扬声器驱动电路、音频装置及机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种扬声器驱动电路、音频装置及机器人。

背景技术：

目前，现有的智能早教机器人采用控制芯片直接驱动喇叭发声，且使用木质材料作为腔体或增加振膜以增强声音效果，以用于与幼婴儿童进行互动。

但是，以控制芯片直接驱动喇叭发声会使得音质过燥，会对幼婴儿童的发育产生严重的影响，且驱动喇叭直接发声，没有控制声音的最大音量，会直接影响幼婴儿童的听力和大脑，以及使用木质材料作为腔体或是增加振膜会存在产品成本过高的问题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种扬声器驱动电路，旨在解决智能早教机器人发声过燥的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种扬声器驱动电路，用于驱动扬声器。所述扬声器驱动电路包括：

音频信号输入端，用于接入音频信号；以及

高频滤波电路，与所述音频信号输入端及扬声器分别电连接，用于将所述音频信号输入端接入的音频信号经高频滤波处理后输出至扬声器，以驱动所述扬声器工作。

可选地，所述扬声器驱动电路还包括：

主控芯片，与所述音频信号输入端连接，用于将预先存储或通讯模块输入的音频信号输出至所述音频信号输入端；以及

功放电路，与所述高频滤波电路及所述扬声器分别电连接，用于将所述高频滤波电路输出的音频信号经功率放大后输出至所述扬声器。

可选地，所述功放电路包括功放芯片、第一电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一磁珠及第二磁珠；所述功放芯片的第一输出端经所述第一电阻与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述功放芯片的第二输出端连接；所述第一磁珠的第一端与所述功放芯片和所述第一电阻的公共端连接，所述第一磁珠的第二端为所述功放电路的正极输出端；所述第二磁珠的第一端与所述功放芯片和所述第一电容的公共端连接，所述第二磁珠的第二端为所述功放电路的负极输出端；所述第二电容的第一端与所述第一磁珠的第二端连接，所述第二电容的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第二磁珠的第二端连接，且所述第二电容与所述第三电容的公共端接地。

可选地，所述第一磁珠和所述第二磁珠的值为200r@100mhz。

可选地，所述扬声器驱动电路还包括：

供电电源，与所述功放电路及所述主控芯片分别电连接，以用于分别为所述功放电路及所述主控芯片供电。

本实用新型还提出一种音频装置，所述音频装置包括：

扬声器；

壳体，所述壳体具有容置腔及连通所述容置腔的开口，所述扬声器安装于所述容置腔内，所述壳体上对应所述扬声器设置有出音孔；

塑料后盖板，所述塑料后盖板罩设于所述壳体的开口；

电路板，所述电路板容置于所述壳体内；以及

如上所述的扬声器驱动电路，所述扬声器驱动电路中的音频信号输入端、高频滤波电路、主控芯片、功放电路及供电电源均设于所述电路板上。

可选地，所述音频装置还包括:

距离感应模块，所述距离感应模块设置于所述壳体上，所述距离感应模块与所述扬声器驱动电路中的主控芯片电连接，以用于检测人耳与所述壳体的距离，并输出相应的距离检测信号；

所述主控芯片还用于根据所述距离感应模块输出的距离检测信号，调节所述扬声器的输出音量。

可选地，所述扬声器为高保真双磁耐高温内磁喇叭。

本实用新型还提出一种机器，所述机器人包括无线通讯模块及如上所述的音频装置；

所述无线通讯模块与所述音频装置电连接。

可选地，所述机器人为智能早教机器人。

本实用新型扬声器驱动电路通过设置扬声器、音频信号输入端及高频滤波电路；并通过高频滤波电路将音频信号输入端接入的音频信号经滤波处理后输出至所述扬声器，使得扬声器发声，本实用新型扬声器驱动电路通过设置高频滤波电路，将音频信号中导致喇叭发声过燥的高频信号进行滤除，以使智能早教机器人与幼婴儿童进行互动的声音不会超出幼婴儿童的承受上限，从而解决了智能早教机器人影响幼婴儿童发育的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型扬声器驱动电路一实施例的功能模块示意图；

图2为本实用新型扬声器驱动电路一实施例的电路功能示意图；

图3为本实用新型音频装置一实施例中壳体的结构示意图；

图4为本实用新型音频装置一实施例中塑料后盖板的结构示意图；

图5为本实用新型音频装置一实施例中无后盖板状态下的后视结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种扬声器驱动电路。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，所述扬声器驱动电路包括：

音频信号输入端10，用于接入音频信号；以及

高频滤波电路20，与所述音频信号输入端10及扬声器110分别电连接，用于将所述音频信号输入端10接入的音频信号经高频滤波处理后输出至扬声器110，以驱动所述扬声器110工作。

本实施例中，音频信号输入端10可以与早教机器人中的相关功能电路/或存储器连接，以用于接收相关功能电路输出的或者存储器所存储的多种频率的音频信号。在实际应用中，早教机器人中的存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件；音频信号输入端10还可以为u盘等可随身携带的可存储介质，音频信号输入端10可通过金手指等电接口随时接入可存储介质中存储的多种音频信号。

高频滤波电路20可以采用相应电容值的电容元件和相应电阻值的电阻元件所构建的硬件电路来实现，或者还可以采用滤波专用芯片来实现。本领域技术人员可通过利用电容元件对特定频率的等效容抗小，近似短路的原理，并可通过相关医学研究及模拟实验获取幼婴儿童所能承受的音频频率范围，从而针对幼婴儿童承受的音频频率范围针对性设置电容元件的电容值，以使频率超出音频频率范围的音频信号在经过高频滤波电路20时，会由于电容元件表现出来的小容抗，使得超出音频频率范围的音频信号被电容元件滤除，而符合音频频率范围的音频信号将输出至扬声器110，以驱动扬声器110发声，从而实现早教机器人的发声。当然可以理解的是，当高频滤波电路20采用滤波专用芯片时，可以通过在芯片中集成有adc电路及相关程序和软件程序或算法，以及存储相应的参考频率参数，以使滤波专用芯片可将频率高于参考频率参数的音频信号滤除，只输出频率低于参考频率参数的音频信号。

本实用新型扬声器110驱动电路通过设置音频信号输入端10及高频滤波电路20；并通过高频滤波电路20将音频信号输入端10接入的音频信号经高频滤波处理后输出至扬声器110，以驱动扬声器110发声。本实用新型扬声器110驱动电路通过设置高频滤波电路20，将音频信号中导致扬声器110发声过燥的高频信号进行滤除，以使智能早教机器人在与幼婴儿童进行互动时发出的声音频率不会超出幼婴儿童的频率承受的上限，从而解决了智能早教机器人影响幼婴儿童发育的问题。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，所述扬声器驱动电路还包括：

主控芯片30，与所述音频信号输入端10连接，用于将预先存储或通讯模块输入的音频信号输出至所述音频信号输入端10；

功放电路40，与所述高频滤波电路20及所述扬声器110分别电连接，用于将所述高频滤波电路20输出的音频信号经功率放大后输出至所述扬声器110。

本实施例中，主控芯片30可以是单片机、dsp及fpga等微处理器。本领域的技术人员能够通过在主控芯片30中集成一些硬件电路和软件程序或算法，利用各种接口和线路连接扬声器110驱动电路的各个功能电路或模块，通过运行或执行主控芯片30内的软件程序和/或模块，以及调用主控芯片30内的数据，可执行扬声器110驱动电路的各种功能以及对其进行整体监控。主控芯片30中可根据实际需要预先存储有相关的音频信号，例如开/关机音频，交互音频等；并还可以通过相关接口和线路与早教机器人的通讯模块连接，以接收通讯模块输出音频信号。主控芯片30用于根据集成的硬件电路，例如adc转换电路，将预先存储或通讯模块输入的音频信号转换为数字信号后，调用相关程序或软件对数字信号的音频信号进行分析处理以获取音频信号的幅值参数，并可将所述幅值参数与一预先存储的参考幅值参数进行比较，且在幅值参数大于参考幅值参数时，通过相关程序或软件将幅值参数调整至参考幅值参数；当幅值参数小于或等于参考幅值参数时，将音频信号正常输出至音频输入端。功放电路40用于将经高频滤波处理后的音频信号进行相应倍数的功率放大后输出至扬声器110。

在一可选实施例中，参考图2，主控芯片30采用32位的mcu；高频滤波电路20包括第四电容c4、第五电容c5、第二电阻r2及电三电阻。主控芯片30的第一端口与功放电路40连接，其第三端口接地，第四端口与供电电源50连接，主控芯片30的第二端口与第五电容c5的一端连接，第五电容c5的另一端经第三电阻r3与功放电路40连接；第四电容c4的一端与供电电源50的模拟负极端连接，第四电容c4的另一端经第二电阻r2也与功放电路40连接。其中，第二电阻r2及第三电阻r3均为限流电阻；第四电容c4与第五电容c5的电容值均可选为0.47μf，第二电阻r2及第三电阻r3的电阻值可选为10k。

通过设置主控芯片30可以将预先存储或通讯模块输入的音频信号输出至音频信号输入端10，以拓展了扬声器110的音频来源，且可以限制音频信号的幅值，以控制声音的最大音量，从而解决没有控制声音的最大音量影响幼婴儿童的听力和大脑的问题。而将功放电路40设置于高频滤波电路20之后，以在高频滤波处理后直接进行功率放大并输出，以节省操作环节。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，所述功放电路40包括功放芯片u2、第一电阻r1、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一磁珠fb1及第二磁珠fb2；所述功放芯片u2的第一输出端经所述第一电阻r1与所述第一电容c1的一端连接，所述第一电容c1的另一端与所述功放芯片u2的第二输出端连接；所述第一磁珠fb1的第一端与所述功放芯片u2和所述第一电阻r1的公共端连接，所述第一磁珠fb1的第二端为所述功放电路40的正极输出端；所述第二磁珠fb2的第一端与所述功放芯片u2和所述第一电容c1的公共端连接，所述第二磁珠fb2的第二端为所述功放电路40的负极输出端；所述第二电容c2的第一端与所述第一磁珠fb1的第二端连接，所述第二电容c2的第二端与所述第三电容c3的第一端连接，所述第三电容c3的第二端与所述第二磁珠fb2的第二端连接，且所述第二电容c2与所述第三电容c3的公共端接地。

进一步地，所述第一磁珠fb1和所述第二磁珠fb2的值200r@100mhz。

本实施例中，第一电容c1为缓冲电容，第一磁珠fb1及第二磁珠fb2的值均为200r@100mhz，以用于在100mhz时达到200r的阻值，从而起到抗干扰作用。第二电容c2及第三电容c3均为滤波电容，以用于对第一磁珠fb1第二端及第二磁珠fb2第二端输出音频信号做进一步的滤波处理，以保证功放电路40正、负极输出端输出至扬声器110的音频信号不含对幼婴儿童有害的高频部分。

在一可选实施例中，功放芯片u2的第十端口为第一输出端，其第九端口为第二输出端；其第二端口与第二电阻r2的一端连接；其第三端口与第三电阻r3的一端连接；其第四端口与主控芯片30的第一端口连接；其第五端口与供电电源50连接；其第六端口经第七电容c7与第七端口连接；其第九端口经第八电容c8、第九电容c9及第十电容c10与第八端口连接，且第八电容c8、第九电容c9及第十电容c10彼此并联连接；其第十二端口接地；其第十三端口经第四电阻r4及第六电容c6与其第十四端口连接，且第四电阻r4和第六电容c6的公共端与供电电源50的模拟负极端连接；其第十五端口接地。其中，第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9及第十电容c10均为滤波电容；且第一电阻r1的可选阻值为4.7ω，第一电容c1可选为4.7nf，第二电容c2和第三电容c3可选为1nf，第六电容c6可选为0.1μf，第四电阻r4可选为0ω，第八电容c8可选为0.1μf，第九电容c9可选为10μf，第十电阻可选为220μf/25v。第四电阻r4用于工作模式选择，以使主控芯片30可通过输出不同的脉冲，以控制功放芯片u2的四种工作模式，从而使得扬声器110发出的声音可适用于多种应用场景。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，所述扬声器驱动电路还包括：

供电电源50，与所述功放电路40及所述主控芯片30分别电连接，以用于分别为所述功放电路40及所述主控芯片30供电。

供电电源50可以采用电源接口及滤波电路来实现，供电电源50的输出端分别与主控芯片30及功放芯片u2的电源输入端连接，以用输出稳定的直流电源至主控芯片30及功放芯片u2，以分别为其供电。其中，供电接口可与内置于早教机器人中的蓄电池连接，或者通过电源适配器与早教机器人外部的电源连接。

在图2所述实施例中，供电电源50包括蓄电池及由第十一电容c11、第十二电容c12、第十三电容c13及第五电阻r5构建的滤波电路。第十一电容c11、第十二电容c12及第十三电容c13彼此并联后的一端与蓄电池的输出端连接；另一端分两路，其中一路直接接地，另一路经第五电阻r5与供电电源50的模拟负极端连接。其中，batin端口为蓄电池的输出端；第十一电容c11、第十二电容c12、第十三电容c13均用于滤波；第五电阻r5用于隔离模拟地和数字地的干扰。蓄电池的输出端一路直接与主控芯片30的第四端口连接，以为其供电，另一路经滤波电容滤波后为功放芯片u2供电。第十一电容c11、第十二电容c12、第十三电容c13及第五电阻r5的可选值分别为100μf/16v、10μf、0.1μf、4.7μf及0ω。

本实用新型还提供一种音频装置，所述音频装置包括：

扬声器110；

壳体120，所述壳体120具有容置腔及连通所述容置腔的开口，所述扬声器110安装于所述容置腔内，所述壳体120上对应所述扬声器110设置有出音孔；

塑料后盖板130，所述塑料后盖板罩设于所述壳体120的开口；

电路板，所述电路板容置于所述壳体120内；以及

如上所述的扬声器110驱动电路，所述扬声器驱动电路中的音频信号输入端、高频滤波电路20、所述主控芯片30、所述功放电路40及供电电源50均设于所述电路板上。

进一步地，所述扬声器110为高保真双磁耐高温内磁喇叭。

所述扬声器110驱动电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在音频装置中使用了上述扬声器110驱动电路，因此，音频装置的实施例包括上述扬声器110驱动电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

本实施例中，扬声器除喇叭外还可采用蜂鸣器或音箱等声电转换器件来实现。壳体120所具有的容置腔及对应设置的出音孔根据扬声器110的实际需要匹配设定，在此不做限制。且在实际应用中，容置腔中可根据喇叭形状相应设置有用于固定喇叭的定位结构，例如螺丝孔。而扬声器110采用高保真双磁耐高温内磁喇叭来实现，使播放的声音具有高保真低音效果，以使婴幼儿童听起来舒缓不燥，从而达到护耳的效果。塑料后盖板130与容置腔为扬声器110提供一个高保真低音效环境及空间，以使扬声器110发出的声音有足够腔体来达到最大最佳声音效果；容置腔或塑料后盖板130可预留有相应的开口，以使扬声器110可与电路板上的扬声器110驱动电路通过走线连接。且采用塑料后盖板130相较于使用木质材料作为腔体或是增加振膜而言，大大减少了产品成本。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，所述音频装置还包括:

距离感应模块，所述距离感应模块设置于所述壳体120上，所述距离感应模块与所述扬声器驱动电路中的主控芯片30电连接，以用于检测人耳与所述壳体120的距离，并输出相应的距离检测信号；

所述主控芯片30还用于根据所述距离感应模块输出的距离检测信号，调节所述扬声器110的输出音量。

本实施例中，距离感应模块可采用红外传感器或声波传感器等测距传感器来实现，距离感应模块输出测量信号，例如：声波或红外线，用于测量人耳与所述壳体120的距离，并根据距离输出相应的距离检测信号至主控芯片30。主控芯片30可根据集成的软件程序或算法对接收到的距离检测信号进行分析以得到距离检测信号对应的距离数据，并可通过将距离数据与一预先存储的距离阈值数据进行比较，以判断出幼婴儿童是否超出音频装置发声的有效范围，且在检测信号对应的距离数据大于预先存储的距离阈值数据时，主控芯片30可相应的调大即将输出的音频信号的幅值，以使幼婴儿童在较远距离也能接收到音频装置发出的声音。可以理解的是，在对应的距离数据小于预先存储的距离阈值数据时，主控芯片30也可相应的降低音频信号的幅值，以使幼婴儿童在靠近音频装置时不会被过大的声音损伤听力。

在实际应用中，距离感应模块设置的位置可与幼婴儿童的身高匹配设置，以便于幼婴儿童接收声音。

本实用新型还提供一种机器人，所述机器人包括：无线通讯模块及如上所述的音频装置；

所述无线通讯模块与所述音频装置电连接。

进一步地，所述机器人为智能早教机器人。

所述音频装置的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在机器人中使用了上述音频装置，因此，机器人的实施例包括上述音频装置全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

本实施例中，无线通讯模块可以采用红外接收/发送模块、wifi模块以及蓝牙模块等，通过设置无线通讯模块，可以实现与移动终端，例如手机、遥控器等无线通讯连接，以接收移动终端输出的多种信号，例如音频信号、位移信号、开/关机信号等等，并将接收到的多种信号分别输出至机器人中相应的功能模块，以驱使机器人可对应执行相应的动作，从而实现用户与智能早教机器人的通讯交互，有利于拓展父母通过智能早教机器人与幼婴儿童互动的渠道。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。