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無線遙控門鈴單片機(jī)設(shè)計(jì)
門鈴是現(xiàn)代家居常見的電子裝置，其作用是可以發(fā)出聲音提醒房主有客到訪，門鈴已經(jīng)成為住宅、辦公場所等場地不可或缺的組成部分。目前多數(shù)家用門鈴主要以傳統(tǒng)的有線按鍵式的門鈴為主，操作簡單但難以滿足人們對(duì)家居智能化的需求。對(duì)于傳統(tǒng)的有線式門鈴，當(dāng)有到訪者按下門鈴后，房間內(nèi)的用戶往往需要走到門前為到訪者開門，特別是在別墅、復(fù)式房屋等建筑中使用起來非常不便。隨著人們對(duì)生質(zhì)量需求的提高，對(duì)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全重視程度日益加大，家居安防也朝著智能化的方向發(fā)展?；谝陨蠁栴}本文提出了無線遙控門鈴的設(shè)計(jì)方案，利用紅外無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)門鈴在無線控制以及便利性上的突破和改進(jìn)。
一、無線門鈴總體方案
本設(shè)計(jì)包含室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分。室外機(jī)主要包括矩陣鍵盤和液晶顯示屏，訪客按下主人的房間號(hào)，同時(shí)液晶顯示屏上顯示出對(duì)應(yīng)的房間號(hào)，按鍵信號(hào)通過串口發(fā)送到對(duì)應(yīng)的房間。室內(nèi)機(jī)主要包括響鈴模塊、紅外信號(hào)收發(fā)模塊和控制按鍵，用戶可以通過手動(dòng)按鍵進(jìn)行開門和止鈴，也可以通過紅外遙控器發(fā)送的開門命令和止鈴命令，無須行走到門鈴安裝位置即可實(shí)現(xiàn)開門和止鈴控制。軟件部分主要包括紅外信號(hào)解碼、開關(guān)門控制、矩陣鍵盤識(shí)別、號(hào)碼顯示等模塊。設(shè)計(jì)采用Altium Designer 16設(shè)計(jì)硬件原理圖，采用Keil C51作為軟件開發(fā)環(huán)境，Keil C51具有簡潔的操作界面以及高效的編譯能力，廣泛地用于各類主流單片機(jī)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)當(dāng)中。
二、無線門鈴硬件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)包含室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)都以微控制器為核心，擴(kuò)展按鍵、紅外、響鈴、顯示和矩陣鍵盤等外圍電路模塊。
2.1單片機(jī)控制器模塊
系統(tǒng)的室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)都使用STC89C51單片機(jī)作為微控制器，STC89C51性能穩(wěn)定且方便開發(fā)，具有4組8位的IO端口，非常適合作為小型嵌入式開發(fā)的平臺(tái)。圖2為室內(nèi)機(jī)控制模塊的最小系統(tǒng)電路圖，包括外接的12MHz晶振、5V輸入電源以及復(fù)位電路，復(fù)位電路設(shè)計(jì)中加入了阻容耦合電路，可以有效地去除干擾信號(hào)，避免誤操作。室外機(jī)微控制器的最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與此類似。
2.2紅外接收處理模塊
紅外遙控是一種廣泛應(yīng)用的通信和控制手段，由于其結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，紅外遙控器首先將遙控按鍵鍵值按照紅外標(biāo)準(zhǔn)編碼格式進(jìn)行編碼，再由紅外發(fā)射器紅外編碼脈沖信號(hào)發(fā)射出去，紅外接收頭將接收的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，再送往后續(xù)電路進(jìn)行放大和解調(diào)處理。紅外控制信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)中紅外遙控主要實(shí)現(xiàn)的是消除門鈴聲音以及開門操作，并不需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計(jì)中采用1838T紅外接收管作為紅外信號(hào)接收裝置，1838T紅外接收頭具有功耗低的特點(diǎn)，工作電流僅有0.7mA左右，其內(nèi)部集成專用的處理IC，可以將接收的紅外信號(hào)放大到微控制器可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，工作電壓為2.7V-5.5V。
2.3 1602液晶顯示
設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示模塊顯示到訪者按下的房間號(hào)。LCD1602是一款可以顯示32個(gè)字符的顯示設(shè)備，總共有16個(gè)管腳，其中數(shù)據(jù)引腳共8個(gè)，控制管腳有2個(gè)，剩下的管腳為電源以及偏置電壓設(shè)置管腳。
液晶驅(qū)動(dòng)電路中為了使用液晶的背光持續(xù)地被點(diǎn)亮，將LCD1602的BL背光引腳直接接到VCC，這樣就無須再使用一個(gè)IO口單獨(dú)的控制液晶的背光了。通過調(diào)整VR1即可設(shè)置液晶的偏置電壓，設(shè)置了偏置電壓后，即可調(diào)整液晶顯示的對(duì)比度，在電源電壓發(fā)生變化時(shí)可通過調(diào)整此電阻達(dá)到理想的顯示效果。
2.4矩陣鍵盤與蜂鳴器設(shè)計(jì)
室外機(jī)采用4X4矩陣式鍵盤作為到訪者的操作界面，相比獨(dú)立鍵盤，矩陣鍵盤能節(jié)約很多IO端口資源，僅使用8個(gè)IO端口即可實(shí)現(xiàn)對(duì)16個(gè)按鍵的掃描檢測。室內(nèi)機(jī)選用無源蜂鳴器作為聲音提醒裝置，蜂鳴器只占用微控制器的一個(gè)IO口，通過IO口輸出頻率信號(hào)并將這個(gè)信號(hào)進(jìn)行放大即可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫。
三、無線門鈴軟件設(shè)計(jì)
3.1遙控門鈴室內(nèi)機(jī)軟件設(shè)計(jì)
圖3為室內(nèi)機(jī)的軟件流程圖，從圖中可以看出，系統(tǒng)初始化的時(shí)候先初始化串口，初始化串口主要是用來設(shè)置串口的波特率、接收的數(shù)據(jù)格式等，初始化完成以后即可調(diào)用串口相關(guān)的發(fā)送接收函數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)1838T紅外發(fā)射管發(fā)送過來的紅外信號(hào)進(jìn)行處理，系統(tǒng)中還需要對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器相關(guān)的設(shè)置，設(shè)置好定時(shí)計(jì)數(shù)器以后可以利用定時(shí)計(jì)數(shù)器的特性對(duì)接收的紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。每次室外機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)都是隨機(jī)的，為了保證室內(nèi)機(jī)可以很好地響應(yīng)串口數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)中需要打開串口的接收中斷，打開接收中斷后，才能實(shí)時(shí)的響應(yīng)和接收串口數(shù)據(jù)。
初始化完成以后，系統(tǒng)即進(jìn)入循環(huán)，微控制器不斷的檢測是否接收到串口數(shù)據(jù)，一旦接收到串口數(shù)據(jù)即開始對(duì)接收的串口數(shù)據(jù)形式進(jìn)行處理判斷，串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)首先蜂鳴器使能指令，然后調(diào)用檢測監(jiān)測程序檢測是否有紅外信號(hào)或者按鍵信號(hào)，一旦檢測到相關(guān)的信號(hào)，即按照具體的執(zhí)行動(dòng)作。如果沒有接收到串口數(shù)據(jù)則出于等待模式。
3.2遙控門鈴室外機(jī)軟件設(shè)計(jì)
圖4為系統(tǒng)的室外機(jī)處理流程圖，和室內(nèi)機(jī)類似，系統(tǒng)初始化的時(shí)候先對(duì)使用到的微控制器資源以及外接的硬件進(jìn)行初始化，主要初始化的微控制器資源有串口，主要初始化的外設(shè)有矩陣鍵盤以及液晶顯示屏。液晶屏初始化的內(nèi)容首先要初始化液晶的IO端口，然后通過操作IO端口控制液晶顯示的偏置電壓、設(shè)置溫度校正，使液晶顯示的效果更好，最后是調(diào)用指令設(shè)置顯示模式。初始化微控制器資源以及外設(shè)硬件后，系統(tǒng)開始進(jìn)入程序循環(huán)，不斷的檢測外部矩陣鍵盤是否有按鍵動(dòng)作，一旦檢測到按鍵被按下，則獲取按鍵鍵值并將對(duì)應(yīng)的房間號(hào)顯示在液晶屏上，然后通過串口給室內(nèi)機(jī)發(fā)出控制指令。
總結(jié)
本設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳統(tǒng)門鈴需要戶主行走到門鈴安裝位置進(jìn)行開門操作，從而給用戶帶來不便的問題，設(shè)計(jì)基于紅外通信的無線遙控門鈴系統(tǒng)，系統(tǒng)包含室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩部分，用戶通過紅外遙控器即可實(shí)現(xiàn)開啟門禁和關(guān)閉蜂鳴器聲音。經(jīng)過測試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，能夠給用戶帶來極大的便利正文內(nèi)容。
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