趙 杰

（河南藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

基于51單片機(jī)的無線音樂門鈴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探究

趙 杰

（河南藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

文章以51單片機(jī)為平臺(tái)進(jìn)行無線音樂門鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用STC89C51 單片機(jī)作為主控芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的整體控制。經(jīng)Proteus進(jìn)行仿真測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)小巧，方便安裝，具有實(shí)用價(jià)值。

無線音樂門鈴；單片機(jī)；設(shè)計(jì)

隨著智能化家居普及程度的不斷增加，大眾對(duì)無線控制技術(shù)具備更高要求。本文基于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(shì)。

1 無線音樂門鈴與單片機(jī)

近年來，受科技發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步影響，大眾對(duì)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(huì)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(shí)需要布線，會(huì)對(duì)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(jiǎn)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(shí)，很容易出現(xiàn)聽不到門鈴聲音，不能及時(shí)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(gè)接收端同時(shí)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(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)主要由中央處理器、只讀存儲(chǔ)器ROM、易揮發(fā)性隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(dòng)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(jí)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(huì)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(jiǎn)單、使用便捷性高，不會(huì)影響房屋美感。無線音樂門鈴系統(tǒng)信號(hào)傳輸距離更長(zhǎng)，且能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)信號(hào)接收端同時(shí)安裝，避免出現(xiàn)物主聽不到門鈴聲音錯(cuò)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。

2 基于51單片機(jī)的無線音樂門鈴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 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(hào)傳輸距離至少能夠達(dá)到10 m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(jiǎn)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(bào)情況。通過對(duì)無線音樂門鈴相關(guān)資料進(jìn)行認(rèn)真查閱，以性價(jià)比和對(duì)編程技術(shù)的支撐情況為選擇標(biāo)準(zhǔn)，確定使用STC89C51 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片。構(gòu)成單片機(jī)的主要部件為編碼芯片和解碼芯片，STC89C51 單片機(jī)包含的編碼芯片為PT2262，解碼芯片為PT2272，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在客戶端和主機(jī)間的無線傳輸。按下客戶端按鍵，信號(hào)經(jīng)編碼芯片PT2262進(jìn)行編碼處理后由DF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(hào)接收，調(diào)用解碼芯片PT2272對(duì)接收到的信號(hào)實(shí)施解碼處理，之后發(fā)送至STC89C51 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(gè)設(shè)計(jì)方案經(jīng)Proteus仿真測(cè)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。

2.2 系統(tǒng)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(duì)整個(gè)無線音樂門鈴系統(tǒng)起到控制作用的主控芯片，STC89C51單片機(jī)具備較為低廉的價(jià)格和很高的采購便捷度。STC89C51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(shí)鐘電路。使用STC89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)無線音樂門鈴系統(tǒng)的編程控制，同時(shí)可通過對(duì)程序?qū)嵤┬薷倪_(dá)到系統(tǒng)升級(jí)目標(biāo)。應(yīng)當(dāng)注意的是，系統(tǒng)開發(fā)實(shí)際過程中盡管選用了STC89C51單片機(jī)，但由于Proteus仿真軟件內(nèi)不存在STC89C51單片機(jī)，因此通過Proteus軟件對(duì)此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試時(shí)選用與STC89C51單片機(jī)具備相同功能的AT89C51單片機(jī)作為整個(gè)無線音樂門鈴系統(tǒng)的主控制芯片。

進(jìn)行本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選用穩(wěn)定性較強(qiáng)的USB5V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(shí)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(shí)，考慮到音頻震動(dòng)產(chǎn)生聲音，而音頻的震動(dòng)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(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭震動(dòng)的方式產(chǎn)生聲音。進(jìn)行此次方案設(shè)計(jì)時(shí)，利用相關(guān)程序產(chǎn)生頻率，之后傳送至與喇叭驅(qū)動(dòng)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(dòng)頻率的高低產(chǎn)生不同的音調(diào)，結(jié)合延時(shí)函數(shù)產(chǎn)生各種不同的節(jié)拍。本次無線音樂門鈴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用PT2262/2272作為系統(tǒng)的無線接收和發(fā)送模塊，臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的制造的PT2262/2272由CMOS 工藝制造，具備價(jià)位低廉，功耗小等特點(diǎn)，具備地址識(shí)別功能，能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)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PT2262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(gè)重要部分。本次設(shè)計(jì)使用315MHz無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊。數(shù)據(jù)編碼芯片PT2262的第17腳是芯片的數(shù)據(jù)輸出端，將之與DF數(shù)據(jù)模塊的輸入端相互連接即可實(shí)現(xiàn)PT2262和DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的聯(lián)合使用。PT2272是無線音樂門鈴系統(tǒng)的解碼芯片，負(fù)責(zé)對(duì)接收到的無線信號(hào)實(shí)施解碼處理，通常情況下需要與編碼芯片PT2262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(cè)到發(fā)射部分地址碼與自身地址碼相同時(shí)，PT2272才會(huì)對(duì)遙控信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)并對(duì)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(duì)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。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

對(duì)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(shí)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(duì)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(cè)到按鍵被按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入抖動(dòng)程序。檢測(cè)到確認(rèn)按鍵被按下，則對(duì)遙控信號(hào)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(cè)到按鍵第二次按下時(shí)，系統(tǒng)再次運(yùn)行防止抖動(dòng)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(gè)運(yùn)行狀態(tài)以此類推。當(dāng)檢測(cè)到復(fù)位按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)運(yùn)行復(fù)位程序，喇叭停止音樂播放。檢測(cè)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，先在Proteus平臺(tái)進(jìn)行仿真模擬測(cè)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(duì)實(shí)物進(jìn)行焊接。實(shí)物制造完成經(jīng)調(diào)試成功后，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸距離進(jìn)行測(cè)試。數(shù)據(jù)傳輸距離受天線長(zhǎng)度直接影響。如果要增加傳輸距離，就需要對(duì)天線長(zhǎng)度進(jìn)行延長(zhǎng)。經(jīng)仿真測(cè)驗(yàn)和實(shí)物測(cè)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(jià)值。

3 結(jié)語

伴隨時(shí)代發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，大眾對(duì)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(huì)的廣泛關(guān)注，尤其是對(duì)于面積較大的住宅，聽不到敲門聲會(huì)為生活帶來很多不便。傳統(tǒng)有線門鈴布線時(shí)會(huì)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(shì)逐漸凸顯。文章對(duì)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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Exploration on the design and implementation of wireless music doorbell based on 51 single chip microcomputer

Zhao Jie
（Henan Art Vocational College, Zhengzhou 450000, China）

This article takes 51 single chip microcomputer as the platform for design of wireless music doorbell system, selected STC89C51 microcomputer as the main control chip to realize the overall control of the system. Through the Proteus simulation test, it is found that the system is a compact design, and it is convenient to install, the system has practical value.

wireless music doorbell; single chip microcomputer; design

趙杰（1970— ），女，河南社旗，本科，助教；研究方向：廣播電視技術(shù)。