摘 要 本文提出了一种利用计算机声卡，配合继电器控制电路实现声光报警功能的方法，实现了对环境或对象的健康监测。并讨论了电路设计的具体方案，给出了PSpice模拟仿真结果。仿真结果表明：该报警电路简单可靠实用，完全可以实现声光报警功能。基于声卡的声光报警装置现已在桥梁健康监测系统中得到了应用。
关键词 声卡 继电器控制 声光报警 PSpice
0、引言
在健康监测系统中，报警模块是系统非常重要的模块之一。在传统的报警系统中，报警功能由专用仪器来实现。上位监控计算机和报警仪器并存于工作现场无疑造成了资源的浪费，本文正是基于此，设计了一种基于计算机声卡的报警装置。该装置简单可靠实用、成本低廉，完全能实现声光报警功能，是健康监测系统中一种性价比较高的装置。
1、设计目标
设计一个报警电路，该电路与计算机声卡相连，计算机声卡的输出信号为其输入信号。当计算机声卡有输出时，电路中的继电器线圈导通吸合，继电器的常开触点闭合，反之，其常开触点断开。将继电器的常开触点串入声光报警器的工作回路中，可以控制声光报警器的工作状态。电路的原理框图如图1所示。
2、声卡的输出信号
声卡的输出信号是极其微弱的信号，音箱的工作原理是将声卡的输出信号先经过功放进行放大，然后驱动扬声器来发声的。同理，要设计一个报警装置，首先要做的就是对信号进行放大。
声卡的输出信号与电脑播放的音频文件关系密切。当播放音乐和电影等文件时，声卡的输出为脉动成分很高的电平信号，用示波器观察的波形跳变激烈，其幅值电平大概在50mV～2V左右。为了保证电路中的固体继电器的正常工作，本电路中采用标准的正弦信号。考虑到音频文件的频率特性和放大电路的带宽等因素，利用Test Tone Generator软件产生一个频率为1K Hz，振幅为0.5V的正弦信号。如图2所示。
3、设计方案及Orcad PSpice模拟仿真[1]结果
对声卡输出信号的放大，有两种方案。第一种方案是用二极管、三极管、电阻、电容等元器件直接搭建；第二种方案利用集成运放搭建。
3.1 基于三极管等元器件的放大电路及仿真结果
基于三极管等元器件的放大电路[2] [3]如图3所示，其Pspice仿真结果如图4所示。
电路的工作原理为：输入信号通过三极管放大电路放大后，再经过整流和滤波，得到一个比较稳定的电平信号（见仿真图上的红色曲线）。理想情况下，该电平信号使三极管Q2饱和导通，继电器J（额定电压为12V）开始工作。事实上，由于受到电压等因素的限制，经整流和滤波后得到的电平信号上升时间过长，压降偏小（<4V），难以得到理想的效果。如果增加放大电路的级数，虽然可以提高压降，但是级数增加了，各级电路的工作点难以确定，这样就很难保证各个三极管正常工作。
于是，想到采用运放，这样很好地简化了电路。
3.2 基于运放的放大电路及仿真结果
基于运放的放大电路[4]如图5所示，其Pspice仿真结果如图6所示。
电路的工作原理同上，从它的仿真曲线来看，该电路能提供一个理想的偏置电压（接近10V），该电压能确保三极管和继电器正常工作。
所以在实际制作时采用了第二种方案。
4、结论
实践证明，采用运放搭建放大电路是成功的，在此基础上制作的声光报警装置工作正常，效果理想，能满足实际需求，并在桥梁健康监测系统中得到了应用。
参考文献
[1] 贾新章等. OrCAD/PSpice 9实用教程.西安电子科技大学出版社.2001
[2] 杨素行等.模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社.1998.
[3] 阎石等.数字电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2006
[4] Donald A.Neamen,电子电路分析与设计.电子工业出版社.2003
Abstract The article presents a circuit of sound-light alarm based on the sound card of computer and relay controlling circuit. What's more, the detailed plan is brought forward and the simulated result based on PSpice is put forward in this paper. The result demonstrates that the alarm circuit is simple, reliable and practical. The sound-light alarm based on the sound card of computer has being used in the monitor system of bridge's health.
Keywords Sound card relay control sound-light alarm PSpice
作者简介：
董海兵（1980-），男，湖北蕲春人，重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室硕士研究生毕业，现任湖南工学院教师。主要从事自动控制、光电技术等方面的研究工作。
