《电子语音迎宾器设计与制作》.docx
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《电子语音迎宾器设计与制作》
《电子语音迎宾器设计与制作》
前言
在竞争日益激烈的今天，各行各业为提高竞争力，纷纷推出了各种新奇的事物来吸引消费者，经过长时间的市场调研，发现各种商场，宾馆舞厅等场所门口都站有一排或两排的迎宾小姐，这种迎宾方式不仅耗费了大量的物力资源，而且由于现在人力成本的不断增加，就大大增加了企业的生产成本，此外还会由于服务人员长时间从事单调重复的工作，造成对工作热情的锐减，从而影响服务质量，针对这一现象我们决定开发设计电子迎宾系统，虽然现在市场上有出现了不少电子迎宾器，但是有些产品没有进出别功能，人性化程度比较低，不能全方位的体现人的服务特点。
市场上至今还未出现这种比较完善的电子迎宾系统。
相比之下，这套电子迎宾系统体现出强大的优越性，不但成本低廉，而且工作性能稳定，还能为消费者提供感官上的人性化服务。
伴随着电子技术与数字化技术的发展，开发出一种服务质量好，经济实用的控制系统成为诸多工程技术人员的追求，而电子迎宾系统不仅便于统一管理，而且能减少人力资源，还对环境改善、提高经济效益都有着显著地效果。
为此我们决定设计着中国新型的电子迎宾器来代替人力。
该电子迎宾装置是以激光为传感源，配合语音电路组装而成，能随时任意改变语音电路中的录音，以满足不同场所的不同使用效果。
该电子迎宾系统的开发设计，符合社会经济发展的必然趋势，在投放市场时一定能得到广泛应用，并且具有广阔的市场前景。
第一章电子语音迎宾器电路的总体设计
1.1电子语音迎宾器的总体介绍
迎宾器的前身是电子防盗报警器；事先人们用它来防盗的，但后来因为电子防盗报警器发出的声音是刺耳的报警声，对进店的顾客产生消极的影响，后来演变成比较悦耳的声音，特别是：
叮咚声，您.好，欢迎光临！
音效特受用户的青睐，顾客一进门就报出欢迎语音，起到了礼貌问候。
现在迎宾器已广泛应用到商业和公共场合中。
在商店中从而做到提醒店员有人进店和迎宾的两重作用。
这是一种新型语音迎宾器，体积非常小巧，而且价格非常低廉，它能够自动检测来人，当人经过迎宾器时自动发出清晰响亮的“你好！
欢迎光临！
”的中文女声非常神奇。
1.2电子语音迎宾器电路的分类：
电子语音迎宾器感应门铃有2种分光感和红外感应
1：
光感
原理：
光感迎宾器是利用人体反射光线，光敏电阻得到足够大变化的光线，电路产生变化电流触发电路，灵敏度跟物体反射率有关。
注：
光感迎宾器与环境光照度有关，黑暗情况下不能正常使用
2：
红外感应
原理：
迎宾器原理：
红外热释电传感器，动作方式：
被动式，本身不发射任何信号，故不产生有害电磁干扰，人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
两者比较：
光感的价格便宜，但是误报率高，因为传感核心是光敏电阻，光敏电阻对可见光大部分波长都反应变化，故光线变化可能会触发迎宾器反应，红外感应的相比光感的价格较高，优点误报极少，加上前面的菲涅尔透镜窗口，从而将误报率降至最低。
但是红外感应的对环境温度要求较高，特别是温度不能高于人体的温度，温度过高会产生感应距离变近等。
1.3电子语音迎宾器电路的设计思想
首先有人经过时，人的身影照应到光敏电阻它的阻值发生变化，电源稳压电路的电流得到提高，经过IC集成电路，由内部运算处理电路得到稳定可靠的电压值来判断出人的进出，然后报告给语音功放电路，并发出声音。
第二章电子语音迎宾器电路工作原理及条件
2.1电路的工作原理
电路原理介绍：
利用人走过迎宾器时会产生一个阴影的特点，通过光敏电阻对光线变化信号的接收，作为本制作的传感器。
制作采用电池供电，通电后系统进入等待状态。
当有人经过感光器件时，由于人的身体会挡住光线，若原来有一定的光线照射在光敏电阻R光上，则R光表现出一个电阻值，当人体挡住一部分照射于光敏电阻的光线时，光敏电阻接收到的光线强度发生变化，这个变化经C2耦合，经Q1等组成的高增益放大后，输入IC的反相输入端，这个信号与同相输入端输入的信号在IC内部经运算放大处理后，形成一个控制信号，驱动IC内部的音频发生电路工作，产生“您好，欢迎光临！
”的音频信号，使人耳能听到这句问候语。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性光谱特性，频率特性，温度特性。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流。
2.2感应开关语音迎宾器的电路和工作条件
由图可知，电流有两个通路一条是由电源负极到R3经光敏电阻到电源负极。
电解电容C3主要作用为滤波。
C2主要作用是耦合。
另一条是由电源经R2R1从三极管到芯片的输入端会有一个控制信号。
本设计所做的感应开关在应用中共有两个现象发生。
一个是无人时一个是来人时的两种电路控制信号。
在正常工作状态时，无人经过时，光敏电阻阻值大，电流小。
在电流的另一条通路三极管基本处于截止状态，不会给芯片TQ33F输送电压。
芯片得不到语音电路的控制信号。
扬声器不会发出声音。
在有人经过时，光敏电阻感应到光的变化它的阻值会由大变小，电流增大。
电流由R1R2耦合电容C2输送到三极管Q2的基极，再由集电极到三极管Q1的基极，发射极会给芯片输入端4脚输送一个电压，芯片得到一个控制信号，这个信号内部经运算放大处理后，形成一个控制信号，驱动内部的音频发生电路工作，产生“您好，欢迎光临！
”的音频信号，使人耳能听到这句问候语。
IC1脚为英文问候语若产生英文发音连接1脚。
电路如图所示：
工作条件：
1.单极性设计:
同普通墙壁开关（二线接驳）,可接各类阻性负载（无需任何配件）.
2.全自动感应:
人来开关立即接通,人离开后延时自动关闭.
3.无触点电子开关:
接通负载的瞬间无大的冲击电流,延长负载使用寿命.
4.自动测光:
光线强时不感应（出厂设置）,带感光调节（也可调节在任意光线下感应或全天侯感应）.
5.自动随机延时（可连续延时方式）:
人在感应范围活动,开关始终接通,直到人离开后才自动关闭，（可选不连续延时方式）.
6.延时时间可调:
16秒-350秒（范围零点几秒至30分钟）.
工作电压:
AC180V-250V（50/60Hz）
负载特性：
阻性负载（白炽灯、排气扇等）
负载功率：
25W-200W
接线方式：
单极性供电（二线接驳）
自身功耗:
<0.5W
感应范围:
140度圆锥角,5-8米以内
延时时间:
16秒-350秒（可调）
感光度:
5LUX-500LUX（可调）
工作温度：
-20℃-+50℃
第三章电子语音迎宾器电路的元器件选择
3.1光敏电阻的选择及工作原理和参数
光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件,它是构成光电式传感器最主要的部件。
光电器件响应快、结构简单、使用方便,而且有较高的可靠性,因此在自动检测、计算机和控制系统中应用非常广泛。
光电器件工作的物理基础是光电效应。
在光线作用下,物体的电导性能改变的现象称为内光电效应,如光敏电阻等就属于这类光电器件。
在光线作用下,能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。
在光线作用下,能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。
在光线作用下,能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应,即阻挡层光电效应,如光电池、光敏晶体管等就属于这类光电器件。
光敏电阻的结构与工作原理
光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。
光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。
无光照时,光敏电阻值（暗电阻）很大,电路中电流（暗电流）很小。
当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值（亮电阻）急剧减少,电路中电流迅速增大。
一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。
实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级,亮电阻在几千欧以下。
图2-1为光敏电阻的原理结构。
它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质,半导体的两端装有金属电极,金属电极与引出线端相连接,光敏电阻就通过引出线端接入电路。
为了防止周围介质的影响,在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜,漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。
光敏电阻的结构图（3—1）
光敏电阻的主要参数
（１）暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻,此时流过的电流称为暗电流。
（２）亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。
（３）光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。
光敏电阻的基本特性
（1）伏安特性在一定照度下,流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。
图2-2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。
由图可见,光敏电阻在一定的电压范围内,其I-U曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关,而与电压无关。
图3-2硫化镉光敏电阻的伏安特性
（2）光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性,亦称为光谱响应。
图2-3为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。
对应于不同波长,光敏电阻的灵敏度是不同的。
从图中可见硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域,常被用作光度量测量（照度计）的探头。
而硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区,常用做火焰探测器的探头。
图3-3为几种不同材料光敏电阻的光谱特性曲线图
（3）温度特性温度变化影响光敏电阻的光谱响应,同时,光敏电阻的灵敏度和暗电阻都要改变,尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。
图2-4为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线,它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。
因此,硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。
对于可见光的光敏电阻,其温度影响要小一些。
常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10MΩ；在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
所以设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
图3-4为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线
3.2三极管Q1和Q2的选择和在电路中的工作要求
三极管Q19013的工作原理和参数：
（三极管9013管脚图）
1发射极2基极3集电极
8550参数：
集电极-基极电压Vcbo：
45V
工作温度：
-55℃to+150℃
和9013（NPN）相对
9013三极管参数:
类型:
开关型;极性:
NPN;材料:
硅;最大集存器电流（A）:
0.5A;直流电增益:
10to60;功耗:
0.625W;最大集存器发射电（VCEO）:
25;频率:
150MHZ
9013引脚图
芯片尺寸
4英寸（100mm）
芯片代码
C060AJ-00
芯片厚度
240+20um
管芯尺寸
600×600um2
焊位尺寸
B极130×150um2;E极140×130um2
电极金属
铝
背面金属
金
典型封装
S9013,H9013
极限值
（Ta=25℃）（封装形式:
TO-92）
贮存温度
-55~150℃
集电极耗散功率
1w
集电极—基极电压
40V
集电极—发射极电压
25V
发射极—基极电压
5v
集电极电流
1.2A
电特性（环境温度除非另有规定）
参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
集电极—基极击穿电压
V（BR）CBO
Ic=100uA，IE=0
45
V
集电极—发射极击穿电压
V（BR）CEO
IC=0.1mA，IB=0
25
V
发射极—基极击穿电压
V（BR）EBO
IE=100Ua,IC=0
5
V
集电极—基极截止电流
ICBO
VCB=40VIE=0
0.1
uA
集电极—发射极截止电流
ICEO
VCE=20VIB=0
0.1
uA
发射极-基极截止电流
IEBO
VEB=5V,IC=O
0.1
uA
直流电流增益
HFE
（1）
VCE=1V,IC=50mA
64
300
HFE
（2）
VCE=1V,IC=500mA
40
集电极—发射极饱和压降
VCE（sat）
IC=500mA,IB=50mA
0.6
V
基极—发射极饱和压降
VBE（sat）
IC=500mA,IB=50mA
1.2
V
基极—发射极正向电压
VBE
IE=100Ma
1.4
V
特征频率
fT
VCE=6V,IC=20Ma
f=30MZH
150
MHZ
CLASSIFICATIONOFHfe
（1）（分类）
档次
D
E
F
G
H
I
范围
64-91
78-112
96-135
112-166
144-220
190-300
3.3TQ33F在电路中的应用
TQ33F是一种采用ChipCorder专利技术的语音芯片。
此芯片无须A/D转换和压缩就可以直接储存,没有A/D转换误差,在一个记录位（BIT）可存储250级声音信号,相当于通常的A/D记录的8倍。
片内集成了晶体振荡器、麦克前置放大器、自动增益控制等,只要很少的外围器件,就可以构成个完整声音录放系统。
本文介绍了TQ33F的原理、特点、功能及其在智能控制系统中的应用。
TQ33F是美国ISD公司制造的一种新款语音芯片。
与ISD其它系列语音产品不同的是,TQ33F是一种微控制器“从”设备,而“主”控制器可以是内置有SPI兼容接口的微控制器,也可以用I/O仿真SPI通信协议。
TQ33F系列工作电压为3V,单片录放时间为8～16分钟,音质好,适用于移动电话及其它便携式电子产品中。
该芯片采用CMOS技术,内含振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。
芯片的所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口（SPI或Microwire）送入。
3.3.1引脚功能描述
电源（VCCA,VCCD）：
为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚小,模拟和数字电源端最好分别走线。
尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。
地线（VSSA,VSSD）：
芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。
同相模拟输入（ANAIN+）：
录音信号的同相输入端。
输入放大器可用单端或差分驱动。
单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV,耦合电容和本端的3kΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。
差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV,与ISD33000系列相同。
反相模拟输入（ANAIN-）：
差分驱动时,为录音信号的反相输入端。
信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰值16mV。
音频输出（AUDOUT）：
提供音频输出,可驱动5kΩ的负载。
片选（SS）：
此端为低,即向该TQ33F芯片发送指令,两条指令之间为高电平。
串行输入（MOSI）：
此端为串行输入端,主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供ISD输入。
串行输出（MISO）：
ISD的串行输出端。
ISD未选中时,本端呈高阻态。
串行时钟（SCLK）：
ISD的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI和MISO的数据传输。
数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。
中断（INT）：
本端为漏极开路输出。
ISD在任何操作（包括快进）中检测到EOM或IVF时,本端变低并保持。
中断状态在下一个SPI周期开始时清除。
中断状态也可用RINT指令读取。
OVF标志用来指示ISD的录、放操作已到达存储器的末尾。
只在放音中检测到内部的EOM标志时,此状态位才置1。
行地址时钟（RAC）：
漏极开路输出。
每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了一行（TQ33F系列中的存贮器共2400行）。
该信号保持高电平的时间为175ms,低电平时间为25ms。
在快进模式,RAC可保持高电平218.75μs,低电平31.25μs。
该端可用于存储管理技术。
3.3.2工作原理及功能特性
TQ33F采用CchipCorder专利技术,即无须A/D转换和压缩就可以直接储存,没有A/D转换误差,在个记录位（BIT）可存储250级声音信号,相当于通常的A/D记录的8倍。
TQ33F工作于SPI串行接口。
SPI协议是一个同步串行数据传输协议,该协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿工作,因此对于TQ33F而言,在时钟上升沿将锁存MOSI引脚的数据,而在下降沿则将数据送至MISO引脚。
指 令8位控制码<16位地址>操 作 摘 要POWERUP00100XXX上电：
等待TPUD后操作可以工作SETPLAY11100XXX从指定地址开始放音。
必须后跟PLAY指令使放音继续PLAY11110XXX从当前地址开始录音（直至EOM或OVF）SETREC10100XXX从指定地址开始录音。
必须后跟REC指令录音继续REC10110XXX从当前址开始录音（直至OVF或停止）SETMC11101XXX从指定地址开始快,必须后跟MC指令快进继续MC11111XXX停止当前操作STOPWRDN0X01XXXX停止当前操作并掉电RINT0X110XXX读状态：
OVF和EOM。
SPI控制寄存器控制器件可以实现如录放、录音、信息检索（快进）、上电/掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等功能。
位值功 能位值功 能RUN 允许/禁止操作PU 电源控制1开始1上电0停止0停电。
P/R 录/放模式IAB 操作是否使用指令地址1放音1忽略输入地址寄存内容0录音0使用输入地址寄存的内容 快进模式P15P0 行指针寄存器输出1允许快进A15A0 输入地址寄存器0禁止。
当IAB置0时,录、放操作从A9～A0地址开始。
为了能连贯地录、放到后续的存储空间,在操作到达该行末之前,应发出第二个SPI指令将IAB置1,否则器件在同一个地址上将反复循环。
这一点对语音提示功能很有用。
RAC脚和IAB位可用于信息管理。
本系统是以单片机,语音处理芯片及报警传感器为基础,利用公共电话网络建立起来的智能家居服务系统。
3.4其他元器件的选择
电源为4.5V；电阻R168K;R220M;R382K;瓷介电容103和104，电解电容1UF一个;正负板片1套，扬声器一个；导线若干；光敏电阻筒一个，光敏电阻架七个，前后壳一套。
电解电容器的阻抗频率特性
第四章电子语音迎宾器电路的安装与调试
作为安装调试，首先就要求你一定要理解整个设备的工艺流程、控制流程，然后看透图纸，最后对照图纸先对自己的设备的内部接线做一个整体的检查（其实就是参看图纸对照实物实际接线）。
首先把电子语音迎宾器电路的各个元器件和线路板准备好。
有电烙铁和助焊剂进行焊接。
先遵循元器件的安装工艺条件，由小到大进行一个个焊接安装。
焊接时要注意元器件的正负极。
在安装过程中要进行每一个元器件的测试，以保证每个元器件的良好和安装正确。
制成的门铃，一般无须任何调试便可投人使用。
如觉得语音声不动听，可适当调整对应集成电路的外接振荡电阻器（R1或R3）阻值加以调节。
当阻值减小时，语音声速快、高尖，为女人声；当阻值增大时，语音声速慢、低沉，为男人声。
整机静态时总电流实测（电压为3V），工作时电流超不过120mA，故用电节省，每换一次新电池可工作近一年时间。
在以上基础上，一定要按照设备的安装规范或者要求安装设备、敷设电缆及接线（接线前一定要有校线这个步骤）。
在确定设备外观完好接线正确外来信号正常的前提下，开始带电调试。
空载带电调试步骤：
一、先检查来电情况，电压是否过高或者过低，确保来电正常；
二、送二次控制回路电，确保仪表盘仪表、指示灯正常无误；
三、送主回路电，分控制对象单步调试；
四、设备整体送电，总体调试
五、带负载调试。
六、正常使用。
最后发现该电子语音迎宾器电路安装正确并能开始投放使用。
第五章总结
试验感想：
关于电子迎宾系统在各个服务部门中的应用，还未在市场中普及，本次试验通过做出一个电子迎宾器，来代替人力，这个目的在试验完成的过程中得到了体现。
进出门检测电路经过改造后提高了电路的可靠性，降低了误测率，实现了无人值守。
语音电路设置为专用的问候语，“欢迎光临”，“谢谢惠顾”等。
这种电子迎宾器不但经济而且有趣。
但是，在我们的设计中由于还是缺乏一些实践的经验，考虑问题也不太全面，比如：
（1）光敏电阻在多远能感受到光线变化
（2）能引起光敏电阻阻值变化光能量的大小
（3）光线差的时候光敏电阻在人经过时不易发生变化
（4）在光线强的时候人经过时光敏电阻阻值不易发生变化
等光的白噪声的问题的解决，还需要我们在以后的工作过程中继续学习和增加实践经验来完成。
试验扩展：
在本次试验中我们采用的是光敏电阻，通过人经过时将光线挡住，引起光强的变化从而使光敏电阻阻值发生变化，进而来控制语音系统发声，但是光敏电阻容易受光白噪声等外界因素的影响。
所以，可以用红外线光敏电阻等不容易受外界因素影响的的光敏电阻来代替，通过人经过时由身体本身辐射的红外线来引起光敏电阻阻值的变化，也可以达到实验目的。
但本次实验的器件有限，希望在以后的学习中来完成。
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