单片机控制的多功能门铃的设计及其实现.doc
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1、本科毕业论文单片机控制多功效门铃设计和实现二 级 学 院机械和电子工程学院专 业通信工程年 级学 号学 生 姓 名Tommy指 导 教 师职 称讲师完 成 时 间 年04 月30 日 独 创 性 声 明本人郑重申明:所呈交毕业论文(设计)是本人在指导老师指导下取得研究结果。除了文中尤其加以注释和致谢地方外,论文(设计)中不包含其它人已经发表或撰写研究结果。和本研究结果相关全部些人所做出任何贡献均已在论文(设计)中作了明确说明并表示了谢意。署名: 年月日授权申明本人完全了解贺州学院相关保留、使用本科生毕业论文(设计)要求,即:学院有权保留并向国家相关部门或机构送交毕业论文(设计)复印件和磁盘,许
2、可毕业论文(设计)被查阅和借阅。本人授权贺州学院能够将毕业论文(设计)全部或部分内容编入相关数据库进行检索,能够采取影印、缩印或扫描等复制手段保留、汇编论文(设计)。本人论文(设计)中有原创性数据需要保密部分为:无。签 名: 年月日指导老师署名: 年月日目 录摘 要1前 言21 方案论证和设计31.1 总体方案设计思想31.2 单片机处理模块方案41.3 显示界面方案51.4 输入模块方案51.5 其它模块方案52 系统硬件设计62.1 总体硬件电路设计描述62.2 STC89C58RD单片机介绍62.3 单片机最小系统72.4 声光感应电路72.5 报警电路82.6 显示电路82.7 语音留
3、言电路92.8 红外探测电路92.9 扩展电路103 系统软件设计113.1 主程序步骤图113.2 显示界面子程序步骤图133.3 声光控制子程序步骤图133.4 门铃中止服务子程序步骤图144 调试144.1 硬件调试154.2 软件调试155 结论16参考文件17附 录18Abstract21致 谢22用单片机控制多功效门铃作 者 Tommy 指导老师 摘 要:本系统设计采取了宏晶科技企业型号为STC89C58RD单片机作为多功效门铃系统关键器件,由声光控制模块、显示模块、报警模块、语音留言模块、红外探测模块、温度测量模块、时钟模块等组成,依据声光控制模块和红外探测模块判定门外是否有些人
4、或不按门铃停留多久等信息,实现了控制楼道灯亮灭,报警等功效,假如房主不在家,客人能够经过留言模块向房主留言,房主能够经过放音按键即可听到客人留言。在实现了这些基础门铃功效之外,本设计还扩展了温度、时间实时显示在OLED显示器上功效,所以该系统含有功效丰富、实用性强等特点。关键词:单片机;传感器;OLED;语音留言模块;前 言门铃这个东西在中国古代极少提及,以前比较富裕大户人家通常全部在自己大门口上挂上好看门环,客人在叫门时候即可拍击环下门钉便可产生很大声响,可它只有来访者叫门作用。在现在“门铃”不仅仅是只存在富裕大户人家了,“门铃”应用早已在普一般通老百姓家里普及了。功效丰富多样门铃四处全部是
5、,门铃用途也不单单是给门外来客叫门用了。在市面上我们看见很大部分门铃能够分类归结为电子门铃,所谓电子门铃,顾名思义,就是用部分电子元件组成,经过电来驱动和运转。市场上大致存在这么几类电子门铃:一般电子门铃、对讲门铃、可视门铃、感应门玲。现在最昂贵也是科技含量最高便是智能门铃了,它能够替换房主和客人对话,也能经过电话信息等手段通知出门在外主人,甚至还能够统计来客相貌,当然防盗功效也是含有。想要设计一个既实惠又方便且含有人性化门铃,我们就必需对市场上门铃有个简单了解。一般电子门铃:通常我们一般家庭使用全部是这种价格比较实惠电子门铃,这种门铃体积比较小且很节能,驱动电源用两节三伏五号电池就能够了,响
6、铃声音通常,大家全部能接收。缺点是功效比较单一,就只有一个响铃叫门作用。外形设计也是中规中矩,大多数这类门铃外形设计是矩形,颜色也是一般白色,比较单调乏味。对讲门玲:在一般电子门铃上增加一个对讲功效即为对讲门铃,它特殊之处就是有个连线式接听话筒,来访者能够和户主隔着门对讲且声音也很清楚,不过这类门铃成本比较高,使通常用户不会选择这种对讲门铃,而另一个门铃恰好处理了成本高这个问题,那就是多户式对讲门铃,这种门铃通常全部是一栋楼全部用户公用,这么既能够降低每个用户费用,又能实现对讲功效,相对来说比较合理。可视门铃:伴随社会发展,科技进步,大家对门铃要求也是越来越高,既要求能够听到来访者声音,又要求
7、能够看到来访者相貌,于是部分厂家便设计出了可视门铃,不过这种很昂贵不说,实用性也不是很大,但它在色彩和外形设计上全部远远突破了保守传统门铃。综合以上几类门铃优缺点、市场拥有率、产品制作成本,本文提出了一个基于STC89C52单片机智能门铃设计方案,它是采取AT89C52单片机为关键器件,和DS1302、DS18B20、AT24C02、OLED、红外传感器、光敏电阻、咪头、矩阵键盘等器件模块共同组成硬件系统,在硬件系统中设有矩阵键盘和OLED显示器,OLED能够显示时间、温度等丰富信息,而经过矩阵键盘输入能够在多级菜单中查看自己想要知道内容,所以本文设计系统含有良好人机交互界面,功效多样,成本低
8、廉,含有宽广市场前景。1 方案论证和设计1.1 总体方案设计思想依据智能门铃多功效、人性化等特点,本文采取模块化设计,将本系统分为多个模块,分别为键盘输入模块,声光控制模块,显示模块、报警模块、语音留言模块、红外探测模块、温度测量模块、时钟模块。整个系统工作原理初步设定为:声光控制模块作为一个独立模块,当在白天时,该模块将不会对外界声响作出处理,也就不会控制楼道灯亮;当到晚上时,只要外界传来声音强度达成一个值时,该模块将会感应到外界声音,由单片机处理,将楼道灯点亮。红外探测模块实时探测门外是否有些人活动,当探测到人在门外时将会在OLED显示模块上显示闪烁“检测到人”字样,而且当有些人在门外超出
9、30S还不按门铃话,单片机将会触发报警模块,使其作出报警,报警时间为5秒;当客人在30s之内按了门铃,则单片机使报警系统在5分钟之内不进行门外有些人超出时间不按门铃报警。当房主不在家时,客人能够经过录音模块留言,房主回来时即能够经过留言模块放音键知道客人留言。系统在实现了门铃这些基础功效外,还应在其功效上增加时间显示、温度测量、房主提醒、生日提醒、闹钟设置等扩展功效。其各模块关系图1所表示。 单片机处理模块报警模块声光控制模块显示模块语音留言模块输入模块红外探测模块时钟模块温度测量模块图1 控制系统整体框图1.2 单片机处理模块方案本文采取单片机作为多功效门铃系统中心部件,它不仅是数据处理器,
10、又是协调整机工作控制器,所以选择一款型号适宜单片机显得尤为关键。方案一:采取ST企业生产STM32F103RBT6芯片,该芯片资源丰富,拥有128K容量Flash、20K容量静态随机存放器(SRAM)、2 个硬件SPI接口、3 个串口、1 个USB 接口、1 个CAN、2 个12 位模数转换器 、1个内置实时时钟 、多达51个能用IO口引脚,而且全部IO口全部能够作为外部中止。方案二:选择宏晶科技企业型企业生产STC89C58RD单片机,STC89C58RD是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含有32K字节能够反复擦写Flash只读程序存放器和1280个字节随机存取数据存放器(RAM
11、),兼容标准MCS-51指令系统,单片机内部置有通用8位中央处理器和Flash存放单元。方案比较:方案一STM32F103RBT6这是一款偏高等级32位单片机,处理速度极快,对于嵌入式应用和部分要求实时处理尤其强系统设计较为适宜,而对于通常应用就显得有点大材小用了,且该芯片价格较高,不太适合学生群体应用。方案二是一款偏低端8位单片机,对于通常系统设计应用该芯片资源足够,而且价格比较低廉适合学生群体采取,故选择方案二。1.3 显示界面方案方案一:选择数码管显示,这种方案只能显示数字,不能显示部分字符,不能显示汉字,和本系统设计要求不符。方案二:采取lcd1602作为显示,这种方案只能显示数字和字
12、符,且只能显示32个字符,和题目要求不符。方案三:采取lcd12864,带汉字字库128X64 是一个拥有4 位或8 位并行、2 线或3 线串行多个接口方法,内置国家标准一级、二级简体汉字字库点阵图形液晶显示模块;它分辨率为12864, 内部置有8192 个16*16 点汉字和128 个16*8 点ASCII 字符集.该模块接口方法灵活简单而且操作指令十分方便,所以完全能够利用这一点设计成全部是汉字友好UI交互界面。方案四:采取oled点阵显示器,该显示器分别率为12864,体积小,节能,能显示多个颜色,不过假如要显示字符和汉字等需要自己制作字库,写驱动程序。方案比较:首先方案一和方案二不能显
13、示汉字字符全部排除不采纳,方案三lcd12864体积太大,颜色单一,且价格比oled点阵显示器贵,故选择方案四。1.4 输入模块方案方案一:采取独立键盘,独立键盘硬件制作比较简单,且驱动程序也比很好写些,不过占用IO口比较多,不适适用于单片机处理器IO口较少,但又需要很多按键系统设计。方案二:采取矩阵键盘,矩阵键盘扫描程序比独立键盘复杂,但占用处理器IO口较少,而且有较多输入按键。方案比较:依据本系统设计扩展功效,如生日提醒、闹钟设置、房主提醒均需要很多按键设置,故选择方案二。1.5 其它模块方案对于时钟模块、温度测量模块、红外探测模块、语音留言模块全部没有什么特殊要求,均采取市场上比较流行产
14、品,分别为DS1302、DS18B20、HC-SR501、ISD1760关键器件组成。2 系统硬件设计2.1 总体硬件电路设计描述多功效门铃设计硬件电路包含单片机最小系统、红外探测电路、语音留言电路、报警电路、显示电路、继电器驱动电路、声光控制电路、矩阵键盘输入电路、时钟电路、温度测量电路、AT24C02数据保留电路等。由红外探测电路、语音留言电路、报警电路、继电器驱动电路、声光控制电路等实现门铃部分基础功效,如红外线探测门外是否有些人,超出要求时间不按门铃报警,声音和光线控制楼道灯亮灭,客人留言给不在家户主等功效。而矩阵键盘输入电路、时钟电路、温度测量电路、AT24C02数据保留电路、显示电
15、路等全部是为门铃系统设计扩展功效服务,如时间和温度显示,闹钟和生日提醒等功效。它们功效既是独立,也是有机整合一起相互影响。现将各硬件电路介绍以下。2.2 STC89C58RD单片机介绍STC89C58RD单片机是一个功耗低、性能高CMOS8位微控制处理器,含有容量多达32K字节Flash 存放器。在该芯片内部置有灵巧8位中央处理器和在线系统可编程Flash,能够为大多数嵌入式控制应用系统提供有效处理方案。 它含有以下标准参数:32K字节Flash,1280字节RAM数据存放器,32个IO端口,1个看门狗定时器,3个16位可编程定时/计数器中止,2个可编程外部中止,共有8个中止源,1个全双工串行
16、口。STC89C58RD引脚说明图2所表示。图2 STC89C58RD引脚2.3 单片机最小系统单片机最小系统是由复位电路,时钟电路,单片机三部分组成。51单片机最小系统电路图3所表示。 图3 51单片机最小系统2.4 声光感应电路该模块电路关键由驻极体话筒、三极管、lm358p运放、光敏电阻等元器件组成。具体工作原理:光控部分为当白天光照强度强时,光敏电阻阻值很小,则在运放反相输入端输入高电平,输入高电平和设置参考电压一比较,运放输出低电平;同理,当在晚上时光敏电阻阻值变大,在运放反相输入端输入低电平,和参考电压比较,运放输出高电平。声控部分:当有声音时,微弱信号经过三极管放大变成高电平,和
17、设置参考电压比较,运放输出低电平,同理,当没有声音时,运放输出高电平。由单片机判定光控部分和声控部分输出高低电平,从而让单片机控制楼道灯白天灯灭不受声音控制,晚上依据有没有声音来控制楼道灯亮灭。声光感应电路图4所表示。图4 声光感应电路图2.5 报警电路 报警电路关键由8550三极管、蜂鸣器等组成,其工作原理为当在该电路基极输入端输入低电平时,三极管饱和导通,促进蜂鸣器发声。其电路图5所表示。图5 报警电路2.6 显示电路显示电路关键元件采取是成品模块oled点阵显示器,该显示器含有高分辨率、超小体积、超广可视角、超低功耗、兼容三伏和五伏IO电平等优点,兼容3.3V和5V控制芯片I/O电平高分
18、辨率高分辨率高分辨率,,可由单片机模拟SPI总线控制驱动该显示器。oled点阵显示器实物图图6所表示。图6 oled点阵显示器2.7 语音留言电路语音留言电路采取ISD1760芯片,ISD1700系列是华邦企业最新生产高质量语音录放芯片,该系列芯片含有很多新功效,如多信息管理系统,双运作模式和可定制信息操作指示音效。在该系列芯片内部含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器和内存等。它录放音次数可达十万次,储存数据在断电情况下能够保留一百年以上。控制方法和录音输入方法和放音输出方法全部有两种,最多能够处理255段信息,含有多种多样工作状态提醒,不一样采样频率对应着不一样录放时间
19、,该系列芯片含有音质清楚、应用广泛、价格实惠等特点。该语音留言电路图7所表示。图7 语音留言电路2.8 红外探测电路该电路采取是HC-SR501人体红外感应模块,HC-SR501人体红外感应模块是基于红外线技术自动控制模块,采取原装进口探头设计,灵敏度高,可靠性强,超低电压工作模式,广泛应用于各类自动感应电器设备,尤其是干电池供电自动控制产品。其工作原理:当有些人在感应区域内活动时则输出高电平,人离开了感应区域则输出低电平。它含有功耗低、工作电压范围宽、全自动感应等特点。HC-SR501人体红外感应模块实物图8所表示。图8 HC-SR501人体红外感应模块HC-SR501是基于红外线技术自动控
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