基于AT89S52的多功能智能门铃设计

程望斌, 冯建伟, 谭绍钰, 龙 杰, 李亚松

(1. 湖南理工学院 信息与通信工程学院, 湖南 岳阳 414006; 2. 湖南理工学院 南湖学院, 湖南 岳阳 414006)

基于AT89S52的多功能智能门铃设计

程望斌1,2, 冯建伟1, 谭绍钰2, 龙 杰1, 李亚松1

(1. 湖南理工学院 信息与通信工程学院, 湖南 岳阳 414006; 2. 湖南理工学院 南湖学院, 湖南 岳阳 414006)

以AT89S52为核心器件, 设计了一套多功能智能门铃. 通过单片机、时钟与复位电路、选择按键输入电路、音频发生器、音频放大器和蜂鸣器的共同作用, 达到多功能门铃设计的良好效果. 其中硬件系统包括门铃、报警、指示灯、晶振等模块. 同时采用KEIL C51对系统进行软件设计, 并对主要功能模块进行了分析和描述. 最后采用EDA工具软件PROTUES进行系统仿真实验, 基本实现了预期功能.

AT89S52; 电子门铃; 报警; 多功能; 智能设计

引言

近年来, 随着智能建筑市场的不断升温, 门铃系统作为一个智能化办公场所、智能化的住宅小区的重要组成部分, 已被用户所接受[1]. 目前国内智能门铃的应用虽十分普遍, 但整体发展水平还有待提高; 随着人们生活水平的提高, 用户对门铃质量和功能提出了更高要求. 因此多功能门铃的优化设计具有一定实际意义.

本文采用单片机技术, 对多功能智能门铃进行了研究与优化. 通过多模块设计, 完成系统信息采集[2],从而实现系统功能. 本文设计的智能门铃系统, 可实现音乐鸣响、报警及夜间照明等功能, 使门铃的综合性和实用性得到进一步提升.

1 系统总体设计

音乐门铃主要的硬件电路是由六部分组成: 单片机、时钟与复位电路、选择按键输入电路、光控照明电路、音频发生器、音频放大器和蜂鸣器. 音乐门铃的系统总体设计如图1所示. 系统设计以AT89S52为核心器件, 利用单片机技术对按键进行信息采集(即判断是否有键按下). 如果有键按下, 使用单片机技术产生对应音符, 然后把音符转化成相应音乐, 最后采用单片机技术进行相应处理[3]. 按键触点开关电路由几个关键部件组成, 用于调节时间和设置报警控制电路. 当有人采用非法手段进入时, 单片机控制红黄绿闪光, 并控制蜂鸣器报警. 当有人按门铃时, 可切换到控制室内的灯光, 提供室外使用的照明.

图1 系统总体设计图

2 系统主要硬件模块设计

系统主要硬件模块包括门铃、按键、报警和晶振等模块, 各主要模块介绍如下.

2.1 门铃模块

音乐由音符产生, 震动产生音符; 震动不同, 不同的音乐频率将产生相应固定的脉冲信号. 为产生相应的音频脉冲, 需找出一个音频周期(1/F), 周期T除以2, 这是半周期时间. 我们使用单片机的内部定时器T0, 使它工作在计数器方式1. 利用集成芯片LM386进行音频功率放大, 然后输出到扬声器, 就会产生美妙的音乐.

2.2 按键模块

按键触点开关电路由几个关键部件组成, 用于调节时间和设置报警控制电路. 其中一端与单片机的端口直接相连, 另一端接地. 当按钮被按下时, 相应的端口变量为低电平, 通过检测低电平可以判断哪些键被按下, 从而完成相应操作.

2.3 报警模块

在单片机应用系统中, 工作状态一般由指示灯或数码显示指示, 供操作者参考和了解系统的工作情况. 报警信号通常有三种类型: 一种是闪烁报警, 提醒人们注意; 二是声响警报, 声音刺激听觉器官, 引起警惕; 第三是语音报警, 用语音提示方式提供具体报警信息. 报警模块具有一定的预警能力和判断能力,在不同的情况下会做出相应的报警响应. 该电路是由一个断丝, 一个声音发生器和一个音频放大器组成.当有人以非正常方式进入, 报警灯会闪烁, 形成红、橙、绿三色, 作为警告.

2.4 晶振模块

片内设有一个由反相放大器所构成的震荡电路, 时钟震荡电路有内、外两种产生方式. 利用单片机技术, 可在震荡电路内部产生自激震荡. 其中, 定时元件由石英晶体、电容等构成的并联谐振电路组成.

3 系统软件设计

3.1 系统整体模块设计

软件设计中, 首先进行初始化设计[4], 初始化分为五个部分: 背光灯模块的初始化、报警模块的初始化、晶振模块的初始化、门铃模块的初始化、单片机引脚的初始化等. 初始化后, 首先判断各按键开关有没有闭合, 如果闭合, 各子程序模块执行相应操作. 系统总流程图如图2所示.

3.2 系统各子模块介绍

3.2.1 报警流程模块

首先初始化报警端口, 与此同时端口会一直检测按键开关是否被按下. 如果开关被按下, 再通过软件编写的延时程序来控制灯光的闪烁, 从而实现红黄绿三色灯光依次闪亮.

图2 系统总流程图

3.2.2 背光灯模块

首先初始化背光灯端口, 其端口会一直检测按键开关是否被按下. 如果开关被按下, 就会产生一个导通LED发光二极管的电压. 再通过软件编写的程序来控制灯的点亮.

3.2.3 光控照明模块

根据光敏电阻阻值特性, 光照较强时, 光敏电阻阻值较小, 相应传入ADC0804的电压较低, 将光敏电阻与ADC0804芯片的6、7脚转换输入引脚连接起来. 初始化ADC0804, 拉低片选信号CS, 拉高转换开始信号WR, 控制ADC进行转换. 在程序里判断ADC0804芯片的INTR引脚是否输出低电平, 如果输出低电平, 则拉低芯片引脚2 RD引脚, 读出ADC转换结果, 然后再拉高RD引脚, 同时先拉低开始信号引脚WR,再拉低RD引脚, 让ADC重新进入转换过程. 在程序里进行ADC转换结果的判断, 通过多次测试, 判断出一个光照较暗时的ADC值, 记录下来, 只要ADC转换结果值大于此值则开启背光灯照明.

3.2.4 门铃模块

首先初始化门铃模块端口, 其端口会一直检测按键开关K2是否被按下. 如果开关被按下, 则每按动一下按钮开关K2, 就通过软件编写的程序控制其输出端输出一遍内储的音乐电信号, 经三极管Q1功率放大后, 驱动扬声器发出优美动听的乐曲声.

3.2.5 音乐代码库模块

在本设计中, 有“我的中国心”和“一剪梅”两首歌曲可供选择. 建立音乐代码库有两种方法:

(1) 建立每首歌相互独立的发音计数值表和音符表.

(2) 先建立共同的音符表, 再分别单独设置每首歌发音计数值表. 同时音乐结束后, 需在发音计数值表中加上特别设置的音乐结束符0x00.

根据音乐、音符和频率振动关系进行音阶设计; 音阶可显示音调的高低, 音阶与频率对应, 而且不同频率的方波信号产生音阶. 频率的设置可通过对单片机内部定时计数器进行相关设置和调整来实现. 因此, 通过对音阶代码设计和定时计数器调整, 可达到控制频率(音阶)的目的.

4 系统仿真与功能实现

4.1 仿真说明

原理图在Proteus软件中绘制完毕后, 将编译好的代码正确调入, 即可看到视觉的仿真图及运行状态与过程. 该软件具有超强的元器件库, 其灵活性在很大的程度上减少了时间与资源的浪费. 但在仿真方面也存在很多的不足, 比如仿真时数据虽很精准, 实际硬件设计与制作也会存在一定误差, 所以仿真之后,在实物的制作时, 需要根据实际情况来进行修改和完善[5].

4.2 仿真原理

4.2.1 铃声模块仿真

每按动一下按钮开关K2, 音乐集成电路的触发端便获得正脉冲触发信号, 音乐集成电路工作, 其输出端P2.7输出一遍内储的音乐电信号, 经三极管Q1功率放大后, 驱动扬声器发出优美动听的乐曲声.

4.2.2 背光灯模块仿真

每按动一下按钮开关K1, 输入端P2.4输入一个低电平, 使之有一个可以导通LED发光二极管的电压.

4.2.3 报警模块仿真

每按动一下按钮开关K3, 输入端P2.6输入一个低电平, 再通过软件编写的延时程序来控制灯光的闪烁,从而实现红黄绿三色灯的依次闪亮.

4.3 功能实现

系统功能实现需要完成以下操作:

P1阶段: 选择绘图软件, 在Proteus中选用ISIS建立原理图, 在原理图中添加元器件, 设置好硬件模块和Proteus 图形编辑窗口.

P2阶段: 在Proteus中的单片机模型中加载导入生成的hex文件.

P3阶段: 设置相应的仿真参数, 即可实现仿真效果. (按键控制模块可以实现音乐响铃﹑背光灯开启﹑红黄绿灯光依次闪烁. )

5 总结

本文设计的电子门铃系统以AT89S52单片机作为核心的控制器, 来处理各模块发送过来的信息. 通过对单片机系统和主要功能模块的设计, 达到了优化智能门铃的目的. 最后还对设计的智能门铃系统进行了仿真与实验, 结果表明了系统功能的可行性. 本文设计的系统具有功能强、电路简单、成本低、实用性强等优点, 具有较广的市场空间与发展前景, 因此具有一定的应用前景和现实意义[6].

[1] Cheng B N, Wheeler J, Veytser L.Radio-to-router interface technology and its applicability on the tactical edge[J]. IEEE Communications Magazine, 2012, 50(10): 70～77

[2] Benmelech E.Counter-Suicide-Terrorism: Evidence from House Demolitions[J]. Journal of Politics,2015, 77(1): 27～43

[3] 陈巧莉, 冯于户. 基于AT89C51单片机的定时器控制音乐门铃的仿真与实现[J]. 价值工程, 2011, 30(20): 146～148

[4] Coen K, Flannagan R S, Baron S, et al.Lysosomal calcium homeostasis defects, not proton pump defects, cause endo-lysosomal dysfunction in PSEN-deficient cells[J]. Journal of Cell Biology, 2012,198(1): 23～35

[5] Gerson T, Graciosa J, Connolly S, et al.Provocative infrared testing in amputees[J]. Journal of Pain, 2013, 14(4): S26～S26

[6] 胡 凯, 吴 凡. 基于ARM的可视化多功能门铃系统设计[J]. 中国科技博览, 2015(42): 346～347

Design of Intelligent Multi-function Doorbell Based on AT89S52

CHENG Wangbin1,2, FENG Jianwei1, TAN Shaoyu2, LONG Jie1, LI Yasong1
(1. College of Information and Communication Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China; 2. Nanhu College, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

In this paper, the AT89S52 is the foundation of the design of multi-functional intelligent doorbells. By combining the single chip, clock and reset circuit, select the key input circuit, tone generator, audio frequency amplifier, and buzzer’s action, it can realize the goal of multi-function. The hardware systems and main function modules were designed, which is consisted of the doorbell module, alarm module, LED module, crystal modules and other components. And KEIL C51 was adopted in the design of software system to analyze and describe the main function modules. Finally, the EDA software tool PROTEUS 7.8 was used in system simulation, and realized the basic functions as expected. The doorbell has the function of music ringing, lighting and giving alarm.

AT89S52, electronic doorbell, alarm, multi-function, intelligent design

TP391, TN911

: A

: 1672-5298(2016)04-0049-04

2016-09-28

湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目(湘教通[2016]283号): 基于感应无线的机车自动走行控制系统设计

程望斌(1979− ), 男, 湖北咸宁人, 硕士, 湖南理工学院信息与通信工程学院副教授. 主要研究方向: 光电子技术、学科竞赛