单片机发音新型人工喉有望助失语者正常“交谈”|技术文档|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

新型人工喉有望助失语者正常“交谈”

光明日报北京8月4日电记者邓晖 从清华大学获悉，该校微电子所任天令教授团队近日在纳米领域重要期刊《美国化学学会纳米》上发表了题为《一种可穿戴的类肤性高灵敏石墨烯人工喉》的研究论文。该器件集收声和发声于一体，可直接贴附于失语者喉部，并将喉部的不同动作转化为对应声音，有望帮助失语者与他人正常“交谈”。在未来，该器件将与声纹识别、机器学习等技术结合，在语音识别、家庭医疗等领域具有广阔前景。

据了解，目前世界上喉癌患者数量日益增加，是仅次于肺癌的第二大呼吸道高发癌。大量喉癌患者需要采用全喉切除手术，成为后天型失语者。现有电子喉助音器无法清晰还原患者声音，发音模糊，训练周期长，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成极大不便，所以亟须便于失语者携带、操作简单、性能优异的新型人工喉的器件及系统研究。

记者了解到，与2017年任天令团队首次提出的石墨烯人工喉相比，第二代石墨烯智能人工喉在器件柔性可贴附、声音收发系统集成、动作监测系统、轻型可穿戴等方面有了重大突破。

“第二代石墨烯人工喉采用了更贴合人体皮肤的文身式薄膜作为衬底，无须胶带粘贴，可直接贴敷在人体喉咙，极大地提高了佩戴舒适感。同时，它在收发声系统方面有了双重突破，实现了石墨烯的器件级应用至系统级应用的跨越，通过专用电路对声音信号的放大和转换，首次将收声系统和发声系统连接起来，实现了声音输入到输出的闭环，并可以通过示波器实时观测喉部运动情况。接着，通过与单片机的结合，该器件可以将人体喉部的不同动作‘翻译’成不同的声音，实现了动作发声系统。通过连接解码器，该器件还可以播放任意音乐。”团队相关负责人介绍，第二代石墨烯智能人工喉系统还可通过臂包穿戴在胳膊上，首次实现了石墨烯人工喉的可穿戴功能：“未来将进行体积更小及功能更多的集成，有望实现像‘创可贴’一样贴附在人体喉部并帮助失语者‘开口说话’。”

据悉，近年来，任天令团队致力于石墨烯器件的基础研究和实用化应用的探索，尤其关注研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件，已取得了多项创新成果，如柔性石墨烯收发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器、极低功耗石墨烯钙钛矿阻变存储器等。

《光明日报》（ 2019年08月05日10版）

单片机与蜂鸣器

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蜂鸣器从结构区分分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。压电式为压电陶瓷片发音，电流比较小一些，电磁式蜂鸣器为线圈通电震动发音，体积比较小。

按照驱动方式分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器内部带了振荡源，如图所示中，给了BUZZ 引脚一个低电平，蜂鸣器就会直接响。而无源蜂鸣器内部是不带振荡源的，要让他响必须给 500Hz～4.5KHz 之间的脉冲频率信号来驱动它才会响。有源蜂鸣器往往比无源蜂鸣器贵一些，因为里边多了振荡电路，驱动发音也简单，靠电平就可以驱动，而无源蜂鸣器价格比较便宜，此外无源蜂鸣器声音频率可以控制，而音阶与频率又有确定的对应关系，因此就可以做出来“do re mi fa sol la si”的效果，可以用它制作出简单的音乐曲目，比如生日歌等。

驱动电路

我们来看一下图电路，蜂鸣器电流依然相对较大，因此需要用三极管驱动，并且加了一个100 欧的电阻作为限流电阻。此外还加了一个D4二极管，这个二极管叫做续流二极管。我们的蜂鸣器是感性器件，当三极管导通给蜂鸣器供电时，就会有导通电流流过蜂鸣器。而我们知道，电感的一个特点就是电流不能突变，导通时电流是逐渐加大的，这点没有问题，但当关断时，经“电源-三极管-蜂鸣器-地”这条回路就截断了，过不了任何电流了，那么储存的电流往哪儿去呢，就是经过这个D4 和蜂鸣器自身的环路来消耗掉了，从而就避免了关断时由于电感电流造成的反向冲击。接续关断时的电流，这就是续流二极管名称的由来。