专利名称：一种音箱控制驱动方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音箱控制方法及其系统，尤其涉及一种通过电脑对音箱控 制驱动方法及其系统。
背景技术：
目前，巿场上的音箱全部釆用传统控制方法，即通过音箱设备上的各种 按钮、旋钮实现对音箱的开机、关机，音量、音调、音效控制调节，需要用户直接动手操作，很不方便；这些音箱设备由于其按钮、旋钮容易磨损老化， 将会导致其接触不良，从而引起控制失灵，产生噪声等问题。这会严重损害 音箱的使用寿命。同时当用户在开关电脑的时候，如果没有先关闭音箱，也 会导致音箱产生强烈的脉冲噪声。而且，音箱工作的时候也有将耗费大量的 电力，用户在关闭电脑后如果忘记关闭音箱，将会造成能源浪费。发明内容本发明所要解决的技术问题是克服现有与电脑连接的音箱操作不便， 机械部件使用寿命短，并且存在开关电脑时引起脉冲噪声以及用户容易忘记 关闭音箱造成能源浪费等问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通过电脑对音箱控制驱动方 法及其控制系统。音箱控制驱动方法，通过连接电脑与音箱控制驱动系统通 信线路，所述电脑对音箱控制驱动系统进行控制，控制过程包括如下步骤进入所述电脑音箱控制软件的控制界面；通过所述音箱控制软件的控制界面输入针对所述被控制音箱的操作指令；该操作指令经所述通信线路到达音箱控制驱动系统；
音箱控制驱动系统根据接收到的搡作指令输出相对应的功率电流驱动音 箱发音。所述音箱控制驱动系统根据操作指令所包含的控制命令字对音箱执行相 应的命令后，记录音箱控制驱动系统的配置参数并通过所述通信线路向所述 电脑返回相应的应答帧。所述控制命令字表示的用户选择的命令，包括，开机命令、关机命令、调节命令和握手命令；所述控制命令字和相应的应答帧包括依次排列的帧头、控制命令、参数列和帧尾；所述帧头为专用特殊字符，用于表明控制帧的开始；所述帧尾另 为专用特殊字符，用于表明控制帧的结束；所述控制命令用于表示用户所选 择的命令；所述参数列包括对应不同命令所需要调节的数量值的参数。通过以上方法，用户不需要通过机械操作就可以直接在电脑上控制音箱 的开关以及音量和音效等参数。这样将避免机械音箱设备由于其按钮、旋钮 容易磨损老化，很快会导致接触不良而引起控制失灵，产生噪声等问题。对应不同用户命令，所述音箱控制驱动驱动系统有如下操作当所述音箱控制驱动驱动系统接收的所述控制命令字表示为握手命令的 时候，则回送握手应答帧；当所述音箱控制驱动系统接收的所述控制命令字表示为开机命令或者关 机命令的时候，则直接进行相应功能操作，然后向所述电脑发出相应的应答 帧；当所述音箱控制驱动系统接收的所述控制命令字表示为音量调节命令、 高音调节命令或者低音调节命令时候，则根据用户命令和参数列的值，调整 更新音箱控制驱动系统相应的配置数据，然后向所述电脑发出相应的应答帧。作为本发明的进一步改进，该音箱控制驱动方法还包括以下步骤当所述电脑开机的时候，根据所述电脑已保存的配置数据，检查所述音 箱控制驱动系统是否为开机状态，如果为关闭状态，则发出开机命令到所述 音箱控制驱动系统，并进入控制界面；如果为开机，则直接进入控制界面；
当所述电脑关机的时候，检查所述音箱控制驱动系统是否为开机状态， 如果为开机状态，则发出关机命令到所述音箱控制驱动系统，并保存配置数据，然后退出控制界面；如果为关闭状态，则直接保存配置数据，然后退出 控制界面。通过该步骤，本发明实现了在开关电脑的时候，自动开关音箱。这样既 可以保证用户对音箱的正常使用，也能保证用户在关闭电脑时候也自动关闭 音箱。本发明还提供了一种音箱控制驱动系统，用于通过存储有音箱控制软件 的电脑控制并驱动与其连接的音箱，包括连接电脑用于接收音频信号的音 频线路；连接电脑用于接收控制信号的通信线路；通过音频线路与所述电脑 连接的前级控制，用于接收来自所述电脑的音频信号并对该音频信号进行控 制；与所述前级控制的信号输出端连接的后级放大，用于接收所述前级控制 输出的音频信号，对该音频信号进行功率放大，连接并驱动音箱；包含有用 于处理相应控制信号的单片机的控制单元，该控制单元通过通信线路与所述 电脑连接并与安装在所述电脑的音箱控制软件建立通信联系，用于指挥控制 所述前级控制和后级放大协调工作；以及电源模块。所述通信线路为uart线路或者usb线路。通过以上技术方案，用户可以通过所述通信线路来实现电脑对音箱的控 制，不再需要旋钮等机械部件来调节音箱，克服了机械部件的缺点，削除了 如旋钮等接触不良造成的噪声。作为本发明的一个具体方案，所述控制单元还包括，接口电路和用于显 示工作状态的指示灯；所述单片机分别与所述前级控制、后级放大和电源模 块连接，所述单片机通过接口电路与所述电脑双向连接。所述前级控制包括音频输入和用于对输入的音频信号进行控制的音量音 调平衡控制；所述音频输入的输入端经所述音频线路连接所述电脑，所述音 量音调平衡控制的信号输入端和输出端分别连接所述音频输入和后级放大。所述后级放大包括用于接收所述前级控制输入的音频信号并进行放大， 以连接并驱动音箱的功率放大；用于控制所述后级放大工作的待机控制电路, 该待机控制电路与所述控制单元的单片机连接。
和现有技术相比，本发明的优点在于，克服现有与电脑连接的音箱搡作 不便，机械部件使用寿命短的缺点，削除了开关电脑时引起脉冲噪声，并且 解决了用户容易忘记关闭音箱造成能源浪费等问题。
图i为本发明音箱控制驱动系统的连接示意图； 图2为本发明音箱控制驱动系统的结构示意图； 图3为本发明音箱控制驱动系统与电脑通信示意图； 图4为本发明自动开机过程的流程示意图； 图5为本发明自动关机过程的流程示意图； 图6为本发明音箱控制驱动方法的流程示意图； 图7为本发明音箱控制驱动系统的工作流程图； 图8为本发明音箱控制软件的工作界面； 图9为本发明控制单元的电路图； 图IO为本发明前级控制的电路图； 图11为本发明后级放大的电路图； 图12为本发明电源的电路图。
具体实施方式
如图1所示，音箱包括主音箱30、左环绕音箱31或者右环绕音箱32。 该音箱通过音箱控制驱动系统20输出功率电流进行驱动音箱放音。电脑10和所述音箱控制驱动系统20之间除了音频线路50连接外，还增 加了一路通信线路40相互连接。所述通信线路40可以为UART线路或者USB 线路。如图2所示，音箱控制驱动系统20包括音频线路50、通信线路40、 前级控制203、后级放大204、控制单元201和电源模块202。其中，所述控制单元201包括，用于控制所述前级控制203、后级放大204 以及'电源模块202的单片机2011;通过所述通信线路40和所述电脑10相互 连接的接口电路2012;以及用于显示整个音箱控制系统工作状态的指示灯 2013。所述单片机2011为音箱控制系统的控制核心，其上运行控制软件，对
音量，高音，低音等不同的物理量配置数据进行调整，这样就可对各功能模 块进行控制操作，包括音量控制、音调控制、音效控制、静音控制、待机控制、以及电源控制。控制软件一旦接收到所述电脑io发送过来的命令，即根据命令实现具体控制操作。
所述前级控制203通过音频线路50接收所述电脑10输入的音频信号并 根据所述控制单元的指令进行控制处理。所述前级控制203包括用于对输 入的音频信号进行放大的，并向所述后级放大203进行输出的音量音调平衡 控制2032，以及连接所述音频线路50的音频输入2031。
所述后级放大204接收所述前级控制203输出的音频信号，并对该音频 信号进行功率放大，用于驱动音箱。所述后级放大204包括用于接收所述 前级控制203输入的音频信号并进行放大，以驱动音箱的功率放大2041;以 及，用于控制所述后级放大204工作的待机控制电路2042。
如图3所示，所述电脑10与音箱控制驱动系统20之间通过所述电脑10 发送控制命令字并接收所述音箱控制驱动系统20应答的方式进行通信。用户 操作所述电脑IO上的音箱控制软件，将具体操作命令通过控制命令字的形式 传输给所述音箱控制驱动系统20，所述音箱控制驱动系统20接收到控制命令字后，执行具体控制搡作，然后向电脑发送相应的应答帧。
控制命令字和应答帧的结构为依次排列的帧头、控制命令、可选择的参 数列和帧尾。其中，所述帧头为专用特殊字符，用于表明控制帧的开始；所述帧尾也为专用特殊字符，用于表明控制帧的结束；所述控制命令用于表示 用户可选择的命令；所述参数列包括对应不同命令所需要调节的数量值，为 代表音量，高音，低音等不同的物理量的配置数据。
控制命令字以8位字节为单位，其中帧头和帧尾，在控制命令及参数中 不能出现。例如可以规定帧头为0X80，帧尾为OXFE,它们的最高位为1，而控 制命令和参数的最高位为0。这样所述控制单元201通过捕获帧头，帧尾即可 识别接收一个完整的控制命令字。控制命令可以分别表示开机命令、关机命 令、音量调节命令、高音调节命令、低音调节命令和握手命令等。
应答帧为音箱发送给电脑的应答信息，其结构与相应的控制命令字一致。下面以一组实施不同功能的控制命令字及参数定义进行解释说明
开机命令帧的帧头为0X80，控制命令为0X02，参数列的参数1代表音量， 参数2代表高音，参数3代表低音，参数4代表主音量，参数5代表3D音效， 参数6代表静音，帧尾为0XFE。3D音效和静音为开关参数只有0和1两种状态，0表示关闭，1表示打开。 其他4个参数的值为0到100，用百分比表示，音箱控制驱动将该百分比设定 为配置数据，并转换为实际的物理参数数值。其中主音量用来单独调节主音 箱音量。实际使用中，可根据实现的功能情况增加相应的参数。开机命令应答帧的帧头为0X80,应答命令为0X02，帧尾为0XFE。音箱接 收到电脑发送的开机命令帧后，将回送该应答帧，应答帧可以不包括任何参 数。关机命令字的帧头为0X80，控制命令为0X03，帧尾为0XFE。所述音箱控 制驱动系统20接收到该命令字后，即关闭电源模块202,处于待机状态。关机命令应答帧的帧头为0X80，控制命令为0X03，帧尾为0XFE。所述音 箱控制驱动系统20接收到关机命令字后，将回送该应答帧，该应答帧不包括 任何参数。调节命令帧的帧头为0X80，控制命令为0X04，附带6个参数，参数l代 表音量，参数2代表高音，参数3代表低，音,参数4代表主音量，参数5代 表3D音效，参数6代表静音，帧尾为0XFE。调节命令字与开机命令完全一致。 所述音箱控制驱动系统20接收到调节命令字后，将各参数与自己记录的配置 数据进行比较，对已经变化的参数进行更新记录为配置数据，对未变化的参 数忽略处理，然后根据更新后的配置数据调节驱动音箱。也可根据音箱实现的功能情况增加相应的参数。调节命令的应答帧的帧头为0X80,应答命令为0X04,帧尾为0XFE。该应 答帧不包括任何参数。握手命令字的帧头为0X80，控制命令为0X00,帧尾为0XFE，不带任何参 数。所述电脑10的音箱控制软件周期性，比如每隔l秒发送该命令字，并通 过判断是否接收到应答帧来确定所述音箱控制驱动系统20的通信是否正常。 握手命令的应答帧的帧头为0X80，应答命令为0X00,帧尾为OXFE,不包括任
何参数。如图4所示，当所述电脑10开机启动后，音箱控制软件将自动启动运行， 其首先读取所述电脑10保存的配置参数，并确定所述音箱控制驱动系统20 的开关机状态。如果为开机状态，则向所述音箱控制驱动系统20发送开机命 令，然后进入对所述音箱控制驱动系统20的控制界面。如果关机状态，则直 接进入对所述音箱控制驱动系统20的控制界面。如图5所示，当所述电脑10关机时候，音箱控制软件判断所述音箱控制 驱动系统20的当前状态。如果处于开机状态，则所述电脑10向所述音箱控 制驱动系统20发送关机命令，保存当前的配置参数，退出控制软件。如果处 于关机状态，则直接保存当前的配置参数，退出控制软件。如图6所示，用户在所述电脑10的音箱控制软件的控制界面上对所述音 箱控制驱动系统20进行操作。所述电脑IO根据用户的命令，向所述音箱控 制驱动系统20发出相应的命令，并记录下所述音箱控制驱动系统20的配置 参数。如图7所示，所述音箱控制驱动系统20根据用户指令进行相应的工作流程。所述音箱控制驱动系统20判断所述电脑10发送来的命令，并当所述音箱控制驱动驱动系统20接收的所述控制命令字表示为握手命令 的时候，则回送握手应答帧；当所述音箱控制驱动系统20接收的所述控制命令字表示为开机命令或者 关机命令的时候，则直接进行相应功能操作，然后向所述电脑10发出相应的应答帧;所述有源音箱控制驱动系统20接收的所述控制命令表示为调节命令的时 候，则根据附带参数列各个参数的值，调整更新有源音箱控制驱动系统20相 应的配置数据，并根据所述配置数据配置控制有源音箱，然后向所述电脑IO 发出相应的应答帧。如图8所示，为一个音箱控制软件的控制界面。用户可选择的具体功能 体现在该界面的控件上，包括开关按钮、静音按钮、主音箱音量控制滑块，
高音控制滑块，低音控制滑块，平衡控制滑块以及厂商图标等内容。用户通
过鼠标操作这些按钮和滑块，实现对所述音箱控制驱动系统20的控制操作。
如图9所示，所述单片机2011选用ATMEL公司的AT89C2051，与所述电脑IO 的通信线路40采用UART线路。由三极管N1， Pl，电阻R2，R4，R5，R7，R9构成接口 电路，实现了RS232电平到TTL电平的转换，J1连接所述电脑10的UART口 ，从 而构成通信线路。Ll为所述指示灯2013，由所述单片机2011直接驱动，用来 指示音箱的工作状态；所述单片机2011的P1. 7和P1. 6用来控制所述前置控制 203，实现音量等控制。P1.5用来控制所述后级放大204,以实现待机功能。 AT89C2051通过软件控制，大部分时间处于休眠状态，工作电流为5毫安左右， 功耗非常低。
如图10所示，所述前级控制203釆用TDA7313音量控制芯片构成，该芯片 具备音量，高音，低音控制功能，通过27， 28引脚与所述单片机选2011的 P1.7，P1.6连接，由所述单片机2011直接控制音量，高音，低音等。Jl直接与 所述电脑10的立体声音频输出连接，通过电容E5和E8耦合到TDA7313的15和11 输入引脚；通过TDA7313处理后的音频信号分4路输出，分别由引脚22, 23， 24和25输出经电容C1， C2, C3, C4耦合后送给所述后级放大204。 TDA7313的工作 电流为10毫安左右，功耗非常底。
如图11所示，所述后级放大204釆用TDA7375音频功率集成放大芯片构成， 该芯片具备4路独立模拟音频功率放大功能；输入引脚4和5通过耦合电容 C2,C3分别与前级控制的L，R输出连接，所述前级控制203送来的L+R—l和L+R-2 信号经过电容C4，C5耦合后，通过电阻R6，R7叠加后送到TDA7375的输入引脚11 和12。输出引脚1和2分别经过电容E1,E2耦合后驱动S3和S4音箱，左环绕音箱 和右环绕音箱；输出引脚14和15直接驱动音箱S2，即主音箱。TDA7375在工作 状态功耗较大，可以输出总共40瓦以上的功率，是本音箱实施例的主要功率 消耗部分。电阻R1和电容C1构成TDA7375的待机控制电路，与所述单片机2011 直接相连，受所述单片机2011直接控制，当音箱处于开机工作状态时，所述 单片机2011输出低电平，控制TDA7375工作，当音箱处于关机状态时，所述单 片机2011控制TDA7375处于关闭待机状态；TDA7375在待机状态工作电流为微 安级别，功耗非常低。
如图12所示，为所述电模块202的电路图。从J1输入10V低压交流电，通 过整流桥B1和储能电容E4整流稳压后，输出14V直流电压，用来作为所述后级 放大204的工作电压。电阻R2和稳压管Z1，储能电容E5将14V输入电压分压出9V 电压，作为所述前级控制203的工作电压；14V直流电压通过三端稳压管P1后 输出5V电压，作为所述单片机2011的工作电压。
权利要求
1、一种通过电脑控制和驱动与其连接的音箱的方法，其特征在于基于音箱控制驱动系统(20)，该音箱控制驱动系统(20)通过通信线路(40)与电脑(10)双向连接，所述电脑(10)安装有音箱控制软件；对音箱的控制过程包括如下步骤i.进入所述电脑(10)音箱控制软件的控制界面；ii.通过所述音箱控制软件的控制界面输入针对所述被控制音箱的操作指令；iii.该操作指令经所述通信线路(40)到达音箱控制驱动系统(20)；iv.音箱控制驱动系统(20)根据接收到的操作指令输出相对应的功率电流驱动音箱发音。
2、 根据权利要求l所述的音箱控制驱动方法，其特征在于，所述音箱控 制驱动系统(20)根据操作指令所包含的控制命令字对音箱执行相应的命令 后，记录音箱控制驱动系统(20)的配置参数并通过所述通信线路(40)向 所述电脑(10)返回相应的应答帧。
3、 根据权利要求2所述的音箱控制驱动方法，其特征在于，所述控制命 令字表示的用户选择的命令，包括，开机命令、关机命令、调节命令和握手 命令；所述控制命令字和相应的应答帧包括依次排列的帧头、控制命令、参数列和帧尾；所述帧头为专用特殊字符，用于表明控制帧的开始；所述帧尾另 为专用特殊字符，用于表明控制帧的结東；所述控制命令用于表示用户所选 择的命令；所述参数列包括对应不同命令所需要调节的数量值的参数。
4、 根据权利要求3所述的音箱控制驱动方法，其特征在于，当所述iii步骤中所述音箱控制驱动驱动系统(20)接收的所述控制命令字表示为握手命令的时候，则回送握手应答帧；当所述iii步骤中所述音箱控制驱动系统(20)接收的所述控制命令字表示为开机命令或者关机命令的时候，则直接进行相应功能操作，然后向所述电脑(10)发出相应的应答帧；当所述Hi步骤中所述音箱控制驱动系统(20)接收的所述控制命令字 表示为调节命令的时候，则根据用户命令和参数列的值，调整更新音箱控制 驱动系统(20)相应的配置数据，并根据所述配置数据驱动音箱，然后向所 述电脑(10)发出相应的应答帧。
5、 根据权利要求4所述的音箱控制驱动方法，其特征在于该方法还包括当所述电脑(10)开机的时候，根据所述电脑(10)已保存的配置数据， 检查所述音箱控制驱动系统(20)是否为开机状态，如果为关闭状态，则发 出开机命令到所述音箱控制驱动系统(20)，并进入控制界面；如果为开机， 则直接进入控制界面；当所述电脑(10)关机的时候，检查所述音箱控制驱动系统(20)是否 为开机状态，如果为开机状态，则发出关机命令到所述音箱控制驱动系统 (20)，并保存配置数据，然后退出控制界面；如果为关闭状态，则直接保存 配置数据，然后退出控制界面。
6、 一种音箱控制驱动系统(20)，用于通过存储有音箱控制软件的电脑 (10)控制并驱动与其连接的音箱，其特征在于包括连接电脑(10)用于接收音频信号的音频线路(50);连接电脑(10)用于接收控制信号的通信线路(40);通过音频线路(50)与所述电脑(10)连接的前级控制(203 ),用于接 收来自所述电脑(10)的音频信号并对该音频信号进行控制；与所述前级控制(203 )的信号输出端连接的后级放大(204 )，用于接收 所述前级控制(203 )输出的音频信号，对该音频信号进行功率放大，连接并 驱动音箱；包含有用于处理相应控制信号的单片机(2011)的控制单元(201)，该 控制单元(201)通过通信线路(40)与所述电脑(10)连接并与安装在所述 电脑(10 )的音箱控制软件建立通信联系，用于指挥控制所述前级控制(203 ) 和后级放大(204 )协调工作； 以及电源模块(202 )。
7、 根据权利要求6所述的音箱控制驱动系统(20)，其特征在于，所述 通信线路(40)为UART线路或者USB线路。
8、 根据权利要求6或7所述的音箱控制驱动系统(20)，其特征在于， 所述控制单元(201)还包括，接口电路(2012)和用于显示工作状态的指示 灯(2013);所述单片机(2011)分别与所述前级控制(203 )、后级放大(204 )和电 源模块(202 )连接，所述单片机(2011)通过接口电路(2012 )与所述电脑 (10)双向连接。
9、 根据权利要求6或7所述的音箱控制驱动系统(20)，其特征在于， 所述前级控制(203 )包括音频输入(2031 )和用于对输入的音频信号进行控 制的音量音调平衡控制(2032 );所述音频输入(2031 )的输入端经所述音频线路(50 )连接所述电脑(10 )， 所述音量音调平衡控制(2032 )的信号输入端和输出端分别连接所述音频输 入(2031 )和后级放大(204 )。
10、 根据权利要求6或7所述的音箱控制驱动系统(20)，其特征在于， 所述后级放大(204 )包括用于接收所述前级控制(203 )输入的音频信号并进行放大，以连接并驱 动音箱的功率放大(2041 );用于控制所述后级放大(204 )工作的待机控制电路(2042 )，该待机控 制电路(2042 )与所述控制单元(201)的单片机(2011)连接。
全文摘要
本发明提供一种音箱控制驱动方法及其系统，用于通过电脑控制音箱工作，包括音频线路；通信线路；通过音频线路与所述电脑连接的前级控制；与所述前级控制的信号输出端连接的后级放大；包含有用于处理相应控制信号的单片机的控制单元，该控制单元通过通信线路与所述电脑连接并与安装在所述电脑的音箱控制软件建立通信联系，用于指挥控制所述前级控制和后级放大协调工作；以及电源模块。本发明的有益效果是方便用户对音箱的操作，提高了音箱的使用寿命，同时控制音箱完成自动开机和自动关机，彻底解决了电脑开关时导致音箱产生强烈噪声的问题。
文档编号G06F3/16GK101158890SQ20071007630
公开日2008年4月9日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者张小惠 申请人:张小惠