一种电子发令电路的制作方法

本公开一般涉及电子技术领域，具体涉及一种电子发令电路。

背景技术：

传统的火药发令枪是体育竞赛中发出起跑信号的器械，它通过击发专用的子弹发出起跑信号，起跑信号包括两个方面：火药爆炸时的声音信号和火药爆炸瞬间的烟雾(闪光)信号。声音信号作为运动员的起跑信号，闪光信号作为记时开始信号，声音信号和闪光信号同步产生，火药发令枪发出的爆炸性声音信号强度很大，但持续时间极短(实测不超过400ms)。

而在现有的技术与本发明都有实质性的区别，分别比较如下：

1、专利：一种电子发令枪cn201721907069.8是在枪型壳体内设置发声及闪光电路，枪型壳体内空间太小，容不下大容量蓄电池和大功率电路，决定了这种设计发出的声、光信号强度太低，根本无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

2、专利：一种新型电子声光发令枪cn201720275096.1是在枪型壳体内设置发声电路，枪型壳体内空间太小，产生的发令信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

3、专利：一种用于电子发令枪的电源装置及一种无线电子起跑系统cn201720215138.2该专利的电子发令枪部分发出的声、光信号强度太小，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

4、专利：发令装置及系统cn201621446756.x该专利的发令装置发出的声、光信号强度太小，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

5、专利：一种电子发令装置cn201621381143.2该专利是利用压力气罐释放强气流使喇叭状出气口发出声信号，属于机械方式发令，而本发明是通过电路发令，工作方式和原理完全不同。

6、专利：一种新型发令枪cn201621270018.4该专利是在枪型壳体内设置发声电路，枪型壳体内空间太小，产生的发令信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

7、专利：一种比赛用的发令枪cn201620344021.x该专利是在枪型壳体内设置压缩空气，利用压缩空气强气流通过铜管发声，属于机械方式发令，与本发明的工作方式和原理完全不同。

8、专利：发令枪cn201530298075.8该专利是在枪型壳体内设置发声电路，枪型壳体内空间太小，产生的发令信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

9、专利：起跑发令装置cn201420653400.8，该专利的发令是利用两个相互铰接的发令板对碰时发出声信号，属于机械方式发令，而本发明是通过电路发令，工作方式和原理完全不同。

10、专利：田径比赛用的发令枪cn201420329785.2该专利是在枪型壳体内设置发声电路，枪型壳体内空间太小，产生的发令信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

11、专利：开关控制声光式发令棒cn201420154039.4该专利是在棒状壳体内设置发声电路，枪型壳体内空间太小，产生的发令信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

12、专利：一种电子声光发令枪cn201320782976.x该专利是在枪型壳体内设置发声电路，枪型壳体内空间太小，产生的发令信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

13、专利：一种用于跑步计时的有线发令计时装置cn201310093404.5该专利需要在现场搭建固定支架，结构包括底座、立柱、钢丝拉绳等，机械结构过于复杂，安装使用不方便。

14、专利：一种发令装置cn201210584707.2该专利需要在现场搭建固定支架，结构包括底座、立柱、钢丝拉绳等，机械结构过于复杂，安装使用不方便。电路上使用话筒和放大电路接扬声器发声，完全达不到发令枪的声、光发令效果。

15、专利：电子发令装置【公开】cn201110396834.5发令效果不显著，发令信号强度太低。

16、专利：电子发令装置cn201120497628.9发令效果不显著，发令信号强度太低。

17、专利：用于体育竞赛的延时发令枪装置cn200610125863.7发令效果不显著，发令信号强度太低。

18、专利：延时发令枪装置cn200520044681.8发令效果不显著，发令信号强度太低。

19、专利：电发令枪cn00226315.7发令效果不显著，发令信号强度太低。

20、专利：体育计时赛用电子声光发令装置cn95232166.1该专利产生的发令声、光信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

21、专利：电子发令枪cn89208064.7该专利是在枪型壳体内设置模拟枪声、闪光电路，枪型壳体内空间太小，产生的发令信号强度太低，无法与本发明所述电子发令电路产生的声、光信号强度相比较。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种电子发令电路。

根据本申请提供的技术方案：一种电子发令电路，包括12v蓄电池、5v稳压电路、升压电路、语音电路、音频功放电路、微处理器模块、led闪光灯、扬声器和发令按键，所述12v蓄电池分别与所述5v稳压电路、升压电路和led闪光灯连接，所述微处理器模块的接脚上分别连接着所述语音电路、音频功放电路、发令按键和led闪光灯，所述音频功放电路上连接着所述语音电路、扬声器、升压电路，所述稳压电路和语音电路之间并联着微处理器模块，所述5v稳压电路与语音电路连接。

本发明中，进一下的，所述12v蓄电池正极连接到所述5v稳压电路的vbat端子，12v电压经三端稳压器lm7805产生5v电压为语音电路模块和微处理器模块供电，c35和c36、c37和c38为稳压电路的输入、输出滤波电容。

本发明中，进一下的，所述升压电路以sg3525为核心的pwm控制电路，sg3525是一个性能优良、功能齐全、通用性强的单片集成pwm控制器，①脚是误差放大器的反相输入端，通过电阻r12接到最终的输出电压端vdd，电位器rv1用于调节反馈电压，最终将输出电压vdd控制在40v，同时，⑨脚外部通过r14和c26的并联电路连接到①脚，构成比例积分型分压调节电路，②脚是误差放大器的同相输入端，通过电阻r13连接到由16脚内部电路提供的基准电压上，⑤脚和⑥脚是pwm振荡器的定时电容和定时电阻连接端，分别连接定时电容c27和定时电阻r16，⑦脚为定时电容的放电端，通过电阻r15连接到⑤脚，构成c27的放电回路，⑧脚是软启动端，外接c42到地，12脚是接地端，15脚是芯片的工作电源端，连接到12v蓄电池的正极vbat端，外部连接c29和c30用来做电源滤波，13脚是pwm脉冲输出管的集电极，通过r17连接到电源端15脚，c33和c34构成13脚的滤波电容，sg3525的11脚和14脚是pwm的推挽输出端，分别连接到outa和outb端，outa端经电阻r24连接到三极管t5和t6的基极，outb端经电阻r25连接到三极管t7和t8的基极，t5和t6构成的推挽电路经电阻r19用来驱动逆变开关管t4，t7和t8构成的推挽电路经电阻r20用来驱动逆变开关管t3，t3和t4选择的是大功率mosfet，构成推挽式逆变输出电路，tr1为逆变输出变压器，其初级绕组中心抽头经保险管fu1连接到12v蓄电池正极vbat端，br1为逆变输出端的快速整流桥，电容c31、c32、c43构成+40v电源滤波，电容c39、c40、c44构成-40v电源滤波。

本发明中，进一下的，所述语音电路以isd1820为核心，⑩脚的r27＝100k，是外部振荡电阻，决定录音取样频率为6.4khz，13脚的recled端子外接发光二极管d1和限流电阻r28构成录音指示灯电路，按下①脚rec按键后开始录音，录音信号源来自④脚和⑤脚外接话筒mic，r29、r30、r31、c50为话筒供电电路，为话筒提供合适的工作电压，⑥脚外接c47构成录音电路的agc滤波电容，片内自动增益控制电路(agc)控制前置放大器的增益，扩展录音信号的动态范围，提升录音质量，c46是5v电源滤波电容，②脚是playe端子，具有边沿触发放音功能，此端子出现上升沿时，芯片开始将全段语音播放完毕后芯片自动进入节电状态，播放的发令枪音效信号从⑦脚和⑨脚两个端子输出；

本发明中，进一下的，所述音频功放电路中的tda8954j芯片的18脚vssa为模拟电源电压负极，与升压电路输出端子vss连接，提供-40v的电源电压，c20为电源滤波电容，20脚vdda为模拟电源电压正极，与升压电路输出端子vdd连接，提供+40v的电源电压，c21为电源滤波电容，19脚sgnd为输入信号地；tda8954j芯片的2脚in1p为一通道音频输入正极，3脚in1m为一通道音频输入负极，22脚in2p为二通道音频输入正极，21脚in2m为二通道音频输入负极，本发明采用的是双通道差分输入方式，将in1p和in2m连接到in+端子，作为音频信号源的正输入端，将in1m和in2p连接到in-端子，作为音频信号源的负输入端，电容c1、c2、c3、c4为音频信号输入耦合电容；

本发明中，进一下的，所述微处理器模块以at89c52为核心，40脚为+5v电源端，20脚为接地端，18脚和19脚外接晶振，晶振频率为11.0592mhz，c51和c52为晶振的并联电容，r34、c53和按键rst构成微处理器的复位电路，微处理器at89c52的12脚为发令按键检测端，微处理器的10脚、11脚、21脚、25脚均为输出端，初始状态为低电平，r35、c54和按键start构成发令按键电路，发令按键start按下瞬间，产生一个上升沿电信号作用在微处理器at89c52的12脚，微处理器以t89c52的12脚信号的上升沿为基准。

本发明中，进一下的，所述led闪光灯由12v蓄电池供电，mos管t9为控制led灯的电子开关，t10为电子开关t9的驱动缓冲级。当来自微处理器模块的swled端为高电平时，经r32使t10导通，t10的发射极为高电平，t10的发射极与t9的栅极连接，进而驱动mos管t9导通，12v的平板式超亮led阵列灯发光。瞬间发光后，swled端变为低电平，t9、t10截止，led阵列灯熄灭。

本发明中，进一下的，所述发令按键采用上升沿触发方式，当按下发令按键start后，微处理器立即检测到该端子出现上升沿信号，微处理器将适时输出多个控制信号，控制发令电路各单元互相配合，发出发令声音信号和同步闪光信号。

本发明中，进一下的，所述微处理器模块产生playe、mode、swled、time若干个控制信号。

本发明完全是通过电子电路，达到火药发令枪的声、光效果。

12v蓄电池和5v稳压电路为系统各单元电路供电。预先录入发令枪音效信号的语音电路是发令电路的声源。升压电路将蓄电池12v单电源变换为±40v双电源，为音频功放电路供电。音频功放电路是以tda8954j为核心的高效d类音频放大集成电路，采用btl电路模式，瞬间输出峰值功率极大(400w)。发令按键按下瞬间，电路进入发令工作状态，音频功放电路驱动扬声器发出发令声音，同时通过高亮度led灯发出与声音信号同步的强光信号。声音信号和光信号完全模拟火药发令枪的声音，符合使用者的习惯。

发令枪是单次工作，间歇使用。根据此特点，本发明电路只有功耗很小的微处理器处于长期工作状态，其它电路只在发令瞬间工作，并且，每次工作后微处理器控制各单元电路进入低功耗待机休眠状态，等待下次的发令操作，以减小电路的总功耗，延长蓄电池的工作时间。无需在使用现场接入交流电源，便于运动场上随意移动。本发明结构简单，设计合理，实现方便且成本低，效率高，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本申请的有益效果：

1、本发明所述的电子发令电路，用电子电路产生强度很高的发令声音和同步闪光信号。声、光信号强度能达到火药发令枪的效果，但完全不使用火药等爆炸物。能完全取代传统的火药发令枪。

2、根据实际工作需要，本发明所述电路每次发令时间为400ms，一次发令后电路处于低功耗休眠模式保持8s，之后才接受新的发令操作，以最大限度节省蓄电池的电量。在不增加蓄电池容量和重量的前提下延长了工作时间。本发明设计合理，成本低，效率高，实用性强，便于推广使用。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的电路组成框图；

图2为5v稳压电路的示意图；

图3为升压电路核心部分的示意图；

图4为升压电路逆变部分的示意图；

图5为语音电路的示意图；

图6为音频功率放大电路的示意图；

图7为led闪光灯控制电路的示意图

图8为微处理器模块的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

电子发令电路包括12v蓄电池、5v稳压电路、语音电路、升压电路、音频功放电路、微处理器模块、led闪光灯、扬声器和发令按键组成。

1、蓄电池

选用12v，17ah普通铅酸蓄电池。

2、稳压电路

如图2。12v蓄电池正极连接到vbat端子，12v电压经三端稳压器lm7805产生5v电压为语音电路模块和微处理器模块供电。c35和c36、c37和c38为稳压电路的输入、输出滤波电容。

3、sg3525升压电路

以sg3525集成电路为核心组成的升压电路将蓄电池12v单电源变换为±40v双电源，将电能存储在±40v的储能电容器中，为音频功放电路供电，保证音频功放电路瞬间输出功率达到400w。一次短暂的发令结束后(经实际测试，发令信号持续不超过400ms)，其他电路处于休眠状态(设定休眠时间8秒)，升电压电路利用此休眠时间段为40v双电源的储能电容器充电，为下一次产生声光发令信号做好电源储备。在8秒的休眠时间段内不能发令(实际工作中，发令枪发令一次后至少间隔数十秒才开始下一组的发令操作)。利用长时间充电储能(8秒以上)，短时间(400毫秒)大功率输出，对蓄电池的容量和功率的选择要求降低，有利于减小蓄电池的体积和重量。完整电路如图3和图4。

图3为升压电路控制核心部分，是以sg3525为核心的pwm控制电路，sg3525是一个性能优良、功能齐全、通用性强的单片集成pwm控制器。①脚是误差放大器的反相输入端，通过电阻r12接到最终的输出电压端vdd，电位器rv1用于调节反馈电压，最终将输出电压vdd控制在40v。同时，⑨脚外部通过r14和c26的并联电路连接到①脚，构成比例积分型分压调节电路。②脚是误差放大器的同相输入端，通过电阻r13连接到由16脚内部电路提供的基准电压上。⑤脚和⑥脚是pwm振荡器的定时电容和定时电阻连接端，分别连接定时电容c27和定时电阻r16。⑦脚为定时电容的放电端，通过电阻r15连接到⑤脚，构成c27的放电回路。⑧脚是软启动端，外接c42到地。12脚是接地端。15脚是芯片的工作电源端，连接到12v蓄电池的正极vbat端，外部连接c29和c30用来做电源滤波。13脚是pwm脉冲输出管的集电极，通过r17连接到电源端15脚，c33和c34构成13脚的滤波电容。

图3中sg3525的11脚和14脚是pwm的推挽输出端，分别连接到图4中的outa和outb端。

图4中的outa经电阻r24连接到三极管t5和t6的基极，outb端经电阻r25连接到三极管t7和t8的基极。t5和t6构成的推挽电路经电阻r19用来驱动逆变开关管t4，t7和t8构成的推挽电路经电阻r20用来驱动逆变开关管t3。t3和t4选择的是大功率mosfet，构成推挽式逆变输出电路，tr1为逆变输出变压器，其初级绕组中心抽头经保险管fu1连接到12v蓄电池正极vbat端。

br1为逆变输出端的快速整流桥，电容c31、c32、c43构成+40v电源滤波。电容c39、c40、c44构成-40v电源滤波。

4、语音电路模块

语音电路模块的作用是提供发令信号的声源，如图5。以语音录放电路isd1820为核心，⑩脚的r27＝100k，是外部振荡电阻，决定录音取样频率为6.4khz。13脚的recled端子外接发光二极管d1和限流电阻r28构成录音指示灯电路，按下①脚rec按键后开始录音，录音信号源来自④脚和⑤脚外接话筒mic。r29、r30、r31、c50为话筒供电电路，为话筒提供合适的工作电压。⑥脚外接c47构成录音电路的agc滤波电容，片内自动增益控制电路(agc)控制前置放大器的增益，扩展录音信号的动态范围，提升录音质量。c46是5v电源滤波电容。②脚是playe端子，具有边沿触发放音功能，此端子出现上升沿时，芯片开始将全段语音播放完毕(事先已经录入发令枪音效信号)后芯片自动进入节电状态。播放的发令枪音效信号从⑦脚和⑨脚两个端子输出，连接到图5所示的音频功率放大电路的输入端in+和in-。

控制语音播放的playe端子需要的上升沿触发信号由微处理器模块提供。

5、tda8954j音频功率放大电路

完整的电路如图6。tda8954j是高效率d类音频功率放大器。当工作电压为±40v、双通道差分输入、组成桥式btl放大器、选择扬声器阻抗rl＝4ω时，可实现400w的高功率输出。并且效率高，静态电流很小，具有过压保护、输出过流限制等保护功能。

tda8954j芯片的18脚vssa为模拟电源电压负极，与升压电路输出端子vss连接，提供-40v的电源电压，c20为电源滤波电容。20脚vdda为模拟电源电压正极，与升压电路输出端子vdd连接，提供+40v的电源电压，c21为电源滤波电容。19脚sgnd为输入信号地。

tda8954j芯片的2脚in1p为一通道音频输入正极。3脚in1m为一通道音频输入负极。22脚in2p为二通道音频输入正极。21脚in2m为二通道音频输入负极。本发明采用的是双通道差分输入方式，将in1p和in2m连接到in+端子，作为音频信号源的正输入端，将in1m和in2p连接到in-端子，作为音频信号源的负输入端。电容c1、c2、c3、c4为音频信号输入耦合电容。

tda8954j芯片的23脚mode是芯片的工作模式控制端，此端子可控制芯片工作在待机、静音或工作模式。mode信号来自于微处理器模块。

tda8954j芯片的1脚osc外接电阻r3后连接到5脚oscref端，由r3的电阻值决定pwm的工作频率。

tda8954j的两个通道各自独立工作，两个通道都采用场效应管作输出级。8脚vddp1为一通道功放输出级的正电源端，与升压电路输出端子vdd连接，提供+40v的电源电压，c5为电源滤波电容。11脚vssp1为一通道功放输出级的负电源端，与升压电路输出端子vss连接，提供-40v的电源电压，c6和c41为电源滤波。

tda8954j芯片的16脚vddp2为二通道功放输出级的正电源端，与升压电路输出端子vdd连接，提供+40v的电源电压，c15为电源滤波电容。13脚vssp2为二通道功放输出级的负电源端，与升压电路输出端子vss连接，提供-40v的电源电压，c16和c17为电源滤波。

tda8954j芯片4脚的diag1和6脚的diag2分别是一通道和二通道的诊断输出端，芯片内部为漏极开路结构，所以，其外部分别通过上拉电阻r1和r2连接到+5v电源端。12脚stab1连接电容c19是芯片内部逻辑电路的电源退耦电容。7脚的prot外接c18是芯片内部保护电路的电源退耦电容。9脚的boot1端连接电容c7是一通道功放输出级的自举电容，15脚的boot2端连接电容c8是二通道功放输出级的自举电容。自举电容的作用是扩大功放输出级的动态范围。

tda8954j芯片的10脚out1端是一通道放大后的pwm信号输出端，l1、r4、c9、c10构成低通滤波电路。14脚out2端是二通道放大后的pwm信号输出端，l2、r5、c11、c12构成低通滤波电路。另外，c13、r6、c14构成低通滤波电路再次对pwm的输出信号中的载波频率滤除。

此电路在扬声器阻抗4欧，工作电压±40v条件下，输出峰值功率为400w。

6、扬声器

由于本发明所述的发令电路的瞬间输出功率达到400w。选择峰值功率500w的12寸中低音扬声器，扬声器音圈阻抗4欧姆。

7、led闪光灯

其作用是在扬声器发出运动员起跑的声音信号时，同步产生强闪光信号作为记时开始信号。led发光的响应时间很短，适合用于此处的短时间、高亮度发光。

led超亮闪光灯控制电路如图7，选择12v供电、功率50w的平板式led阵列灯。由12v蓄电池供电，mos管t9为控制led灯的电子开关，t10为电子开关t9的驱动缓冲级。当来自微处理器模块的swled端为高电平时，经r32使t10导通，t10的发射极为高电平，t10的发射极与t9的栅极连接，进而驱动mos管t9导通，12v的平板式超亮led阵列灯发光。瞬间发光后，swled端变为低电平，t9、t10截止，led阵列灯熄灭。

8、发令按键

如图8，发令按键start是电子发令电路的重要控制按键，采用上升沿触发方式，当按下发令按键start后，微处理器立即检测到该端子出现上升沿信号，微处理器将适时输出多个控制信号，控制发令电路各单元互相配合，发出发令声音信号和同步闪光信号。

9、微处理器模块

如图8，以微处理器at89c52为核心，40脚为+5v电源端，20脚为接地端。18脚和19脚外接晶振，晶振频率为11.0592mhz，c51和c52为晶振的并联电容。r34、c53和按键rst构成微处理器的复位电路。

微处理器at89c52的12脚为发令按键检测端，微处理器的10脚、11脚、21脚、25脚均为输出端，初始状态为低电平。

r35、c54和按键start构成发令按键电路。发令按键start按下瞬间，产生一个上升沿电信号作用在微处理器at89c52的12脚。微处理器以t89c52的12脚信号的上升沿为基准，同时产生playe、mode、swled、time多个控制信号：

①playe信号：微处理器at89c52的10脚由低电平跳变为高电平，由此产生的上升沿作为playe放音触发信号(上升沿触发)，此信号连接到图4所示的语音电路playe端子，芯片开始播放发令枪音效信号，400ms的音效信号播放完毕后，10脚回复为低电平，并保持8s时间，在此休眠时间内，即使发令按键start再次按下也不进行任何操作。

②mode信号：微处理器at89c52的25脚产生mode信号连接到tda8954j芯片的23脚，此信号由初始状态的低电平变为高电平后，音频功放tda8954j进入工作状态，将发令的音效信号放大作为发令的声音信号。由于发令的声音信号持续时间为400ms,所以，mode端子高电平信号保持400ms，正好完成一次发令的声音信号输出。之后回复为低电平，使tda8954j芯片处于休眠静音状态，并保持8s时间，在此休眠时间内，即使发令按键start再次按下也不进行任何操作。

③swled信号：微处理器at89c52的21脚产生一个正脉冲信号swled，作为闪光灯控制信号，该端子的高电平可控制图6的闪光灯发光，此发光作为电子发令的闪光信号，与发令声音信号同步产生。swled正脉冲延续400ms后结束，与发令声音信号同步结束。之后swled端保持低电平8s时间，在此休眠时间内，即使发令按键start再次按下也不进行任何操作。

④time信号：微处理器at89c52的11脚产生一个正脉冲，其上升沿作为电子计时的触发信号(功能扩展备用)。

以上发令操作一次后均有8s的休眠期，休眠期结束后等待发令按键start再次按下，方可执行下一次发令操作。

综上所述，本发明所述的电子发令电路能严格同步产生发令的声、光信号，其强度和效果能够替代传统的发令枪。一次发令的声、光信号持续时间为400ms,之后电路进入休眠状态8s，在休眠期间按下发令键，系统不工作。休眠结束后按下发令键，系统才会产生新的发令信号。从而最大限度地减少蓄电池的电量消耗。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。