技术领域
[0001] 本
发明涉及应用
电子技术，尤其涉及一种
模拟信号延时装置。
背景技术
[0002]
语音信号本身就是时变信号，而人在说话的时候，不同字节之间的语音信号通过
拾音器转换成
电信号后，存在正负以及过零的状态。而自然语言的一句话结束，信号也是处于过零的状态。
[0003] 在这种情况下，如何判断一句话是否说完，不能单纯依靠语音信号的电平有无和高低来判断。这就需要延时技术。
[0004] 另外，有的人说话声音大，有的人说话声音小，这种自然语音信号，表现在信号的幅度上有很大的不同。这样就需要对不同幅度的语音信号都能够进行识别和检测，也就是说需要一种能够兼容不同电平的信号检测技术。
[0005] 对于正常的语音信号，其幅度，
频率都在随时间变化。如果想用语音信号的有无来控制电器的
开关，即在存在语音信号的时候，开关打开，在没有语音信号的时候，开关关闭。
[0006]
现有技术中延时
电路有很多，如：中国发明
专利：声控
台灯电子控制[专利
申请号：87202202]，授权公告日: 1987年2月17日。该声控台灯电子
控制器由拾声器、音频放大电路、开关电路、输出电路、执行电
路灯组成，其中开关电路由射极耦合触发电器、积分延时电路、单稳态电路三单元构成。电子控制器能声控开灯，延时照明一分钟左右自动熄灭，如果要长时间照明使用，要在开灯后把延时控制电位器调到最大值，此电子控制器具有一定的抗干扰声性能，可以实现对
音频信号的延时控制，但是用分立元件构成触发器，使用的器件比较多，而且对输入电平的信号幅度有一定的要求。
[0007] 中国专利申请：具有延时触发器的电路保护开关[专利申请号号：200610064763]，公开日: 2007年6月20日，公开一种电路保护开关。
[0008] 上述控制电路和电路保护开关对输入的信号的幅度有所限制，不能实现用任意幅度模拟量进行触发控制。例如使用放电
三极管的基极作为
控制信号的输入端，由于三极管基极的驱动
电压在0.7V以上，对于低于0.7V的电平无法区分，同时，由于三极管是
电流驱动型器件，对于高阻抗的
输入信号源，也无法做出正确的响应。
发明内容
[0009] 本发明针对现有技术存在的声控开关不能检测连续的语音信号，对于输入信号的检测，都需要有一定的幅度以及一定的触发时间的
缺陷，本发明提供一种能够兼容多种电平模拟信号的延时装置，通过该装置可以解决现有技术中的延时装置对输入信号有一定的幅度要求的问题，实现多种电平输入信号的兼容，而且可以通过配置不同的匹配
电阻与不同阻抗的信号源进行匹配，从而实现用不同的模拟信号触发时间控
制模块，进而实现对不同语音信号延迟响应时间的控制。
[0010] 本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：设计一种电平模拟信号延时装置，该延时装置包括，信号输入和匹配模块、参考电压发生模块、信号整形模块、时间
控制模块、驱动执行模块。信号输入和匹配模块对采集的语音信号分压、进行RC滤波后，送入信号整形模块的输入端。参考电压模块设定参考电压，分压后送入信号整形模块输入端，信号整形模块采用电压比较器实现，其
反相输入端接参考电压，同相输入端信号来自信号输入和匹配模块的
输出信号。信号整形模块输出端输出幅度固定的低阻抗方波信号。时间控制模块包括555
定时器、放电三极管、限流电阻、定时电容、定时电阻和隔离
二极管。当信号整形模块输出高电平给时间控制模块的放电三极管时，触发放电三极管导通，通过隔离二极管给定时电容放电，使得定时器的电压低于555定时器的
阀值电压VDD/3，555定时器就输出高电平给驱动执行模块；当信号整形模块输出低电平，放电三极管截止，通过定时电阻给定时电容充电，触发定时器的电压升高到2VDD/3的时候，555定时器输出低电平，定时结束。由一个三极管和一个继电器构成“驱动执行机构”，用来执行特定的动作。
[0011] 555定时器接成
施密特触发器，555定时器中两个比较器A1、A2的
输出电压控制 RS 触发器和
放电管的状态，在电源与地之间接入电压，当触发器输入端悬空时，则比较器 A1 的反相输入端的电压为VDD /3，A2 的同相输入端的电压为VDD /3，若触发器输入端 的电压小于VDD /3，则比较器 A2 的输出为高电平，触发器触发输出端输出高电平，如果
阈值输入端的电压大于 2 VDD /3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为高电平，A2 的输出为 低电平，触发器触发输出端输出低电平。
[0012] 本发明能把不规则的，且幅度不等的自然语音信号进行整形，实现以连续语音信号的有无来控制输出的目的，克服现有延时电路触发电平都是持续的高电平或者持续的低电平，或者是单次脉冲信号。本发明扩展了延时电路的施控信号范围，扩展到语音信号等不规则交变信号领域，可以通过调节信号输入和匹配模块中的电阻值匹配信号源的阻抗，并通过调整输入电阻的比例来实现对噪声和正常输入信号的区分，本装置既可以实现对高阻信号的检测，又可以改变基准电压而正确检测低电平信号。本发明主要用于电子技术和自动控制领域中，拓展了控制信号源的范围。
附图说明
[0013] 图1 本发明的技术方案原理
框图；图2 本发明延时装置电原理图；
图3时间控制模块电路图；
图4 驱动执行模块电路图；
图5音频信号对半双工对讲机的控制装置图；
图6 声控延时电灯装置图；
图7 声控延时电灯控制装置图；
图8 触摸延时开关控制装置图。
具体实施方式
[0014] 本发明设计一种模拟电平信号延时装置，如图1所示为本发明的技术方案原理框图，该装置包括：信号输入和匹配模块、参考电压发生模块、信号整形模块、时间控制模块、驱动执行模块。以下针对附图对各模块进行具体描述。
[0015] 如图2所示为延时装置电原理图，具体实施方式如下：(1)信号输入和匹配模块
信号输入和匹配模块输入部分采用分压电阻R1和R2分压后，经过R3和C1做RC滤波，对杂讯进行滤除后，把信号送入信号整形模块的输入端。分压电阻对输入的信号幅度进行调整，以适应整形模块的要求；做输入阻抗的匹配，以适应不同信号源和抗干扰的匹配要求。适当减小输入电阻，可以实现更好的抗干扰性能。例如对于
驻极体话筒的输出信号，是低阻抗的电压信号，有一定的抗干扰能
力，可以适当减小输入电阻。对于幅度比较高的信号，可以通过增加R1和R2的比例对大幅度信号进行衰减，以避免比较器输入饱和。
[0016] (2)参考电压发生模块参考电压模块提供的电压由
电源电压经过分压电阻R4和R5分压后送到信号整形模块IC1A，其中电阻R5是可调的，通过调整该电阻，可以对参考电压进行设定，从而实现对不同电平模拟信号的处理。参考电压接在比较器的反相输入端，输入的语音信号接在比较器的同相输入端。用于区分语音信号和
背景噪音信号。例如，对于标准的音频输出信号，其电压幅值是1V,假设背景噪音是0.2V，也就是说在没有语音信号的时候，输入该模块的信号也有0.2V，这样的话，参考电压的设置就不能低于0.2V。实际的应用中要根据具体的电路和实际测试结果，对背景噪声和正常音频信号的幅值有清楚的了解之后再设定参考电压的值。
[0017] (3)信号整形模块信号整形模块采用电压比较器IC1A实现，其反相输入端接参考电压，同相输入端接来自于信号输入和匹配模块的信号，输出端是经过整形之后的低阻抗方波信号。该模块实现的功能是把不同的输入信号统一成幅度相等，约等于电源电压的低阻抗等幅方波，便于后面用相同的方法统一处理。
[0018] 对于不同幅度的语音信号，经过比较器处理后，其输入信号要么比参考电平高，比较器输出高电平，约等于电源电压；要么比参考电平低，比较器输出低电平，约等于0V。这样处理后，就把不同幅值的信号统一成幅值相等的信号，便于后续处理。
[0019] (4)时间控制模块如图3所示为时间控制模块电路图。
[0020] 由一个555定时器IC1、一个放电三极管Q2、一个限流电阻R10、一个定时电容C3、一个定时电阻R11和一个隔离二极管D2以及抗干扰的下拉电阻R12、三极管Q2的基极驱动电阻R9组成。
[0021] 555定时器接成施密特触发器，VDD是电源电压。当信号整形模块输出高电平给时间控制模块的放电三极管Q2时，Q2导通，通过D2给C3放电，由于C3、D2、Q2构成的回路中没有电阻，C3上的电压瞬间低于555定时器的阀值电压VDD/3，555输出高电平给驱动执行模块。
[0022] 当输入正常语音信号的时候，由于语音信号幅值随时间变化，可能随时高于参考电压或者低于参考电压，这样Q2反复导通和截止。当Q2截止的时候，电源通过R11给C3充电，C3电位升高。但是C3电位升高需要一定的时间。如果Q2截止的时间比较短，C3上的电压还不是足够高的时候，Q2又导通给C3放电。这个过程中，555输出始终为高电平，这就对应着正常的完整的语音信号中的一句话。
[0023] 当语音消失的时候，信号输入和匹配模块输出的信号将低于参考电压。此时Q2截止，C3通过R11充电，经过一段时间后，C3电位升高到2VDD/3的时候，555定时器输出低电平，定时结束。定时时间就是从输入语音信号消失到定时电容的电位升高到2VDD/3的时间。由于这段延迟时间的存在，使得输入信号即使是存在过零点的语音信号，也可以对信号的有无做出准确的区分，只要语音信号幅度低于参考电压的时间小于延迟时间，就可以做出信号存在的判断。也就是说：当有语音信号输入的时候，该模块立即输出为高电平。当语音信号低于参考电压的时候，并不是立即翻转电平，而是需要这个状态的时间持续一段时间才翻转电平。因为字节间的停顿时间短，而一句话之间的停顿时间长，这样就对语音信号中字节间的停顿和一句话之间的停顿做出了区分。这点对于这类语音信号的有无判断特别有效。根据实际测试，当延迟时间为1S左右的时候，能够较好的区分人的正常语音的正常停顿。
[0024] (5)驱动执行模块如图4所示为驱动执行模块电路图。时间控制模块的输出送入驱动执行模块。驱动执行模块由输出电阻R7，输出隔离二极管D1，下拉电阻R8，开关管Q1以及执行元件继电器构成。对时间控制模块给出的信号进行放大后驱动执行机构实现功能控制，例如驱动继电器或者给出电平信号和后续的电路相连接。
[0025] 由于使用了电压比较器作为驱动执行模块信号的输入端，并用比较器的低阻抗输出端驱动放电三极管，从而有效地克服了原有的输入电平受限制、输入阻抗低的弊端，拓展了传统延时电路的应用场合。
[0026] 具体实施部分之一：半双工对讲机的改造。如图5所示为音频信号对半双工对讲机的控制装置图目前半双工对讲机的工作方式都是需要按下发射按键才能实现向对方发送语音信息，使用起来不够方便。利用该电路可以实现用声音对对讲机的控制，即说话的时候对讲机自动打开，不说话的时候关闭。
[0027] 使用音频信号作为该延时装置的输入端信号，输入到电压比较器IC1A的反相输入端，音频信号与反相输入端的参考电压比较，当有音频信号输入的时候，电压比较器输出高低电平信号驱动三极管Q2的导通和截止。由于电容C3的电压不能突变，如果Q2反复导通截止，C3的电压会反复充放电并维持在2VDD/3以下，从而555持续输出高电平，三极管Q1维持导通，相当于对讲机的按键按下接地，实现语音传送。当不说话的时候，音频信号消失，电压比较器输出低电平，Q2截止，C3经过约一秒钟延时，被充电到2VDD/3,555电路输出低电平，Q1截止，装置延迟一秒钟自动关闭。
[0028] 对图中其他器件的说明如下：A点是把语音信号直接送入对讲机的麦克
风，同时通过“信号输入和匹配模块”对电路提供控制信号。
[0029] 该种类型的应用，其输入的音频信号包括但不限于：通过声电转换器获得的音频信号、通过收音机、录音机、手机、MP3、MP4等音频输出
接口输出的音频信号。
[0030] 具体实施部分之二：梦话录制器语音信号仍然作为输入信号，不同的是，放大执行机构中的继电器控制磁带录音机的电源，用继电器闭合、开启控制录音机的电源开关，这样在说梦话的时候，音频信号被送到装置的输入端，通过该装置驱动继电器动作，控制录音机开始录音。当不说梦话的时候，延迟一秒，继电器断开，录音结束，避免了磁带的浪费。
[0031] 具体实施部分之三：声控延时电灯图6 声控延时电灯装置图，图7 声控延时电灯控制装置图。将信号输入和匹配模块输入部分中的语音信号换成压电陶瓷片，取消电阻R2，驱动执行模块中驱动执行机构换成电灯，可以实现以掌声控制的电灯。
[0032] 具体实施部分之四：触摸延时开关图8 触摸延时开关控制装置图。作为触摸延时开关，将信号输入和匹配模块输入部分语音信号源换成触摸按键，增加上拉电阻R14。当手触摸到触摸按键的时候，利用人体的电阻使触摸按键电位瞬间升高,驱动执行模块输出高电平，触摸结束后，延时一段时间，驱动执行模块输出低电平，达到延时控制的目的。
[0033] 本发明能把不规则的输入信号进行整形，实现以不规则信号进行延时触发的目的，以往的延时电路触发电平都是持续的高电平或者持续的低电平，或者是单次脉冲信号。
