基于51單片機的無線音樂門鈴的設(shè)計與實現(xiàn)探究

趙 杰

（河南藝術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

基于51單片機的無線音樂門鈴的設(shè)計與實現(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單片機為平臺進行無線音樂門鈴系統(tǒng)設(shè)計，選用STC89C51 單片機作為主控芯片實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體控制。經(jīng)Proteus進行仿真測試后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)設(shè)計小巧，方便安裝，具有實用價值。

無線音樂門鈴；單片機；設(shè)計

隨著智能化家居普及程度的不斷增加，大眾對無線控制技術(shù)具備更高要求。本文基于51單片機設(shè)計的無線音樂門鈴系統(tǒng)是一種運行穩(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、功耗低等特點，與傳統(tǒng)有線門鈴相比，表現(xiàn)出自身獨特優(yōu)勢。

1 無線音樂門鈴與單片機

近年來，受科技發(fā)展和社會經(jīng)濟進步影響，大眾對居住環(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)有線門鈴安裝時需要布線，會對住宅美觀產(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)具備安裝簡單、使用便捷且系統(tǒng)精巧性強等特點，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，很容易出現(xiàn)聽不到門鈴聲音，不能及時接待來客的情況，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，還具備多個接收端同時安裝功能，能夠?qū)嚯x問題實現(xiàn)徹底解決。

當(dāng)今狀況下，計算機技術(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。單片機逐漸被人們熟知。單片機又叫“微控制器”“嵌入式微控制器”“單片機微型計算機”，適用于控制領(lǐng)域在內(nèi)的多個領(lǐng)域。單片機主要由中央處理器、只讀存儲器ROM、易揮發(fā)性隨機存取存儲器RAM，I/O接口電路構(gòu)成。具備成本低廉、性能強大、體積精巧等特點，在工業(yè)自動化、智能產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前的單片機系列中，51系列單片機最具代表性，是較為典型的一種。各種科技產(chǎn)品與單片機的結(jié)合能夠推進產(chǎn)品升級換代進程，提升產(chǎn)品智能化水準(zhǔn)。例如智能洗衣機、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)計精巧、安裝簡單、使用便捷性高，不會影響房屋美感。無線音樂門鈴系統(tǒng)信號傳輸距離更長，且能夠?qū)崿F(xiàn)多個信號接收端同時安裝，避免出現(xiàn)物主聽不到門鈴聲音錯失訪客接待現(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單片機的無線音樂門鈴的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計方案

本次系統(tǒng)設(shè)計以具備完善功能的無線音樂門鈴為設(shè)計目標(biāo)。系統(tǒng)功能要求實現(xiàn)以下內(nèi)容：（1）要求具備更遠(yuǎn)的無線傳輸距離，信號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首能夠進行切換的歌曲，每按一次門鈴進行一次歌曲切換。（3）產(chǎn)品安裝更為簡單，設(shè)計更加精巧，使用更加方便。（4）無限音樂門鈴系統(tǒng)運行狀態(tài)更加穩(wěn)定，有效消除誤報情況。通過對無線音樂門鈴相關(guān)資料進行認(rèn)真查閱，以性價比和對編程技術(shù)的支撐情況為選擇標(biāo)準(zhǔn)，確定使用STC89C51 單片機作為整個系統(tǒng)的主控芯片。構(gòu)成單片機的主要部件為編碼芯片和解碼芯片，STC89C51 單片機包含的編碼芯片為PT2262，解碼芯片為PT2272，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)在客戶端和主機間的無線傳輸。按下客戶端按鍵，信號經(jīng)編碼芯片PT2262進行編碼處理后由DF數(shù)據(jù)發(fā)送模塊實施發(fā)送，主機超再生接收模塊負(fù)責(zé)信號接收，調(diào)用解碼芯片PT2272對接收到的信號實施解碼處理，之后發(fā)送至STC89C51 單片機的中央處理器，進而控制發(fā)聲系統(tǒng)。如果需要停止發(fā)聲，只要按下單片機復(fù)位按鍵就能將門鈴切換至初始狀態(tài)。整個設(shè)計方案經(jīng)Proteus仿真測試達(dá)到設(shè)計要求，符合設(shè)計預(yù)期功效后再進入實際制造流程。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

作為本次設(shè)計確定使用的負(fù)責(zé)對整個無線音樂門鈴系統(tǒng)起到控制作用的主控芯片，STC89C51單片機具備較為低廉的價格和很高的采購便捷度。STC89C51單片機外部構(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)位電路及時鐘電路。使用STC89C51單片機實現(xiàn)對無線音樂門鈴系統(tǒng)的編程控制，同時可通過對程序?qū)嵤┬薷倪_(dá)到系統(tǒng)升級目標(biāo)。應(yīng)當(dāng)注意的是，系統(tǒng)開發(fā)實際過程中盡管選用了STC89C51單片機，但由于Proteus仿真軟件內(nèi)不存在STC89C51單片機，因此通過Proteus軟件對此次設(shè)計的系統(tǒng)進行仿真測試時選用與STC89C51單片機具備相同功能的AT89C51單片機作為整個無線音樂門鈴系統(tǒng)的主控制芯片。

進行本次系統(tǒng)設(shè)計時，選用穩(wěn)定性較強的USB5V直流電源作為為系統(tǒng)提供供電，結(jié)合單片機外部復(fù)位電路和時鐘電路共同組成系統(tǒng)，從根本上保證了系統(tǒng)的精巧性。進行無線音樂門鈴系統(tǒng)發(fā)生電路設(shè)計時，考慮到音頻震動產(chǎn)生聲音，而音頻的震動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)字脈沖信號驅(qū)動喇叭震動的方式產(chǎn)生聲音。進行此次方案設(shè)計時，利用相關(guān)程序產(chǎn)生頻率，之后傳送至與喇叭驅(qū)動電路相互連接的I/O端口上，最終通過喇叭產(chǎn)生聲音。利用相應(yīng)軟件控制音頻震動頻率的高低產(chǎn)生不同的音調(diào)，結(jié)合延時函數(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)計選用PT2262/2272作為系統(tǒng)的無線接收和發(fā)送模塊，臺灣普城公司生產(chǎn)的制造的PT2262/2272由CMOS 工藝制造，具備價位低廉，功耗小等特點，具備地址識別功能，能夠?qū)?shù)據(jù)實時編碼和解碼處理，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)射電路的另外一個重要部分。本次設(shè)計使用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)對接收到的無線信號實施解碼處理，通常情況下需要與編碼芯片PT2262進行配套使用。系統(tǒng)運行過程中，只有當(dāng)連續(xù)兩次檢測到發(fā)射部分地址碼與自身地址碼相同時，PT2272才會對遙控信號進行確認(rèn)并對接收到的無線數(shù)據(jù)實施解碼處理。具體表現(xiàn)為將與“1”對應(yīng)的輸出端設(shè)置為高電平且通過VT端進行高電平輸出。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

對無線音樂門鈴系統(tǒng)包含的程序和軟件進行設(shè)計時秉持模塊化開發(fā)原則，采用自上而下的設(shè)計順序。首先，對系統(tǒng)所有端口進行初始化處理，接著運行循環(huán)部分，當(dāng)檢測到按鍵被按下時，系統(tǒng)進入抖動程序。檢測到確認(rèn)按鍵被按下，則對遙控信號進行確認(rèn)進而運行音樂播放程序，系統(tǒng)中設(shè)定的第一首音樂播放完成后，系統(tǒng)再次進入等待狀態(tài)，等待按鍵按下。當(dāng)檢測到按鍵第二次按下時，系統(tǒng)再次運行防止抖動程序，如果確認(rèn)按鍵被再次按下，則開始運行音樂播放程序，播放系統(tǒng)設(shè)定的第二首音樂，直到播放完畢，系統(tǒng)整個運行狀態(tài)以此類推。當(dāng)檢測到復(fù)位按鍵被按下時，單片機運行復(fù)位程序，喇叭停止音樂播放。檢測到按鍵再次被按下，單片機重新開始運行程序，播放系統(tǒng)設(shè)定的第一首音樂。本次系統(tǒng)設(shè)計方案完成后，先在Proteus平臺進行仿真模擬測試，實驗完成確定系統(tǒng)運行狀態(tài)符合標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)預(yù)設(shè)功能后采用洞洞板對實物進行焊接。實物制造完成經(jīng)調(diào)試成功后，對數(shù)據(jù)傳輸距離進行測試。數(shù)據(jù)傳輸距離受天線長度直接影響。如果要增加傳輸距離，就需要對天線長度進行延長。經(jīng)仿真測驗和實物測試，本次設(shè)計安裝方便、使用便捷且表現(xiàn)出較高的精巧性，具備實用價值。

3 結(jié)語

伴隨時代發(fā)展和社會經(jīng)濟進步，大眾對自身居住環(huán)境有了更高的要求，住宅智能化逐漸得到社會的廣泛關(guān)注，尤其是對于面積較大的住宅，聽不到敲門聲會為生活帶來很多不便。傳統(tǒng)有線門鈴布線時會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入大眾日常生活且自身優(yōu)勢逐漸凸顯。文章對以51單片機為設(shè)計開發(fā)基礎(chǔ)的無線門鈴系統(tǒng)進行介紹，期望為無線門鈴技術(shù)的進一步發(fā)展和提升用戶使用體驗提供幫助。

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[2]程望斌，馮建偉，譚紹鈺，等.基于AT89S52的多功能智能門鈴設(shè)計[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2016（4）：49-52.

[3]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（20）：146-148.

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)。