控件控制两个喇叭的发声 来控制音量的自动调阶 7 因为此方案已由岳老师设计申请国家专利并制造装车使用半年已久 且方案的实 施非常的成功 在此之简单的叙述其设计理念 方案二 所诉的第二种方案是利用单片机为核心控制电路来控制气流来实现低高 音自动转换的 电气喇叭是由一个电气泵 喇叭若干 一般都有两个甚至多个 气 管组成 本设计用到的电气喇叭主要是一个电气泵 一个高音喇叭 频率为 220 20 一个低音喇叭 频率为 170 20 气管若干 电磁阀一个 工作流程图如下 图 3 方案二工作流程图 Fig 3 Flow chart of program of second lines 方案三 本方案中在电气泵给高音喇叭输气的气管上安装一个电磁阀 通电延时 继电器与电磁阀串联 与电气泵并联 当喇叭开关按钮按下去之后整个电路得电 电 气泵与通电延时继电器同时工作 此时气流只通过低音喇叭使其发音 延时过后电磁 阀打开 高音喇叭此时也有气流通过 此时高低音喇叭同时产生声音 工作流程图如 下图 注 图中实线代表导线 箭头代表气管 图 4 方案三流程图 Fig 4 Flow chart of program three 8 方案四 利用汽车原喇叭线路和汽车附加喇叭线路设计一个开关来实现低高音自 动转换 当喇叭按钮按到行程一的位置时只接通汽车原喇叭电路 一个低音喇叭发出 声音 当喇叭按钮暗道行程二位置时候同时接通原汽车喇叭电路和汽车附加喇叭电路 此时两个喇叭一起发声 这样就可以根据喇叭按钮的行程来实现低高音自动转换的效 果 3 2 方案一 用热电式触发器控制的双喇叭低高音量自动控制器 采用两个喇叭的热电式 由继电器和由热电式延时触发器为核心的延时控件控制 两个喇叭的发声 来控制音量的自动调阶 此方案电热式的体积稍稍大一些 但制作容易 性价比高 工作可靠 同时不纯 在变压和稳压电路 不用调节电路就能够实用 使用的电子元件种类少 且经过老师 试用工作稳定 3 2 1 主要元器件介绍及对性能的影响 1 电位器 R 可选用 10 以下人工合成膜电位器 该电位器配以电热式的延时触发器 可以 起到调节延时时间的作用 经试验测试后 为简化结构降低成本 可以用一段电阻丝 代替 所试制的样品选择 R 5 延时时间为 0 6 秒左右 2 继电器 J1 和 J2 选用电磁线圈电压为 12V 按车上电源电压选择 的 JQX 13F 型普通继电器 为 了能通过附加高音喇叭的大电流 将 J2 的两对触点分别并联后使用 如图 2 所示 这种继电器一对触点允许通过的电流为 10A 两对并联工作 即 12V 20A 240W 完 全能够适应大功率大电流电喇叭的需要 保证可靠性 使之能长期稳定工作 3 延时触发器 该延时触发器的主要功能 仅仅是利用驾驶员在按下喇叭按钮 使原车喇叭得电 发出声音的同时 让延时触发器通过 K1 脚得电 经过设定时间后才使 K2 脚有电流输 出 从而驱动继电器动作 使于下设备在做出相应的动作 3 2 2 具体实施方式 以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明 在下中 延时器 2 继电器 J1 3 和继电器 J2 4 保险 5 电位器 6 均安装固定在机壳 1 内 机壳内引出四线 k1 引出线与原车喇叭线相连接 接地引出线与蓄电池负极 搭铁 相连接 保险丝引出线直接接至蓄电池正极桩头 继电器 J2 引出线接高音喇叭 9 J1J2R 接接原原车车喇喇叭叭电电源源线线接接附附加加喇喇叭叭 接接蓄蓄电电池池正正极极 延延时时触触发发器器 保险 图 5 方案一的线路框架图 Fig 5 Three lines framework of the program plan 图 14 中所示继电器 J1 和 J2 是同型号的市售双 12V 普通继电器 除电磁线圈两 接线柱外 另有 a b c d e f 六个接线柱 其中 a b 为常开 a c 为常闭 d e 为常开 d f 为常闭 当继电器电磁线圈得电后即完成常开和常闭状态的切换 ad be c f 延延时时触触发发器器 k1 J2 A B k2 k0 J1 图 6 方案一的各引脚连接图 Fig 6 Programs of the three pin connection diagram 在上图中 延时触发器的 k1 点与原车喇叭线及 J1 的 b 接线柱相连接 固定触点 7 铆接在 k2 接线柱上 k2 的引出线通过 J1 的电磁线圈搭铁至蓄电池负极 K0 连 接至 J1 的 d 接线柱 J1 的 a 柱通过电磁线圈接线柱与 k2 及 J2 的电磁线圈相连接 J1 的 f 柱与可变电阻相连接 3 2 3 热电式继电器工作原理 在下图中 延时继电器由定触电 k2 7 动触点 k1 8 弹性片 9 热胀条 10 和电阻丝 11 组成 动触点 k1 8 铆接在弹性片 9 靠近定触电 10 k2 7 的一端 弹性片 9 的两端压固在热胀条 10 的两端 电阻丝 11 均匀 缠绕在热胀条 10 上 电阻丝的一端接 k0 接线柱 另一端接至接线柱 k1 和动触点 8 上 图 7 热继电器的工作原理 Fig 7 The working principle of thermal relay 为有利于通过附加喇叭的大电流 增加可靠性 将继电器 J2 两对常开触点接线 柱并接后引出两线 分别与超车喇叭和保险相连接 3 2 4 总体电路的工作原理 当驾驶员按下喇叭按钮 喇叭发声的同时使 k1 得电 继电器 J1 的 b 柱和动触点 8 也同时得电 另一并联支路的电流路线 k1 电阻丝 11 k0 d f 6 蓄电池 负极 电阻丝 11 通电后产生热量使膨胀条受热伸长 弹性片在自身弹力的作用下 伸直而使常开触点闭合 即使 k1 与 k2 连通而让 k2 得电 此时 k2 得电后的电流路线 k2 J1 电磁线圈 J2 电磁线圈 搭铁 蓄电池负极 此时两电磁线圈都产生电磁吸力 造成 继电器 J1 的 d 与 f 断开而让电位器 6 和电阻丝停止工作 继电器 J2A 和 J2B 接通而起到了开关按钮作用让附加喇叭发出 声音 由以上分析可知 改变电位器 6 可使接通时间发生改变 实现由小音量自动过 渡到大音量时间长短的选择 达到预定功能 3 2 5 总体电路与工作过程 如图 2 保险等组成 改变 R 阻值大小 可改变延时自动过渡使附加喇叭电路接通 发声的时间 由于此时 J1 和 J2 电磁线圈都有电而使两继电器动作 常闭和常开触点 互换 即 J1a 与 J1b 连通 J1d 与 J1f 断开 J2A 与 J2B 接通 分析电流路线可知 11 J1d 与 J1f 断开 使触发器内部因断电而停止工作 而 J1a 与 J1b 的导通 使 J1 和 J2 电磁线圈的工作电流不经触发器直接由 K1 得到 K1 J1b J1a J1 和 J2 电磁线圈 搭铁 此时 因 J2A 与 J2B 接通 附加喇叭 工作电流直接由蓄电池经保险供给 发出声音 显然附加喇叭的通电工作是建立在 J2 电磁线圈得电产生吸力的基础上 如果驾驶员松掉喇叭按钮 J1 和 J2 都将失电 喇 叭停止发声 由此构成的本发明经装车试用被证明效果显著 完全达到设计要求 对城市降噪 超车 安全行车能起到重要作用 3 3 方案二 利用单片机控制气流量来实现低高音自动转换 所诉的第五种方案是利用单片机为核心控制电路来控制气流来实现低高音自动转 换的 电气喇叭是由一个电气泵 喇叭若干 一般都有两个甚至多个 气管组成 如下图 本设计用到的电气喇叭主要是一个电气泵 一个高音喇叭 频率为 220 20 一个低音喇叭 频率为 170 20 气管若干 电磁阀一个 电磁阀结构如 下图所示 图 8 电磁阀结构示意图 Fig 8 Electromagnetic valve structure diagram 3 3 1 工作原理 在电气泵给高音喇叭输气的气管上安装一个电磁阀 电磁阀与气泵并联 再给电 磁阀与气泵并联的电路上串联一个控制电路 当喇叭开关按下去时电流通过电气泵 12 电气泵开始工作提供气流使低音喇叭开始发声 与此同时由于延时装置的效果 电磁 阀需要在 1 以后才能有电流通过 1 以后电磁阀工作打开的阀门有气流通过此时高 音喇叭和低音喇叭同时发声 整个过程实现了设计要求低高音自动转换 3 3 2 信号触发电路 此信号触发电路将直接用按钮实现 按钮接在电源线正极接进中 当司机按下喇 叭按钮时 将触发整个电路 单片机将工作 此时设有设备 包括继电器 喇叭将按 照预定的程序工作 实现其需要完成的工作 3 3 3 保护电路 在汽车电路中 所有电子元件都采用统一的电压标准 都为 12V 的直流电 而我 采用单片机式的控制电路 则必然需要采用保护降压减流的电路 同时 在整个电路 中应该加入单向二极管以便对整个回路进行保护 3 3 4 变压电路 汽车电路中 汽车的车载电瓶是 12V 而我本次采用的单片机是 5V 的电路 为了 满足实验要求的电路 则必需要采用降压模块 将实验中的 12V 电压降为 5V 以满足 控制模块的使用条件 此处用到的是 LM7805 的稳压模块 此模块能够将 12V 的直流电源转换成 5V 的直 流电源以供单片机电路实用 7805 是我们最常用到的稳压芯片了 它使用方便 用很简单的电路即可以输入一 个直流稳压电源 他的输出电压恰好为 5v 刚好是 51 系列单片机运行所需的电压 他 有很多的系列如 ka7805 ads7805 cw7805 等 性能有微小的差别 其中 1 接整流器 输出的 电压 2 为公共地 也就是负极 3 就是我们需要的正 5V 输出电压了 图 9 LM7805 的引脚图 Fig 9 Pin diagram of the LM7805 13 其连接线路图如下图所示 此处用到的电路元件有 LM7805 稳压块一个 两个 470 F 16V 耐压的电解电容 两个 两个 103 的瓷片电容 图 10 LM7805 的调压 稳压电路图 Fig 10 The LM7805 voltage regulator voltage regulator circuit diagram 经过测试 本电路能够有效的将 12V 的电源转换成 5V 的稳压电源 能够供单片 机电路正常实用 3 3 5 控制装置 本方案将采用单片机电路控制 核心部件为 AT80C51 型单片机 控制驱动电路的 通断和工作 只需要将单片机电路连接成最基本的工作要求电路即可 用 P2 6 和 P2 7 引脚控制电路的正常工作 其控制电路如下图所示 14 图 11 方案三的控制电路图 Fig 11 Circuit diagram of the first control program 此处单片机用的基本元器件为 12M 的晶振 两个 30uF 的瓷片电容 一个 10uF 的电解电容 一个复位开关和一个 1K 电阻 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN MOV P2 0FFH CLR P2 6 CALL DELAY 延时 1 0 秒 SETB P2 6 CLR P2 7 SJMP DELAY MOV R1 20 延时 1 0 秒 D2 MOV R2 100 15 D1 MOV R3 250 DJNZ R3 DJNZ R2 D1 DJNZ R1 D2 RET END 此程序段的功能叙述如下 当按钮被压下 整个电路得电 回路将开始按照单片 机预定程序工作 将整个 P3 口赋 1 此时 P2 6 得是高电频 当这条执行完后延时 1 秒 然后 P2 6 P2 7 引脚清得高电频 再次延时 1 秒 然后又将 P2 6 P2 7 引 脚清零 程序结束 3 3 6 驱动电路 驱动电路采用三极管的开关作用 用单片机控制三极管的通断来控制和三极管相 连接的喇叭 是喇叭发声 实现最终功能 因为此种方案的整体连接电路比较简单 在此不单独分述此电路图 直接在最后 的总体图中很明显的能看出驱动电路的连接方式 3 3 7 总体电路分布 关于整体的连接电路 这里有两点说明 首先是由 7805 模块出来的 10 欧电阻 它是用来分流的功率电阻 防止因为电流 过大而损坏整个单片机组成的控制电路 其次 在两个三极管基极上接的两个 5 1K 的电阻 这个电阻主要是防止单片机 的输出电压过高而造成三极管基极电流过大而损坏三极管与单片机电路 当单片机输 出低电平时 三极管可靠截止 即工作在载止区 当单片机输出高电平时 通过基极电阻 的限流 三极管的基极电压将达到 0 7V 以上 它的 CE 间电压将在 0 3V 左右 所以两个 结都正偏 三极管工作在饱和区 方案三总电路图见附加图纸一 3 3 8 本方案中需要用到的电子元器件的选用 继电器 采用工作电压为 DC12V 6V 二组常开常闭触点 便于系统的功能扩展 选用时主要参数依据 吸合值 释放值 直流继电器的吸合电压不大于其额定电压的 75 有的为 80 保持电压 直流 继电器通常为 30 40 额定电压 直流继电器的释放电压通常不小于 10 额定电压 线圈电阻 16 线圈电阻的测量可用电压 电流法和电桥法 用电压 电流法测量时 应尽量避 免或减小电压表 电流表内阻的影响 测试过程要尽量短 以避免线圈温升 线圈电 阻对测量时的环境温度比较敏感 所以测试前 1 2 小时内产品要置于要测试的环境下 并 最好 不对线圈施加激励 测试数值 Ra 应换算成基准温度 一般为 20 下的 值 换算公式为 Ra R0 1 a Ta 20 式中 Ta 为环境温度 a 为电阻温度系数 铜导线的温度系数是 0 004 时间参数 测量动作时间应以额定工作电压的下限激励 测量释放时间应从额定工作电压的 上限切除 时间参数直接决定继电器快速性 绝缘性能 继电器绝缘电阻的测试一般都使用兆欧表 被测继电器应置于优质绝缘板上 测 试电压应符合各产品技术要求规定 一般加电压 2s 之后的最小值即为被测值 值越 大说明绝缘性能越好 反之 绝缘性能越差 外形尺寸 继电器外形尺寸即继电器外形图的测量值 依据上述参数 设计中选用电磁式继电器 型号为 JZC 21F 012 或 JZC 21F 012 JZC 21F 是超小型中功率继电器 具体参数如下表 4 表 1 继电器参数 Table 1 The parameter of electric appliances 规格代号额定电压 V 线圈电阻 吸合电压 V 释放电压 V 线圈功率 W 00661004 50 720 36 0121240091 440 36 规格说明 示例 JZC 21F 006 型号 额定电压 其它元器件见表 5 表 2 其它元器件 Table 2 The other components 元器件名称参数 选型 17 电容瓷片电容和极性电解质电容 电阻 系统设计制作中 电阻一般采用普通的 RT 型碳膜电阻 以色环表示阻值 碳膜电阻的优点 高频性能好 价格低 具体阻值大小 主要有 1K 5 1 K 100K 1M 二极管有普通二极管 稳压二极管 整流二极管和发光二极管 三极管主要有 9013 9012 8550 和 8050 型三极管 按钮普通的触点式复位开关按钮均可 3 4 方案三 利用通电延时继电器控制气流来实现低高音自动转换 本方案在上一个方案的基础进行的改良 这方案是利用一个通电延时继电器来控 制电磁阀从而控制气流来实现低高音自动转换的方案 3 4 1 工作原理 本方案中在电气泵给高音喇叭输气的气管上安装一个电磁阀 通电延时继电器与 电磁阀串联 与电气泵并联 当喇叭开关按钮按下去之后整个电路得电 电气泵与通 电延时继电器同时工作 此时气流只通过低音喇叭使其发音 延时过后电磁阀打开 高音喇叭此时也有气流通过 此时高低音喇叭同时产生声音 3 4 2 通电延时继电器 通电延时继电器是时间继电器的一种 它刚通电时延时触点是不动作的 等到了 延时时间后 延时常闭触点断开 延时常开触点闭合 主要分为空气阻尼式 电磁式 电动式 晶体管式四种 3 4 3 通电延时继电器的选用 本方案选用的通电延时继电器为 ST3PA B 它具有体积小 重量轻 精度高 延 时范围宽 性能好 寿命长等优点 ST3P 系列时间继电器多档式规格具有不同的延时 档 可以同时间继电器前部的转换开关很方便地转换当需要变换延时档时 首先取下 设定旋钮 接着卸下刻度板 然后参照铭牌上的延时范围示意图拔动转换开关 再按 原样装上刻度板与设定旋钮 转换开关位置应与刻度板上开关位置标记相一致 表 3 ST3PA B 主要参数 Table 3 ST3PA B main parameters 延时范围额定电压 V 尺寸触电形式寿命消耗功率 0 01 1s 10s 60 12 V 50 40 57 5 转换型 5 1073VA 18 s 3 5 方案四 一个低高音自动转换的喇叭开关结构 当喇叭按钮按到行程一的位置时只接通汽车原喇叭电路 一个低音喇叭发出声音 当喇叭按钮暗道行程二位置时候同时接通原汽车喇叭电路和汽车附加喇叭电路此时两 个喇叭一起发声 这样就可以根据喇叭按钮的行程来实现低高音自动转换的效果 3 5 1 设计原理 本方案主要是设计一种可实现低高音自动转换喇叭开关结构 包括按键 面板 弹簧支架 弹簧和连接点 其中面板与车身固定 弹簧支架固定在面板上 并且对弹 簧起支撑作用 按键另一端随时可以喇叭线路连接 设定接触点一连接汽车原装喇叭 电路 接触点二可以同时连接汽车原喇叭电路和汽车附加喇叭电路所以按键接触接触 点一时汽车原电路生效 低音喇叭发声 当按揭接触接触点二时两个喇叭同时发声 本 设计结构简单 在使用喇叭进行预警时 可以近用一个按键方便的控制喇叭低高音自 动转换 3 5 2 低高音自动转换的喇叭开关结构设计 低高音自动转换的喇叭开关结构 包括按键面板 弹簧和弹簧支架 所述面板与 车身固定 所述面板上设有面板孔 所述弹簧支架固定于面板一侧 所述弹簧支架底 部设有弹簧支架孔 所述按键位于弹簧支架于面板之间 并通过弹簧在弹簧支架上 按键一端在弹簧的作用下从面板孔穿出 另一端从弹簧支架孔穿出 其特征在于 低 高音自动转换的喇叭开关结构还包括高音喇叭接触点低音喇叭接触点和开关弹片 所 述低音喇叭接触点与外部汽车原装喇叭线路连接 音喇叭接触点同时与汽车原喇叭电 路 汽车附加喇叭电路连接 其主结构图如下 19 1 按键 2 弹簧 3 面板 4 连接端面 5 低音喇叭连接处 6 混合音喇叭线路连接处 7 开关 弹片 8 连接端面通孔 9 按键面板通孔 10 环形腔孔 图 12 低高音自动转换喇叭开关结构图 Fig 12 Low soprano automatic conversion horn switch structure 4 四种方案比较总结 至此 四种方案分述完毕 其中方案四原理最为简单但是实际应用上需要改变汽 车原有的开关线路 改装起来相比其他三种方案来确实麻烦很多 而且前面三个方案 都涉及到了电路方面的知识 所以接下主要针对前面三种方案设计进行比较总结 4 1 三种方案反应快慢的比较 根据设计的三种方案 分别制成了三种可行方案的实物图 进行实验比较 首先 对三种方案的制成品的反应快慢进行比较 根据实验的效果发现三种设计方式的反应效果在大体上没有区别 都能够按照设 计的程序按时工作 并且反应时间大体一致 4 2 三种方案的声音大小的比较 根据三种方案 比较三种方案中喇叭发声的大小进行对比发现当采用多喇叭系统 的发生明显大于单一喇叭的发音效果 因为没有测量喇叭音量的仪器 只能根据人耳判断 故不能列出具体数据 但其 20 多喇叭系统的发声音量的大小能够很明显的判断 4 3 三种方案的经济性比较 根据三种方案的设计 对其经济型比较可知方案二为最廉价的方案 只需要一套 电气喇叭 两个继电器盒单片机一块 而方案三的花费为最大 虽然只比起方案二说 少了些许元器件 但是一个通电延时继电器的价格就相当于多出了一套电气喇叭了 4 4 元器件对音量 工作稳定性的影响 通过设计发现 在实际设计中 有很多元器件的参数都对设计的内容有很大的影 响 只有不断地通过调试才能够将设计结果完美的实现 电容的大小对实验的结果影响重大 本次试验中电路的整体电压是 12V 因为电 路中存在线圈等感性元器件 有时电压会超过 12V 开始选用的 16V 耐压的电容很容 易就被击穿 喇叭功率的大小也有影响 这里不再细述 综上所述可知三种方案中方案一和方案三最优 其中方案四的成本最低 方案三 的成本最高 如果有经济实力 可选择方案一 方案三 这种两方案原理简单 实际 改装上也容易而且能够保证能较稳定的工作 如果车辆有较多情况下仅仅只是行驶在城市 小区等不要求较高速度同时禁鸣的 地区 最好选择方案二 但方案二有一定得缺陷 单片机长时间工作地稳定性很难保 证 且整体发声音量的大小不是很高 所以在高速行驶时音量不一定能够达到预定的 要求 5 总结 通过本次的毕业设计 收获颇多 首先深切的感受到了我学到得知识的不足 在 很多方面的知识不全面 导致在设计过程中很多细小的错误或者缺陷不能够及时的发 现 造成了实物不能够按照预定的时间完成 同时 过多的损坏了电子元器件 但是在学习的过程中也收获了许多知识 让我真正的认识到理论和