基于單片機(jī)的無(wú)線遙控門(mén)鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安思 柯春艷 王磊

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)有線門(mén)鈴在使用中存在的不足之處，提出了基于紅外通信的遙控門(mén)鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)分為室外機(jī)和室內(nèi)機(jī)兩部分，室外機(jī)供來(lái)訪者通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸入房間號(hào)碼，室內(nèi)機(jī)可以通過(guò)紅外遙控器實(shí)現(xiàn)止鈴和開(kāi)門(mén)控制。本無(wú)線門(mén)鈴系統(tǒng)利用紅外無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)鈴的遠(yuǎn)程控制，為用戶使用帶來(lái)了極大的便利。

關(guān)鍵詞：無(wú)線遙控；紅外通信；STC89C51；門(mén)鈴

中圖分類號(hào)：TN219 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）21-0266-03

Abstract： This paper expounds the development and application trend of remote doorbell in smart home， and puts forward the system design scheme of infrared remote control doorbell. The system is divided into two parts： the outdoor machine and the indoor machine. The visitor enters the room number of the matrix keyboard of the outdoor machine， the indoor machine receives the command ring， and the director can open the door through the infrared remote control. The wireless doorbell system uses infrared wireless remote control technology to realize the remote control of doorbell， which brings great convenience to users.

Key words： Wireless Remote Control； Infrared Communication； Doorbell； STC89C51

1 引言

門(mén)鈴是現(xiàn)代家居常見(jiàn)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(mén)鈴已經(jīng)成為住宅、辦公場(chǎng)所等場(chǎng)地不可或缺的組成部分。目前多數(shù)家用門(mén)鈴主要以傳統(tǒng)的有線按鍵式的門(mén)鈴為主，操作簡(jiǎn)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(mén)鈴，當(dāng)有到訪者按下門(mén)鈴后，房間內(nèi)的用戶往往需要走到門(mén)前為到訪者開(kāi)門(mén)，特別是在別墅、復(fù)式房屋等建筑中使用起來(lái)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。基于以上問(wèn)題本文提出了無(wú)線遙控門(mén)鈴的設(shè)計(jì)方案，利用紅外無(wú)線通信技術(shù)[1]實(shí)現(xiàn)門(mén)鈴在無(wú)線控制[2]以及便利性上的突破和改進(jìn)。

2 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(pán)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(guò)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(guò)手動(dòng)按鍵進(jìn)行開(kāi)門(mén)和止鈴，也可以通過(guò)紅外遙控器發(fā)送的開(kāi)門(mén)命令和止鈴命令，無(wú)須行走到門(mén)鈴安裝位置即可實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)和止鈴控制。軟件部分主要包括紅外信號(hào)解碼、開(kāi)關(guān)門(mén)控制、矩陣鍵盤(pán)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(kāi)發(fā)環(huán)境，Keil C51具有簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)當(dāng)中。

3 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(pán)等外圍電路模塊。

3.1 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(kāi)發(fā)，具有4組8位的IO端口，非常適合作為小型嵌入式開(kāi)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。

3.2 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(jiǎn)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(mén)鈴聲音以及開(kāi)門(mén)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。

3.3 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(wú)須再使用一個(gè)IO口單獨(dú)的控制液晶的背光了。通過(guò)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(guò)調(diào)整此電阻達(dá)到理想的顯示效果。

3.4 矩陣鍵盤(pán)與蜂鳴器設(shè)計(jì)

室外機(jī)采用4X4矩陣式鍵盤(pán)作為到訪者的操作界面，相比獨(dú)立鍵盤(pán)，矩陣鍵盤(pán)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(cè)。室內(nèi)機(jī)選用無(wú)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(guò)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。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1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(lái)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(guò)來(lái)的紅外信號(hào)進(jìn)行處理[3]，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(lái)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(kāi)串口的接收中斷，打開(kāi)接收中斷后，才能實(shí)時(shí)的響應(yīng)和接收串口數(shù)據(jù)。[4]

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(cè)是否接收到串口數(shù)據(jù)，一旦接收到串口數(shù)據(jù)即開(kāi)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(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)首先蜂鳴器使能指令，然后調(diào)用檢測(cè)監(jiān)測(cè)程序檢測(cè)是否有紅外信號(hào)或者按鍵信號(hào)，一旦檢測(cè)到相關(guān)的信號(hào)，即按照具體的執(zhí)行動(dòng)作。如果沒(méi)有接收到串口數(shù)據(jù)則出于等待模式[5]。

4.2 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(pán)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(guò)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[6]，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(kāi)始進(jìn)入程序循環(huán)，不斷的檢測(cè)外部矩陣鍵盤(pán)是否有按鍵動(dòng)作，一旦檢測(cè)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(guò)串口給室內(nèi)機(jī)發(fā)出控制指令。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳統(tǒng)門(mén)鈴需要戶主行走到門(mén)鈴安裝位置進(jìn)行開(kāi)門(mén)操作，從而給用戶帶來(lái)不便的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于紅外通信的無(wú)線遙控門(mén)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(guò)紅外遙控器即可實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟門(mén)禁和關(guān)閉蜂鳴器聲音。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，能夠給用戶帶來(lái)極大的便利正文內(nèi)容。

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