迎(送)客语音门铃设计

福州职业技术学院
毕业设计
设计题目迎（送）客语音门铃设计
系别电子信息工程系
年级专业2011
学号 ************ 姓名周和杞
指导教师邓盈
职称教授
年月日
目录
一、绪论 0
（一）课题背景及意义 0
（二）国内外研究状况 (1)
（三）论文的构成及研究内容 (1)
二、总体设计电路方案 (2)
三、单元电路及工作原理 (3)
（一）红外探测模块HN911及典型应用 (3)
（二）时基电路555 (5)
1、555集成定时器简介 (5)
2、555定时器的应用 (7)
（三）语音集成模块HFC5218 (10)
1、全桥整流器 (11)
四、整体电路工作原理图及工作原理 (14)
结论 (16)
参考文献 (17)
迎（送）客语音门铃设计
【内容摘要】本装置主要由高灵敏度人体传感电路、任意分段功能的数码话音集成电路[1]和发声电路等组成，能自动感应客人的到来，发出迎宾语。

例如：来客人时，本装置可以发出“您好!欢迎光临”，客人走时，它就会说“欢迎您下次光临”等语音内容，所以本装置完全可以代替迎宾小姐24小时的工作。

在此语音迎宾装置机箱内置有由红外探测头、定时控制电路，迎客语音电路、降压整流电路设计出简单的红外探测迎宾装置。

具有灵敏度可调，抗电磁波干扰能力强，体积小，结构简单等特点，能够进行分段录放音，语音内容可以根据需要进行改变，外部音频输入信号可通过本装置控制外接彩色串灯等负载发光闪烁等优点。

【关键字】：红外探测时基电路灵敏度集成电路语音电路
一、绪论
（一）课题背景及意义
随着人们生活水平的提高，人们的精神生活逐渐丰富，各大商场和酒店的迎宾装置也越来越受到人们的关注。

本课题探讨利用电子技术的相关知识，利用红外探测头、定时控制电路、迎客语音电路、降压整流电路设计出简单的红外探测迎宾装置。

本品为红外线探测人体体温，感应灵敏度高，白天黑夜都可使用，不需要外来灯光。

红外感应迎宾装置无需任何外部连线，外形为小巧便携式设计，可放在任何地方。

探测距离3-10米，探测角度水平约110度。

红外感应迎宾装置的侧面有一个开关，它有三个档位，拨到下面为“你好，欢迎光临！”语音门铃迎宾器，拨到上面是做'叮咚声"用，拨到中间位置为关闭状态。

在商场、超市、个体精品店、照相馆、眼镜店、玩具店等各种店面，客户登门就致欢迎光临，不仅礼貌，给人尊重感，主动打招呼的热情感觉，而且给人以强烈的好奇心和趣味性，也使客户感受到了店主的热情，有一种受到重视的感觉，瞬间轻松了气氛。

在家庭或办公室作为感应门铃使用，只要客人光临，就会主动跟您打招呼，活泼有趣。

（二）国内外研究状况
传统的迎宾器都是利用超声波控制的微波感应模块，该微波感应器模块是根据微波多普勒效应原理（也就是雷达基本原理）制作成的。

这种探测方式与其它探测方式相比具有如下的优点：非接触探测，不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境，抗射频干扰能力强，输出功率仅有5mW，对人体构不成危害，安装及接线简单。

这和市场上常见的简易型微波感应控制器相比较，因为采用专用的微处理集成器，不但检测灵敏度度高[2]，探测范围宽，而且工作非常可靠，误报率极低，能在－25～＋45度的温度范围内稳定工作。

但它们都有电路复杂，调试困难，制作成本高的缺点。

随着科学技术的进步，现代电子技术几乎在各个领域受到青睐。

近年来，西方发达国家运用电子技术研制出各类迎宾器，广泛用于家庭，办公室和工厂，成为有效的迎宾器件。

我国自改革开放以来，由于商品经济迅速发展和人民生活日益改善，人们对于先进的电子技术实现迎宾的兴趣和需求与日俱增，当前市场上迫切需要一种适合我国国情，价格低廉，性能可靠的迎宾装置，具有结构简单、成本低廉、调整方便等特点。

适合在家庭、宾馆、商店、仓库、办公室及其它机关部门等使用的新颖感应迎宾器[3]。

现代的迎宾器在针孔效应中得到启发，利用人体移动引起环境红外线的微小变化控制语音电路发出“欢迎光临！”的声音，给人带来亲切感。

这种迎宾器不仅小巧精致成本低，而且集成度也是特别的高，制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2～2 m。

为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片，这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外，它已迅速成为现代迎宾的主流。

总之，未来几年迎宾器的发展趋势是：产品技术将在数字化、无线化、集成化的前提下力求突破。

而在应用市场上，它将朝更细化的方向前进──针对不同市场，推出不同产品。

以成长最快的公共场合超市为例，已经有专为超市设计的定向适合这种场合用的无线红外迎宾系统。

而除了商店，家庭，办公室等，室外应用更是具有广阔的拓展空间。

（三）论文的构成及研究内容
红外探测迎宾装置电路是由红外探测头，定时控制电路，迎宾语音电路和降压整流电路等组成。

本设计通过介绍它的课题背景及意义，国内外研究状况，论文构成及研究内容，及其对整体电路等的讲述，分别对细节进行了介绍。

对整体电路，包括红外探测模块HN911
及典型应用，时基电路555，语音集成电路HFC5218，降压整流电流等每个电路部分的研究方向也做了系统的叙述。

二、总体设计电路方案
本迎宾电路是由红外传感器，定时控制电路，迎宾语音电路，降压整流电路和供电电源等组成。

红外探测头采用热释电红外探测模块HN911[4]。

在静态下，即无人接近时，周围无红外辐射源，HN911不工作。

定时控制电路采用时基电路555，平时呈复位状态，在输出低电平的触发下，555翻转置位实施时间控制。

语音集成电路采用HFC5218，它内存有“您好，谢谢光临”或“欢迎光临”语句。

该芯片采用电平触发方式。

降压整流电流由降压电容器和全桥整流器组成。

本设计的原理框图如图1所示。

图1 红外迎宾装置的结构框图
三、单元电路及工作原理
（一）红外探测模块HN911及典型应用
HN911是一款新型热释电红外探测器，采用双列6脚直插式封装。

其管脚排列如图3.1所示。

图2 红外探测模块HN911
该传感器由于内部放大器集成了温度补偿功能[5]，可以将人体辐射信号从恶劣的环境辐射信号中分离出来进行处理，保证了传感器的工作稳定性。

HN911红外探测模块内部电路主要由热释电红外传感器、放大器、比较器、信号处理电路和延时输出电路组成。

电路静态工作时，1脚输出高电平，2脚输出低电平。

动态时，即有移动发热物体进入探测范围时，传感器接收到红外辐射能量，输出幅度约lMV、频率0.3～7Hz的微弱信号。

该信
号经放大器放大，由比较器比较，经信号处理电路处理，最后由延时输出电路输出用做驱动信号。

HN911模块内放大器具有温度补偿功能。

探测器工作时，人体辐射和周围环境红外辐射一起进入传感器。

当气温升高时，背景红外辐射增强，传感器自身极化强度即传感器输出的热释电信号减小，将明显影响对人体的探测。

因此，内部的温度补偿电路，使放大器的增益随环境温度的升高而升高，从而保证了该传感器的温度稳定性。

因而，HN911可在严寒或炎热等恶劣环境地区使用。

附表为HN911红外探测模块的性能指标[6]。

HN911的典型应用电路如图3所示。

这是一个8路自动巡回探测器。

探测器电路由8个红外探头模块构成，可以置于需要探测的8个不同位置，将各个HN911的输出端与8路模拟开关集成电路CC4051的8个输入端相连，CC4051的输出由地址选通端A0、A1、A2决定。

例如，地址码A0=1、A1=0、A2=l时，输入通道6和输出端接通，将IC6的输出信号传送到CC4051的输出端。

地址码由四位二进制加法计数器CC4520产生。

CC4520接成7进制加法计数器，当时钟端加入CP时钟脉冲时，其输出端Q0、Ql、Q2连续循环输出000～111二进制码，作为CC4051的地址码。

CC4520的时钟脉冲信号由IC10产生。

当某一探测器探测到有人体靠近时，该探测器的“l”脚输出高电平，相应的状态指发光二极管发光告警，同时在CC4520输出相应的地址选通后，CC4051的3脚输出高电平，通过由A741组成的高电平保持电路驱动报警器报警。

图3 HN911的典型应用图
（二）时基电路555
我国目前广泛使用555时基电路的统一型号是：双极型为CB555，CMOS型为CB7555。

这两种电路每个集成片内只有一个时基电路，称为单时基电路。

此外还有一种双时基电路，在一个集成片内包含有两个完全相同、又各自独立的时基电路。

它们的型号分别是CB556和CB7556。

1、555集成定时器简介
555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。

外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路[7]、施密特触发器等，应用十分广泛。

555定时器的外引线排列图和内部原理框图如图4、5所示。

它是由上、下两个电压比较器、三个5kΩ电阻、一个RS触发器、一个放电三极管T以及功率输出级组成。

比较器C1的反相输入端⑤接到由三个5 kΩ电阻组成的分压网络的2/3Vcc处（⑤也称控制电压
端），同相输入端⑥为阈值电压输入端。

比较器C2的同相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc
处，反相输入端②为触发电压输入端，用来启动电路。

两个比较器的输出端控制RS触发
R④，当复位端处干低电平时，输出③为低电平。

控制电压器。

RS触发器设置有复位端D
端⑤是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改
变比较器C1、C2的参考电压。

不用时可将它与地之间接一个0.01μF的电容，以防止干扰
电压引入。

555的电源电压范围是+4.5～+18V，输出电流可达100～200mA，能直接驱动
小型电机、继电器和低阻抗扬声器[8]。

图4 555集成电路引脚排列图
图5 时基电路555电路结构图
表1 HN911的功能表
TR TH R DIS OUT
触发 阈值 复位 放电端 输出端
>31VCC >32
VCC H 导通 L
>31
VCC <32VCC H 原状态
<31
VCC X H 截止 H X X L 导通 L
2、555定时器的应用
（1）单稳态电路
单稳态电路的组成和波形如图6所示。

当电源接通后，Vcc 通过电阻R 向电容C 充电，待电容上电压Vc 上升到2/3Vcc 时，RS 触发器置0，即输出V o 为低电平，同时电容C 通过三极管T 放电。

当触发端②的外接输入信号电压Vi ＜1/3Vcc 时，RS 触发器置1,即输出V o 为高电平，同时，三极管T 截止。

电源Vcc 再次通过R 向C 充电。

输出电压维持高电平的时间取决于RC 的充电时间，当t=tW 时，电容上的充电电压为；
CC RC t CC C V e V v w 321=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-
所以输出电压的脉宽
tW=RCln3≈1.1RC
一般R 取1kΩ～10MΩ，C ＞1000pF 。

值得注意的是：t 的重复周期必须大于tW ，才能保证放一个正倒置脉冲起作用。

由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC 无关。

因此用555定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器[9]。

图6单稳态电路的电路图和波形图
(2）多谐振荡器
多谐振荡器的电路图和波形图如图7所示。

电源接通后，Vcc 通过电阻R1、R2向电容C 充电。

当电容上电VC=2/3Vcc 时，阀值输入端⑥受到触发，比较器C1翻转，输出电压V o=0，同时放电管T 导通，电容C 通过R2放电；当电容上电压Vc=1/3Vcc ，比较器C2工作，输出电压VO 变为高电平。

C 放电终止、又重新开始充电，周而复始，形成振荡。

其振荡周期与充放电的时间有关： 充电时间：C R R V V V V C R R t CC CC CC CC PH )(7.03132ln )(2121+≈⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛--⋅+= 放电时间：C R V V V V C R t CC CC CC CC PL 227.03132ln ≈⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=
振荡周期：T=tPH+tPL≈0.7(R1+2R2)C 振荡频率：f=1/T=C R R t t PL PH
)2(44.1121+≈+ 占空系数： 21212R R R R T t D PH ++== 当R2>>R1时，占空系数近似为50％。

图7 多谐振荡器的电路图和波形图
由上分析可知：
(1)电路的振荡周期T、占空系数D，仅与外接元件R1、R2和C有关，不受电源电压变化的影响。

(2)改变R1、R2，即可改变占空系数，其值可在较大范围内调节。

(3) 改变C的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。

另外，复位端④也可输入1个控制信号。

复位端④为低电平时，电路停振。

3、施密特触发器
施密特触发器电路图和波形图如图8所示，其回差电压为1/3Vcc。

若在电压控制端⑤外接可调电压Vco（1.5～5V），可以改变回差电压ΔVT,施密特触发器可方便的地把三角波转换成方波。

图8 施密特触发器电路图和波形图
（三）语音集成模块HFC5218
HFC5218是一个五合一语音集成电路，该电路内存储有“您好，欢迎光临”、“您好，谢谢光临”、“欢迎光临”、“谢谢光临”和“您好”五段礼貌用语，可分别通过其外设的五个触发端进行触发。

触发信号可以是高电平，也可以是正脉冲[10]。

本电路使用其中两段问候语，即“您好，欢迎光临”和“您好，谢谢光临”，分别通过触发端TGl和TG4进行触发。

当有人进门时，进门检测电路输出的高电平通过TG1将其触发，使电路发出“您好，欢迎光临”的问候语。

当有人出门时，出门检测电路输出的高电平通过VT1井将其触发，使电路发出“您好，谢谢光临”的问候语。

语言发生电路的工作电压和触发电压均为3V，所以通过稳压管VSl、VS2和VS3分别将电源电压和触发电压调整为3V，供电路使用。

R6为发声电路振荡器的外接电阻器，用来调节发声电路发声的速度和音调。

由语言发声电路直接发出的声音功率较小，在噪声较大的公共场所，人有可能听不清楚。

因此需通过功率放大电路将其放大，使扬声器发出洪亮清晰的问候语声。

所以可以采用LM386小功率集成功率放大电路，它的最大输出功率为660mW。

由于进出门检测电路具有相同的检测功能。

通常，当人们进门时，在通过进门检测器后紧接着又要通过出门检测器，这就有可能使语言发声电路在发出“欢迎光临”之后又会发出“谢谢光临”。

因此必须设置互锁电路，以防电路发出误的问候语。

互锁电路由晶体管VT1和VT2组成的开关电路组成，它们分别设置在语言电路HFC5218的触发端元1和TC4o 当有人进门时，输出的检测信号通过TGl将语言电路触发，使其发声，这时由功放电路输出端输出的语言信号一方面
通过杨声器发出“您好。

欢迎光临”的问候语；另一方面又通过VD1整流、电容器C1滤波将语言信号变为直流电压。

这一直流电压使VT1,VT2导通，将两个触发端TGl、TG4对地短接。

对于TG1来说，这时已完成了它的触发任务，它的工作已不受影响。

但对于TG4来说，这时恰好处在行人通过出门检测电路的时刻并使输出高电平，由于VT2的导通，将加至TC4的高电平对地短路，无法实现对语言发声电路的触发。

这就使语言发声电路不会再发出“您好，谢谢光临”的声音。

语言发声电路HFC5218也可由两片单独的发声电路来代替，它们是KD5603（内储欢迎光临）和KD5604（内储谢谢光临）。

代用时，将进门电路信号的输出端接KD5603的触发端，将出门电路的输出端接KD5604的触发端。

VTl, VT2分别接KD5603和KD5604的触发端。

由于该电路工作电压为3v，所以稳压管VS1—VS3
是不可少的。

互锁控制电路与ICl、IC2、IC4采用交流供电、全波整流、三端集成稳压器稳压后供电，工作电压为12v。

（四）降压整流电路
降压整流电路由全桥整流器和降压电容器组成。

1、全桥整流器
桥式整流电路如图9所示，其中图（a）、（b）、（c）是它的三种不同画法。

它是由电源变压器、四只整流二极管D1~4 和负载电阻RL组成。

四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。

桥式整流电路的工作原理如图3.8所示。

在U2的正半周[11]，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1→ RL →D3回到TR 次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压。

在U2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2→ RL →D4 回到Tr次级上端，在负载RL 上得到另一半波整流电压。

这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形[12]，其电流的计算与全波整流相同，即UL = 0.9U2 ，IL = 0.9U2／RL，GS0710 流过每个二极管的平均电流为ID = IL／2 = 0.45 U2／RL 每个二极管所承受的最高反向电压。

目前，小功率桥式整流电路的四只整流二极管，被接成桥路后封装成一个整流器件，称"硅桥"或"桥堆"，使用方便，整流电路也常简化为图3.8的形式。

桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，但多用了两只二极管。

在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出，因而桥式整流电路在实际中应用较为广泛。

图9整流电路原理图
2、降压电容器
定义1：电容器，顾名思义，是‘装电的容器’，是一种容纳电荷[13]的器件。

英文名称：capacitor，用字母C表示。

电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制电路等方面。

定义2：电容器，任何两个彼此绝缘的导体（包括导线）间都构成一个电容器。

在直流电路中，电容器是相当于断路的。

这得从电容的结构上说起。

最简单的电容是由两端的极板和中间的绝缘电介质构成的。

通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是中间由于是绝缘的物质，所以是不导电的。

不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。

我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压[14]。

电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体体了。

但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。

而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。

实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。

充电和放电是电容器的基本功能。

使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。

这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。

把电容器的一个
极板接电源（如电池组）的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量[12]的异种电荷。

充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。

使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。

例如，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电能。

放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。

在一般的电子电路中，常用电容器来实现旁路、耦合、滤波、振荡、相移以及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。

电解电容常见的故障有，容量减少，容量消失、击穿短路及漏电，其中容量变化是因电解电容在使用或放置过程中其内部的电解液逐渐干涸引起，而击穿与漏电一般为所加的电压过高或本身质量不佳引起。

判断电源电容的好坏一般采用万用表的电阻档进行测量。

具体方法为：将电容两管脚短路进行放电，用万用表的黑表笔接电解电容的正极，红表笔接负极(对指针式万用表，用数字式万用表测量时表笔互调)，正常时表针应先向电阻小的方向摆动，然后逐渐返回直至无穷大处。

表针的摆动幅度越大或返回的速度越慢，说明电容的容量越大，反之则说明电容的容量越小。

如表针指在中间某处不再变化，说明此电容漏电，如电阻指示值很小或为零，则表明此电容已击穿短路。

因万用表使用的电池电压一般很低，所以在测量低耐压的电容时比较准确，而当电容的耐压较高时，尽管测量正常，但加上高压时则有可能发生漏电或击穿现象。

总之，在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。

小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。

大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。

而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。

电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。

电容器的选用涉及到很多问题。

首先是耐压的问题。

加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。

一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。

四、整体电路工作原理图及工作原理
图10红外迎宾装置电路原理图
本迎宾电路是由红外探测头[15]、定时控制电路[115]，迎客语音电路[16]、降压整流电路[17]等组成，它的电路如图10所示。

红外探测头采用热释红外探测模块HN911。

在静态下，既无人接近时，周围无红外辐射源，HN911不工作，其2角输出为高电平，当有人走近时，HN911内的红外探测元检测到来人发出的红外辐射源，经放大，处理后，2角转呈低电位，该下跳变平触发IC2进行定时控制。

IC2采用时基电路555，平时呈复位状态。

在IC1输出低电平的触发下，555呈反转置位，3脚转呈高电平。

高电平维持的时间，即触发定时时间，其大小为：
TD=1.1R1C1
图10参数是按后缀语句所需的时间决定的，设计为11秒。

IC3采用语音集成电路HFC5218,它内存有“您好，谢谢光临！”或“欢迎光临！”语句。

该芯片采用电平触发方式，当IC2输出高电位时，IC3得电并触发，随即发出内存的语音信号，经VT1放大后驱动扬声器发声。

电路中的R2为改变语言音调的调节电阻，阻值小，其芯片内的振荡器振荡频率高，音调高，反之音调低。

降压整流电流由降压电容器和全桥整流器组成，它的输出的约9V直流电压经三端稳
压器稳压和滤波后，作为本迎宾电路的供电电压。

考虑到HN911及HFC5281的工作电压不超过5V，三端稳压器选用7805。

降压电容器的耐压应不低于400V,宜选用金属化纸介电容器；全桥整流器可选用全桥模块或四支IN4004组装；迎客语音集成电路也可选用内存有“欢迎光临！”或“谢谢光临！”的KD-5603，KD-5604或LH5158系列集成电路，但应注意芯片管脚的接法及外接震荡电阻的阻值大小。

元器件选择：IC1、IC2选用TX05D低功率消耗红外线反射开关，它内部采用了低功率消耗器件和抗外界干扰的电路。

IC3选用HFC5218五合一语音集成电路；IC4选用IM386小功率集成功率放大电路；IC5选用IM7812三端集成稳压器VSl一VS3选用3v、0.5w稳压二极管，如2CW51-3V、IN5987或2CW5225等型号。

T用5w优质电源变压器，要求长时间运行不过热。

FUBGXP—0.15a型普通熔丝管，并配套使用机装管座。

其他元器件均无特殊要求。