安思 柯春艷 王磊

摘要：針對傳統(tǒng)有線門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鈴系統(tǒng)設(shè)計方案，系統(tǒng)分為室外機和室內(nèi)機兩部分，室外機供來訪者通過矩陣鍵盤輸入房間號碼，室內(nèi)機可以通過紅外遙控器實現(xiàn)止鈴和開門控制。本無線門鈴系統(tǒng)利用紅外無線通信技術(shù)實現(xiàn)對門鈴的遠程控制，為用戶使用帶來了極大的便利。

關(guān)鍵詞：無線遙控；紅外通信；STC89C51；門鈴

中圖分類號：TN219 文獻標識碼：A 文章編號：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家居智能化的需求。對于傳統(tǒng)的有線式門鈴，當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。隨著人們對生質(zhì)量需求的提高，對人身安全和財產(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)計方案，利用紅外無線通信技術(shù)[1]實現(xiàn)門鈴在無線控制[2]以及便利性上的突破和改進。

2 總體方案

本設(shè)計包含室內(nèi)機和室外機兩部分。室外機主要包括矩陣鍵盤和液晶顯示屏，訪客按下主人的房間號，同時液晶顯示屏上顯示出對應(yīng)的房間號，按鍵信號通過串口發(fā)送到對應(yīng)的房間。室內(nèi)機主要包括響鈴模塊、紅外信號收發(fā)模塊和控制按鍵，用戶可以通過手動按鍵進行開門和止鈴，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現(xiàn)開門和止鈴控制。軟件部分主要包括紅外信號解碼、開關(guān)門控制、矩陣鍵盤識別、號碼顯示等模塊。設(shè)計采用Altium Designer 16設(shè)計硬件原理圖，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的軟件開發(fā)設(shè)計當中。

3 硬件設(shè)計

本設(shè)計包含室內(nèi)機和室外機兩部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。室內(nèi)機和室外機都以微控制器為核心，擴展按鍵、紅外、響鈴、顯示和矩陣鍵盤等外圍電路模塊。

3.1 單片機控制器模塊

系統(tǒng)的室內(nèi)機和室外機都使用STC89C51單片機作為微控制器，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。圖2為室內(nèi)機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)計中加入了阻容耦合電路，可以有效地去除干擾信號，避免誤操作。室外機微控制器的最小系統(tǒng)電路設(shè)計與此類似。

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)簡單、功耗低、抗干擾能力強，紅外遙控器首先將遙控按鍵鍵值按照紅外標準編碼格式進行編碼，再由紅外發(fā)射器紅外編碼脈沖信號發(fā)射出去，紅外接收頭將接收的紅外光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送往后續(xù)電路進行放大和解調(diào)處理。紅外控制信號具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現(xiàn)等特點。

本設(shè)計中紅外遙控主要實現(xiàn)的是消除門鈴聲音以及開門操作，并不需要進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計中采用1838T紅外接收管作為紅外信號接收裝置，1838T紅外接收頭具有功耗低的特點，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放大到微控制器可以識別的數(shù)字信號，工作電壓為2.7V-5.5V。

3.3 1602液晶顯示

設(shè)計采用LCD1602液晶顯示模塊顯示到訪者按下的房間號。LCD1602是一款可以顯示32個字符的顯示設(shè)備，總共有16個管腳，其中數(shù)據(jù)引腳共8個，控制管腳有2個，剩下的管腳為電源以及偏置電壓設(shè)置管腳。

液晶驅(qū)動電路中為了使用液晶的背光持續(xù)地被點亮，將LCD1602的BL背光引腳直接接到VCC，這樣就無須再使用一個IO口單獨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)整液晶顯示的對比度，在電源電壓發(fā)生變化時可通過調(diào)整此電阻達到理想的顯示效果。

3.4 矩陣鍵盤與蜂鳴器設(shè)計

室外機采用4X4矩陣式鍵盤作為到訪者的操作界面，相比獨立鍵盤，矩陣鍵盤能節(jié)約很多IO端口資源，僅使用8個IO端口即可實現(xiàn)對16個按鍵的掃描檢測。室內(nèi)機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IO口，通過IO口輸出頻率信號并將這個信號進行放大即可驅(qū)動蜂鳴器鳴叫。

4 軟件設(shè)計

4.1室內(nèi)機軟件設(shè)計

圖3為室內(nèi)機的軟件流程圖，從圖中可以看出，系統(tǒng)初始化的時候先初始化串口，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)。為了實現(xiàn)對1838T紅外發(fā)射管發(fā)送過來的紅外信號進行處理[3]，系統(tǒng)中還需要對定時計數(shù)器相關(guān)的設(shè)置，設(shè)置好定時計數(shù)器以后可以利用定時計數(shù)器的特性對接收的紅外數(shù)據(jù)進行處理。每次室外機發(fā)來的數(shù)據(jù)都是隨機的，為了保證室內(nèi)機可以很好地響應(yīng)串口數(shù)據(jù)，設(shè)計中需要打開串口的接收中斷，打開接收中斷后，才能實時的響應(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)即開始對接收的串口數(shù)據(jù)形式進行處理判斷，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或者按鍵信號，一旦檢測到相關(guān)的信號，即按照具體的執(zhí)行動作。如果沒有接收到串口數(shù)據(jù)則出于等待模式[5]。

4.2 室外機軟件設(shè)計

圖4為系統(tǒng)的室外機處理流程圖，和室內(nèi)機類似，系統(tǒng)初始化的時候先對使用到的微控制器資源以及外接的硬件進行初始化，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[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)開始進入程序循環(huán)，不斷的檢測外部矩陣鍵盤是否有按鍵動作，一旦檢測到按鍵被按下，則獲取按鍵鍵值并將對應(yīng)的房間號顯示在液晶屏上，然后通過串口給室內(nèi)機發(fā)出控制指令。

5 結(jié)論

本設(shè)計主要針對傳統(tǒng)門鈴需要戶主行走到門鈴安裝位置進行開門操作，從而給用戶帶來不便的問題，設(shè)計基于紅外通信的無線遙控門鈴系統(tǒng)，系統(tǒng)包含室內(nèi)機和室外機兩部分，用戶通過紅外遙控器即可實現(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。

參考文獻：

[1] 李紅冰.基于STC11L04E的紅外空調(diào)遙控系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子世界，2018（11）：197-198.

[2] 嚴后選，孫健國，張?zhí)旌?無線紅外智能遙控器的設(shè)計[J].測控技術(shù)，2003（3）：54-56.

[3] 李昌祿.無線遙控音樂門鈴原理及應(yīng)用[J].高校實驗室工作研究，2011（3）：94-95+99.

[4] 陳明勇.無線紅外感應(yīng)遙控門鈴的研究[J].電子制作，2017（9）：66-67+64.

[5] 陳巧莉，馮于戶.基于AT89C51單片機的定時器控制音樂門鈴的仿真與實現(xiàn)[J].價值工程，2011，30（20）：146-148.

[6] 孟強，徐慧，萬青苗.基于STM32的數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)的設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2013，9（13）：3183-3186.

【通聯(lián)編輯：梁書】