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IoT智慧生活

客户成功故事与项目成功案例

无线遥控门铃单片机设计


门铃是现代家居常见的电子装置,其作用是可以发出声音提醒房主有客到访,门铃已经成为住宅、办公场所等场地不可或缺的组成部分。目前多数家用门铃主要以传统的有线按键式的门铃为主,操作简单但难以满足人们对家居智能化的需求。对于传统的有线式门铃,当有到访者按下门铃后,房间内的用户往往需要走到门前为到访者开门,特别是在别墅、复式房屋等建筑中使用起来非常不便。随着人们对生质量需求的提高,对人身安全和财产安全重视程度日益加大,家居安防也朝着智能化的方向发展。基于以上问题本文提出了无线遥控门铃的设计方案,利用红外无线通信技术实现门铃在无线控制以及便利性上的突破和改进。

一、无线门铃总体方案

本设计包含室内机和室外机两部分。室外机主要包括矩阵键盘和液晶显示屏,访客按下主人的房间号,同时液晶显示屏上显示出对应的房间号,按键信号通过串口发送到对应的房间。室内机主要包括响铃模块、红外信号收发模块和控制按键,用户可以通过手动按键进行开门和止铃,也可以通过红外遥控器发送的开门命令和止铃命令,无须行走到门铃安装位置即可实现开门和止铃控制。软件部分主要包括红外信号解码、开关门控制、矩阵键盘识别、号码显示等模块。设计采用Altium Designer 16设计硬件原理图,采用Keil C51作为软件开发环境,Keil C51具有简洁的操作界面以及高效的编译能力,广泛地用于各类主流单片机的软件开发设计当中。

二、无线门铃硬件设计

本设计包含室内机和室外机两部分,系统结构框图如图1所示。室内机和室外机都以微控制器为核心,扩展按键、红外、响铃、显示和矩阵键盘等外围电路模块。

图 1 无线门铃系统结构框图

2.1单片机控制器模块

系统的室内机和室外机都使用STC89C51单片机作为微控制器,STC89C51性能稳定且方便开发,具有4组8位的IO端口,非常适合作为小型嵌入式开发的平台。图2为室内机控制模块的最小系统电路图,包括外接的12MHz晶振、5V输入电源以及复位电路,复位电路设计中加入了阻容耦合电路,可以有效地去除干扰信号,避免误操作。室外机微控制器的最小系统电路设计与此类似。

图 2 单片机最小系统电路图

2.2红外接收处理模块

红外遥控是一种广泛应用的通信和控制手段,由于其结构简单、功耗低、抗干扰能力强,红外遥控器首先将遥控按键键值按照红外标准编码格式进行编码,再由红外发射器红外编码脉冲信号发射出去,红外接收头将接收的红外光信号转换为相应的电信号,再送往后续电路进行放大和解调处理。红外控制信号具有抗干扰能力强,信息传输可靠,功耗低,成本低,易实现等特点。

本设计中红外遥控主要实现的是消除门铃声音以及开门操作,并不需要进行复杂的数据传输。设计中采用1838T红外接收管作为红外信号接收装置,1838T红外接收头具有功耗低的特点,工作电流仅有0.7mA左右,其内部集成专用的处理IC,可以将接收的红外信号放大到微控制器可以识别的数字信号,工作电压为2.7V-5.5V。

2.3 1602液晶显示

设计采用LCD1602液晶显示模块显示到访者按下的房间号。LCD1602是一款可以显示32个字符的显示设备,总共有16个管脚,其中数据引脚共8个,控制管脚有2个,剩下的管脚为电源以及偏置电压设置管脚。

液晶驱动电路中为了使用液晶的背光持续地被点亮,将LCD1602的BL背光引脚直接接到VCC,这样就无须再使用一个IO口单独的控制液晶的背光了。通过调整VR1即可设置液晶的偏置电压,设置了偏置电压后,即可调整液晶显示的对比度,在电源电压发生变化时可通过调整此电阻达到理想的显示效果。

2.4矩阵键盘与蜂鸣器设计

室外机采用4X4矩阵式键盘作为到访者的操作界面,相比独立键盘,矩阵键盘能节约很多IO端口资源,仅使用8个IO端口即可实现对16个按键的扫描检测。室内机选用无源蜂鸣器作为声音提醒装置,蜂鸣器只占用微控制器的一个IO口,通过IO口输出频率信号并将这个信号进行放大即可驱动蜂鸣器鸣叫。

三、无线门铃软件设计

3.1遥控门铃室内机软件设计

图3为室内机的软件流程图,从图中可以看出,系统初始化的时候先初始化串口,初始化串口主要是用来设置串口的波特率、接收的数据格式等,初始化完成以后即可调用串口相关的发送接收函数。为了实现对1838T红外发射管发送过来的红外信号进行处理,系统中还需要对定时计数器相关的设置,设置好定时计数器以后可以利用定时计数器的特性对接收的红外数据进行处理。每次室外机发来的数据都是随机的,为了保证室内机可以很好地响应串口数据,设计中需要打开串口的接收中断,打开接收中断后,才能实时的响应和接收串口数据。

图 3 无线门铃室内机软件处理流程

初始化完成以后,系统即进入循环,微控制器不断的检测是否接收到串口数据,一旦接收到串口数据即开始对接收的串口数据形式进行处理判断,串口发送过来的数据首先蜂鸣器使能指令,然后调用检测监测程序检测是否有红外信号或者按键信号,一旦检测到相关的信号,即按照具体的执行动作。如果没有接收到串口数据则出于等待模式。

3.2遥控门铃室外机软件设计

图4为系统的室外机处理流程图,和室内机类似,系统初始化的时候先对使用到的微控制器资源以及外接的硬件进行初始化,主要初始化的微控制器资源有串口,主要初始化的外设有矩阵键盘以及液晶显示屏。液晶屏初始化的内容首先要初始化液晶的IO端口,然后通过操作IO端口控制液晶显示的偏置电压、设置温度校正,使液晶显示的效果更好,最后是调用指令设置显示模式。初始化微控制器资源以及外设硬件后,系统开始进入程序循环,不断的检测外部矩阵键盘是否有按键动作,一旦检测到按键被按下,则获取按键键值并将对应的房间号显示在液晶屏上,然后通过串口给室内机发出控制指令。

图 4 无线门铃室外机软件流程图

总结

本设计主要针对传统门铃需要户主行走到门铃安装位置进行开门操作,从而给用户带来不便的问题,设计基于红外通信的无线遥控门铃系统,系统包含室内机和室外机两部分,用户通过红外遥控器即可实现开启门禁和关闭蜂鸣器声音。经过测试,系统工作稳定可靠,能够给用户带来极大的便利正文内容。

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