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無線門鈴方案開發(fā)
隨著智能化家居普及程度的不斷增加，大眾對無線控制技術(shù)具備更高要求。我公司基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)的無線音樂門鈴系統(tǒng)是一種運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、安裝使用便捷的智能化門鈴系統(tǒng)。該系統(tǒng)發(fā)射電路由石英晶振穩(wěn)頻技術(shù)和脈碼調(diào)制發(fā)射技術(shù)共同組成，接收電路由超再生無線數(shù)據(jù)接收模塊、整形、放大、解調(diào)、聲響等電路共同組成，具備傳輸距離遠(yuǎn)、性能強(qiáng)、功耗低等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)有線門鈴相比，表現(xiàn)出自身獨(dú)特優(yōu)勢。
一、無線音樂門鈴與單片機(jī)
近年來，受科技發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步影響，大眾對居住環(huán)境表現(xiàn)出更高的要求。住宅智能化正受到全社會越來越高的關(guān)注。作為居家生活中常用的提醒裝置，門鈴系統(tǒng)可以劃分為有線門鈴和無線門鈴兩種。傳統(tǒng)有線門鈴安裝時需要布線，會對住宅美觀產(chǎn)生影響，且直接增加住宅裝修難度。與傳統(tǒng)有線門鈴相比，無線電子門鈴系統(tǒng)具備安裝簡單、使用便捷且系統(tǒng)精巧性強(qiáng)等特點(diǎn)，在組成現(xiàn)代智能化家居系統(tǒng)的電子裝置中占據(jù)重要地位。無線音樂門鈴系統(tǒng)能夠通過播放音樂提醒主人有客來訪。有線門鈴的音樂播放部分與門鈴按鍵距離較近，當(dāng)房屋主人距離門鈴較遠(yuǎn)時，很容易出現(xiàn)聽不到門鈴聲音，不能及時接待來客的情況，影響正常生活。無線音樂門鈴系統(tǒng)的按鍵和接收端電路能夠分開安裝，根據(jù)用戶住宅面積、自身需求等因素確定接收電路安裝位置。此外，還具備多個接收端同時安裝功能，能夠?qū)嚯x問題實(shí)現(xiàn)徹底解決。
當(dāng)今狀況下，計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)在人們的日常生活中有了更加廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)逐漸被人們熟知。單片機(jī)又叫“微控制器”“嵌入式微控制器”“單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)”，適用于控制領(lǐng)域在內(nèi)的多個領(lǐng)域。單片機(jī)主要由中央處理器、只讀存儲器ROM、易揮發(fā)性隨機(jī)存取存儲器RAM，I/O接口電路構(gòu)成。具備成本低廉、性能強(qiáng)大、體積精巧等特點(diǎn)，在工業(yè)自動化、智能產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前的單片機(jī)系列中，51系列單片機(jī)最具代表性，是較為典型的一種。各種科技產(chǎn)品與單片機(jī)的結(jié)合能夠推進(jìn)產(chǎn)品升級換代進(jìn)程，提升產(chǎn)品智能化水準(zhǔn)。例如智能洗衣機(jī)、智能彩電、智能冰箱、智能門鈴等。傳統(tǒng)門鈴安裝較為麻煩，安裝布線會影響房屋美感且音樂數(shù)量少，類型單一。而智能化無線音樂門鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)精巧、安裝簡單、使用便捷性高，不會影響房屋美感。無線音樂門鈴系統(tǒng)信號傳輸距離更長，且能夠?qū)崿F(xiàn)多個信號接收端同時安裝，避免出現(xiàn)物主聽不到門鈴聲音錯失訪客接待現(xiàn)象。此外，無線音樂門鈴系統(tǒng)包含更為豐富的音樂類型，能夠有效滿足各類住宅的需求。
二、基于51單片機(jī)的無線音樂門鈴的設(shè)計(jì)
1、無線門鈴總體設(shè)計(jì)方案
本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)以具備完善功能的無線音樂門鈴為設(shè)計(jì)目標(biāo)。系統(tǒng)功能要求實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：(1)要求具備更遠(yuǎn)的無線傳輸距離，信號傳輸距離至少能夠達(dá)到10m以上，滿足穿墻需求。(2)系統(tǒng)包含鈴音更加豐富，提供5首能夠進(jìn)行切換的歌曲，每按一次門鈴進(jìn)行一次歌曲切換。(3)產(chǎn)品安裝更為簡單，設(shè)計(jì)更加精巧，使用更加方便。(4)無限音樂門鈴系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定，有效消除誤報情況。
按下客戶端按鍵，信號經(jīng)編碼芯片進(jìn)行編碼處理后由D F數(shù)據(jù)發(fā)送模塊實(shí)施發(fā)送，主機(jī)超再生接收模塊負(fù)責(zé)信號接收，調(diào)用解碼芯片對接收到的信號實(shí)施解碼處理，之后發(fā)送至51單片機(jī)的中央處理器，進(jìn)而控制發(fā)聲系統(tǒng)。如果需要停止發(fā)聲，只要按下單片機(jī)復(fù)位按鍵就能將門鈴切換至初始狀態(tài)。整個設(shè)計(jì)方案經(jīng)仿真測試達(dá)到設(shè)計(jì)要求，符合設(shè)計(jì)預(yù)期功效后再進(jìn)入實(shí)際制造流程。
2、無線門鈴的硬件設(shè)計(jì)方案
作為本次設(shè)計(jì)確定使用的負(fù)責(zé)對整個無線音樂門鈴系統(tǒng)起到控制作用的主控芯片，51單片機(jī)具備較為低廉的價格和很高的采購便捷度。51單片機(jī)外部構(gòu)成部分包括無線發(fā)送和無線接收模塊、發(fā)聲電路、電源電路、復(fù)位電路及時鐘電路。使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對無線音樂門鈴系統(tǒng)的編程控制，同時可通過對程序?qū)嵤┬薷倪_(dá)到系統(tǒng)升級目標(biāo)。
進(jìn)行本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，選用穩(wěn)定性較強(qiáng)的USB 5V直流電源作為為系統(tǒng)提供供電，結(jié)合單片機(jī)外部復(fù)位電路和時鐘電路共同組成系統(tǒng)，從根本上保證了系統(tǒng)的精巧性。進(jìn)行無線音樂門鈴系統(tǒng)發(fā)生電路設(shè)計(jì)時，考慮到音頻震動產(chǎn)生聲音，而音頻的震動頻率直接決定聲音的高低度，頻率高產(chǎn)生高音，頻率低產(chǎn)生低音，因此采用數(shù)字電路中借助數(shù)字脈沖信號驅(qū)動喇叭震動的方式產(chǎn)生聲音。進(jìn)行此次方案設(shè)計(jì)時，利用相關(guān)程序產(chǎn)生頻率，之后傳送至與喇叭驅(qū)動電路相互連接的I/O端口上，最終通過喇叭產(chǎn)生聲音。利用相應(yīng)軟件控制音頻震動頻率的高低產(chǎn)生不同的音調(diào)，結(jié)合延時函數(shù)產(chǎn)生各種不同的節(jié)拍。
無線傳輸模塊需要具備價位低廉，功耗小等特點(diǎn)，具備地址識別功能，能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)時編碼和解碼處理，在無線傳輸電路中應(yīng)用十分廣泛。除編碼芯片之外，無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊是構(gòu)成發(fā)射電路的另外一個重要部分。它負(fù)責(zé)對接收到的無線信號實(shí)施解碼處理，通常情況下需要與編碼芯片進(jìn)行配套使用。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，只有當(dāng)連續(xù)兩次檢測到發(fā)射部分地址碼與自身地址碼相同時，編碼芯片才會對遙控信號進(jìn)行確認(rèn)并對接收到的無線數(shù)據(jù)實(shí)施解碼處理。具體表現(xiàn)為將與“1”對應(yīng)的輸出端設(shè)置為高電平且通過VT端進(jìn)行高電平輸出。
3、無線門鈴的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
對無線音樂門鈴系統(tǒng)包含的程序和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時秉持模塊化開發(fā)原則，采用自上而下的設(shè)計(jì)順序。首先，對系統(tǒng)所有端口進(jìn)行初始化處理，接著運(yùn)行循環(huán)部分，當(dāng)檢測到按鍵被按下時，系統(tǒng)進(jìn)入抖動程序。檢測到確認(rèn)按鍵被按下，則對遙控信號進(jìn)行確認(rèn)進(jìn)而運(yùn)行音樂播放程序，系統(tǒng)中設(shè)定的第一首音樂播放完成后，系統(tǒng)再次進(jìn)入等待狀態(tài)，等待按鍵按下。當(dāng)檢測到按鍵第二次按下時，系統(tǒng)再次運(yùn)行防止抖動程序，如果確認(rèn)按鍵被再次按下，則開始運(yùn)行音樂播放程序，播放系統(tǒng)設(shè)定的第二首音樂，直到播放完畢，系統(tǒng)整個運(yùn)行狀態(tài)以此類推。當(dāng)檢測到復(fù)位按鍵被按下時，單片機(jī)運(yùn)行復(fù)位程序，喇叭停止音樂播放。檢測到按鍵再次被按下，單片機(jī)重新開始運(yùn)行程序，播放系統(tǒng)設(shè)定的第一首音樂。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案完成后，先進(jìn)行仿真模擬測試，實(shí)驗(yàn)完成確定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)符合標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)功能后采用洞洞板對實(shí)物進(jìn)行焊接。實(shí)物制造完成經(jīng)調(diào)試成功后，對數(shù)據(jù)傳輸距離進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)傳輸距離受天線長度直接影響。如果要增加傳輸距離，就需要對天線長度進(jìn)行延長。經(jīng)仿真測驗(yàn)和實(shí)物測試，本次設(shè)計(jì)安裝方便、使用便捷且表現(xiàn)出較高的精巧性，具備實(shí)用價值。
伴隨時代發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，大眾對自身居住環(huán)境有了更高的要求，住宅智能化逐漸得到社會的廣泛關(guān)注，尤其是對于面積較大的住宅，聽不到敲門聲會為生活帶來很多不便。傳統(tǒng)有線門鈴布線時會影響住宅美觀且增加裝修難度。為解決此類問題，各種無線門鈴開始進(jìn)入大眾日常生活且自身優(yōu)勢逐漸凸顯。文章對以51單片機(jī)為設(shè)計(jì)開發(fā)基礎(chǔ)的無線門鈴系統(tǒng)進(jìn)行介紹，期望為無線門鈴技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和提升用戶使用體驗(yàn)提供幫助。
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