一种车载扬声器工作状态检测电路和方法与流程

本发明涉及扬声器故障检测技术领域，特别涉及一种车载扬声器工作状态检测电路和方法。

背景技术：

在车载音响播放类产品中经常会使用到otl音频功率放大器，otl音频功放以及所配备的扬声器连接方式与ocl、btl类功放有所不同；首先otl功放的信号输出端会有隔值电容；其次扬声器的正极连接功放的信号输出端，扬声器的负极端接地。实际运用中otl音频功率放大器输出端经常会配备二个或者多个车载扬声器的组合。扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件。根据其阻抗特性，在车载音响设备的运用中，扬声器或组合后的扬声器的阻抗一般是4欧或8欧。汽车生产过程中，扬声器及相关的线束都会事先预埋安装在汽车某个位置，对于复杂的布线，判断其是否开路或短路，不像ocl、btl类功放所接的扬声器那样(扬声器是桥式接法，一端不接地)，可以采用固定频率的波形去扫描探测扬声器，并通过编解码或电平跳变来判断和计算出扬声器现有的阻抗；而对于扬声器一端是接地，一般只能人为的使用万用表进行一路一路检测，otl音频功率放大器输出端存在多个扬声器时，通过人工检测排除喇叭开路、短路造成费时费力。针对这个问题，需要有一种扬声器开路、短路检测电路及方法来检测安装在汽车上的扬声器是否有异常。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种车载扬声器工作状态检测电路和方法，根据车载扬声器阻抗特性；采用mcu处理器电子i/o检测技术以及a/d采集的方式，来判断车载扬声器是否处于开路状态或短路状态；本发明的电路和测试方法可以应用到车载otl音频放大器的设备以及车内扬声器一端接地的下线检测中，用来排查车上喇叭故障；具有低成本、应用方便，车载音响播放器自动进行检测，快速判断扬声器故障等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种车载扬声器工作状态检测电路，包括扬声器，所述扬声器正极端用于连接与otl音频功率放大器u3的信号输出端out相连的laba+端，其负极端laba-接地，还包括：一单刀三掷模拟开关u1、一三极管q1、一mcu处理器u2及第三滤波电容c3；所述mcu处理器u2通过与所述单刀三掷模拟开关u1第二控制端s2相连的第一输出端gpio1、及与所述单刀三掷模拟开关u1第一控制端s1相连的第二输出端gpio2控制所述单刀三掷模拟开关u1静触点端的切换；所述单刀三掷模拟开关u1的动触点端a与所述laba+端相连，其第一静触点端b0通过所述第三滤波电容c3接地，其第二静触点端b1与所述三极管q1的基极相连用于由扬声器的工作状态控制所述三极管q1导通或截止；所述mcu处理器u2根据与所述三极管q1集电极相连的第二输入端gpio0的电平值、及与所述单刀三掷模拟开关u1第三静触点b2相连的第一输入端a/d的电压值判断所述扬声器的工作状态。

优选的，所述检测电路还包括：第一限流电阻r1、第二限流电阻r2、第三限流电阻r3、第一滤波电容c1和第二滤波电容c2；所述第一限流电阻r1和第三限流电阻r3串联于所述单刀三掷模拟开关u1的第二静触点端b1和三极管q1基极之间；所述第一限流电阻r1与第三限流电阻r3的串接点通过第二限流电阻r2连接至第一上拉电压vcc(i/o)；所述第一限流电阻r1与第三限流电阻r3的串接点通过第一滤波电容c1接地；所述第三限流电阻r3与所述三极管q1基极的串接点通过所述第二滤波电容c2接地；所述三极管q1的发射极接地。

优选的，所述检测电路还包括：第四上拉电阻r4；所述第四上拉电阻r4连接于第一上拉电压vcc(i/o)和mcu处理器u2第二输入端gpio0之间。

优选的，所述检测电路还包括：第六上拉电阻r6；所述第六上拉电阻r6连接于第二上拉电压vcc(ad)和mcu处理器u2第一输入端a/d之间。

优选的，所述检测电路还包括：第五滤波电阻r5；所述第五滤波电阻r5连接于laba+端与所述单刀三掷模拟开关u1的动触点端a之间。

优选的，所述单刀三掷模拟开关u1为低导通电阻的单刀三掷模拟开关。

优选的，所述otl音频功率放大器的信号输出端out与所述laba+端之间连接有第四隔直电容c4。

一种车载扬声器工作状态检测方法，基于所述的车载扬声器工作状态检测电路，包括如下步骤：

电路上电，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第一静触点端b0；

开始检测，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第二静触点端b1；mcu处理器u2判断第二输入端gpio0的电平值为高电平还是低电平，如果为低电平，表明扬声器的正极端没有接入laba+端，判断扬声器处于开路状态，退出检测；

如果第二输入端gpio0的电平值为高电平，表明扬声器的正极端有接入laba+端或扬声器短路，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第三静触点端b2；mcu处理器u2读取第一输入端a/d的电压值，查询到与电压值对应的预存储键值，通过预存储键值判断扬声器处于短路还是正常连接状态。

优选的，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1为高电平、第二输出端gpio2为低电平时把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第一静触点端b0；mcu处理器u2控制第一输出端gpio1为低电平、第二输出端gpio2为高电平时把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第二静触点端b1；mcu处理器u2控制第一输出端gpio1为高电平、第二输出端gpio2为高电平时把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第三静触点端b2。

优选的，第一输入端a/d的电压值对应的预存储键值为1时，判断扬声器处于短路状态；第一输入端a/d的电压值对应的预存储键值为2时，判断扬声器处于正常连接状态。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本发明利用扬声器阻抗特性，通过阻抗变化来自动检测otl功放的扬声器开路、短路或正常工作状态；

2、本发明通过mcu处理器的i/o口高低电平检测控制以及ad采集技术，电路简单，成本低廉；

3、本发明的电路在默认状态时，扬声器与检测电路断开，被连接到第五电阻r5、ron(单刀三掷模拟开关u1的导通电阻)、第三滤波电容c3中，r5、ron和c3组成扬声器滤波电路，可以消除高频自激，还可以改善音质，不会影响到功放正常工作；在检测过程中，无需mcu处理器产生固定频率去扫描探测扬声器，不会对扬声器产生不必要的噪声；

4、本发明方法实现自动检测，无需人工参与即可快速定位车载扬声器的故障位置。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种车载扬声器工作状态检测电路和方法不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明实施例的电路图；

图2为本发明实施例的检测流程图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明实施例提供一种车载扬声器工作状态检测电路，包括扬声器，所述扬声器正极端用于连接与otl音频功率放大器u3的信号输出端out相连的laba+端，其负极端laba-接地，还包括：一单刀三掷模拟开关u1、一npn三极管q1、一mcu处理器u2及第三滤波电容c3；所述mcu处理器u2通过与所述单刀三掷模拟开关u1第二控制端s2相连的第一输出端gpio1、及与所述单刀三掷模拟开关u1第一控制端s1相连的第二输出端gpio2控制所述单刀三掷模拟开关u1静触点端的切换；所述单刀三掷模拟开关u1的动触点端a与所述laba+端相连，其第一静触点端b0通过所述第三滤波电容c3接地，其第二静触点端b1与所述三极管q1的基极相连用于由扬声器的工作状态控制所述三极管q1导通或截止；所述mcu处理器u2根据与所述三极管q1集电极相连的第二输入端gpio0的电平值、及与所述单刀三掷模拟开关u1第三静触点b2相连的第一输入端a/d的电压值判断所述扬声器的工作状态。

所述检测电路还包括：第一限流电阻r1、第二限流电阻r2、第三限流电阻r3、第一滤波电容c1和第二滤波电容c2；所述第一限流电阻r1和第三限流电阻r3串联于所述单刀三掷模拟开关u1的第二静触点端b1和三极管q1基极之间；所述第一限流电阻r1与第三限流电阻r3的串接点通过第二限流电阻r2连接至第一上拉电压vcc(i/o)；所述第一限流电阻r1与第三限流电阻r3的串接点通过第一滤波电容c1接地；所述第三限流电阻r3与所述三极管q1基极的串接点通过所述第二滤波电容c2接地；所述三极管q1的发射极接地。通过调整所述第一限流电阻r1、第二限流电阻r2和第三限流电阻r3，使得三极管q1处于开关状态。所述第一限流电阻r1、第一滤波电容c1、第三限流电阻r3和第一滤波电容c1组成的滤波电路，能够滤除音频的交流成分，保证只有直流电平经过三极管q1。

所述检测电路还包括：第四上拉电阻r4；所述第四上拉电阻r4连接于第一上拉电压vcc(i/o)和mcu处理器u2第二输入端gpio0之间。

所述检测电路还包括：第六上拉电阻r6；所述第六上拉电阻r6连接于第二上拉电压vcc(ad)和mcu处理器u2第一输入端a/d之间。所述第六上拉电阻r6为小阻值大功率电阻。所述电压vcc(ad)要求为低电压。

所述检测电路还包括：第五滤波电阻r5；所述第五滤波电阻r5连接于laba+端与所述单刀三掷模拟开关u1的动触点端a之间。

所述单刀三掷模拟开关u1为低导通电阻的单刀三掷模拟开关，令其导通电阻为ron。所述第五滤波电阻r5为大功率小电阻，第三滤波电容c3为小电容，所述第五滤波电阻r5、所述单刀三掷模拟开关u1的导通电阻ron和第三滤波电容c3组成扬声器滤波器，消除高频自激，改善音质。

进一步的，所述otl音频功率放大器的信号输出端out与所述laba+端之间连接有第四隔直电容c4。

本发明实施例所述的一种车载扬声器工作状态检测电路的检测原理为：根据车载扬声器阻抗特性，当otl功放输出有接扬声器时，laba+和laba-(默认接地)两端的直流阻抗约为4欧姆或8欧姆；当扬声器短路时，laba+和laba-两端的直流阻抗为0；当otl功放输出没有接扬声器时，相当于开路，悬空状态；基于laba+和laba-两端的直流阻抗变化，根据mcu处理器的i/o口(第二输入端gpio0)电平的跳变及a/d口(第一输入端a/d)采集到的不同电压值，来判断车载扬声器是否处于开路状态或短路状态。

一种车载扬声器工作状态检测方法，基于所述的车载扬声器工作状态检测电路，包括如下步骤：

电路上电，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第一静触点端b0；

开始检测，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第二静触点端b1；mcu处理器u2判断第二输入端gpio0的电平值为高电平还是低电平，如果为低电平，表明扬声器的正极端没有接入laba+端，判断扬声器处于开路状态，退出检测；

如果第二输入端gpio0的电平值为高电平，表明扬声器的正极端有接入laba+端或扬声器短路，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第三静触点端b2；mcu处理器u2读取第一输入端a/d的电压值，查询到与电压值对应的预存储键值，通过预存储键值判断扬声器处于短路还是正常连接状态。

进一步的，mcu处理器u2控制第一输出端gpio1为高电平、第二输出端gpio2为低电平时把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第一静触点端b0；mcu处理器u2控制第一输出端gpio1为低电平、第二输出端gpio2为高电平时把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第二静触点端b1；mcu处理器u2控制第一输出端gpio1为高电平、第二输出端gpio2为高电平时把单刀三掷模拟开关u1的动触点端a切换到第三静触点端b2。

进一步的，第一输入端a/d的电压值对应的预存储键值为1时，判断扬声器处于短路状态；第一输入端a/d的电压值对应的预存储键值为2时，判断扬声器处于正常连接状态。

本发明实施例所述的一种车载扬声器工作状态检测方法的工作过程如下：

在不进行开路、短路检测时，即默认状态。mcu处理器u2通过控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2的高低状态，把单刀三掷模拟开关u1的开关a和b0打开，使得laba+、r5和c3连通，r5、ron和c3组成扬声器滤波电路，可以消除高频自激，还可以改善音质，不会影响到功放正常工作。

mcu开始要对扬声器进行检测时。mcu处理器u2通过控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2的高低状态，把单刀三掷模拟开关u1的开关a和b1打开，使得laba+和r5连接到r1、c1、r3、c2、q1等电路中，r1、c1、r3和c2组成滤波电路，滤除喇叭过来的所有音频的交流成分；如果laba+没有接扬声器，处于开路状态，则三极管q1导通，mcu处理器u2的第二输入端gpio0检测到低电平，表示扬声器开路；如果laba+有接扬声器或短路时，三极管q1不导通，mcu处理器u2的gpio0检测到高电平，表示扬声器处于正常连接或短路。

当mcu处理器u2的gpio0检测到高电平，扬声器处于正常连接或短路时，mcu处理器u2通过控制第一输出端gpio1和第二输出端gpio2的高低状态，把单刀三掷模拟开关u1的开关a和b2打开，直接连通到mcu处理器u2的a/d采集口，其i/o口为高阻状态。当扬声器短路时，mcu处理器u2的a/d采集口检测到的vi电压值为[vcc(ad)/(r6+ron+r5)]*(ron+r5)；当扬声器正常连接时，vi电压值为[vcc(ad)/(r6+ron+r5+rl)]*(ron+r5+rl)；mcu处理器u2通过采集a/d端的电压值vi，并查询内存预存的键值来识别扬声器当前是处于短路还是正常连接的状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。