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語(yǔ)音無(wú)線門鈴方案開發(fā)
在現(xiàn)代家庭和辦公場(chǎng)所中，無(wú)線門鈴和無(wú)線防盜報(bào)警器已廣為應(yīng)用，但目前市面上所售無(wú)線門鈴以簡(jiǎn)易型居多，即遙控器與接收器間的數(shù)據(jù)傳輸采用非編碼式，這種無(wú)線門鈴生產(chǎn)成本低，但功能少，使用不方便且性能欠佳，很多時(shí)候不能滿足人們的需求。隨著微電子技術(shù)、無(wú)線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的大幅度提高，功能更多、性能更好，更人性化的無(wú)線遙控音樂門鈴需求不斷增加。
一、無(wú)線門鈴系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
無(wú)線門鈴系統(tǒng)主要以單片機(jī)為控制核心，以無(wú)線通信模塊為信息傳輸通道，利用語(yǔ)音芯片進(jìn)行語(yǔ)音應(yīng)答。單片機(jī)主要采用抗干擾能力、性價(jià)比較高的AVR單片機(jī)。室外的控制芯片設(shè)為主控制器，室內(nèi)的控制芯片設(shè)為從控制器，當(dāng)主控制器向從控制器發(fā)出信號(hào)請(qǐng)求時(shí)，主控制器會(huì)以無(wú)線通信的傳輸方式，將請(qǐng)求信息傳送到主控制器；主控制器根據(jù)室內(nèi)狀況以及按下按鈕狀況，給予相應(yīng)的響應(yīng)信息。為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信息傳遞的可靠性，無(wú)線通信模塊和傳感器模塊主要采用集成數(shù)字模塊。
本系統(tǒng)包括室外主控單元和室內(nèi)從控單元兩部分。室外主控單元包括主控制器、門鈴按鈕單元、語(yǔ)音提示單元、電源供電單元和無(wú)線傳輸單元五部分；室內(nèi)從控單元包括：從控制器、蜂鳴器提示單元、按鍵應(yīng)答單元、人體感應(yīng)單元、無(wú)線傳輸單元、電源供電單元六部分。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
主控單元接收到門鈴按鈕呼叫時(shí)，通過(guò)無(wú)線傳輸單元向室內(nèi)從控單元發(fā)送呼叫信息，從控單元接收到呼叫信息后，通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，并根據(jù)室內(nèi)是否有人以及主人是否方便接待，給出不同的應(yīng)答信號(hào)。應(yīng)答信號(hào)經(jīng)無(wú)線傳輸單元發(fā)送給主控單元，并由語(yǔ)音提示單元發(fā)出不同的提示音，提示來(lái)訪客人。本系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸，不但減少了導(dǎo)線連接帶來(lái)的麻煩，而且不會(huì)影響室內(nèi)美觀；使用人體感應(yīng)單元感知室內(nèi)是否有人，用語(yǔ)音提示電路對(duì)屋內(nèi)情況給予屋外來(lái)訪者應(yīng)答信號(hào)，使屋外能夠準(zhǔn)確得知屋內(nèi)是否有人以及主人是否方便接待，使用方便。
二、無(wú)線門鈴系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.主控芯片選擇。系統(tǒng)的控制器采用AVR系列的Atmega8L單片機(jī)。ATmega8L是一種特殊的單片機(jī)，芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，具有系統(tǒng)內(nèi)可編程特性。這些特點(diǎn)使其性價(jià)比很高，而且在穩(wěn)定性、抗干擾性以及靈活性方面考慮得更加周全和完善。
2.無(wú)線通信模塊的選擇。由于家庭或辦公場(chǎng)所屋內(nèi)與屋外的距離可達(dá)100米左右，并且通信時(shí)要穿透房間、門、窗戶等，所以要求傳輸能力和穿透能力比較強(qiáng)，需要選用工作頻率比較低的無(wú)線傳輸模塊。本系統(tǒng)采用nRF905無(wú)線通信模塊作為無(wú)線門鈴系統(tǒng)的信息傳輸通道，工作電壓為3.3~3.6 V，因此，由HT7533芯片組成3.3 V的輸出電壓，為nRF905模塊提供電源電壓。此模塊工作于433/868/915 MHz3個(gè)ISM頻道。
3.語(yǔ)音芯片的選擇。采用可編程的語(yǔ)音錄制芯片ISD4004?？筛鶕?jù)不同需求發(fā)出不同的指定的提示聲音和音樂，而且音效比較好，聲音比較悅耳。語(yǔ)音芯片的輸出端應(yīng)連接能夠發(fā)出聲音的揚(yáng)聲器，但對(duì)于音頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，需要足夠大的功率才能使聲音更加清晰，因此，在語(yǔ)音芯片輸出端一定要將信號(hào)進(jìn)行功率放大，采用音頻功率放大器LM386芯片，功率放大輸出后才能接到揚(yáng)聲器上，使發(fā)出的聲音清晰飽滿。
4．人體檢測(cè)傳單元的設(shè)計(jì)。采用紅外漫發(fā)射式光電開關(guān)，型號(hào)為E18-D80NK，工作電壓為5 V直流電壓，可與單片機(jī)共用一個(gè)電源電壓。這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)。
5．按鍵應(yīng)答電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用按鍵作為對(duì)信息請(qǐng)求的應(yīng)答方式，共設(shè)三個(gè)功能按鍵，功能分別為：按鍵S1為提示從機(jī)向主機(jī)發(fā)送“馬上來(lái)”的語(yǔ)言信息，按鍵S2提示“正在忙，請(qǐng)稍后”的語(yǔ)音信息，按鍵S3提示“屋內(nèi)無(wú)人”的語(yǔ)音信息。綜上所述：本課題的制作采用型號(hào)為ATmega8L的單片機(jī)作為控制芯片、無(wú)線通信模塊采用nRF905無(wú)線通信模塊進(jìn)行通信、聲音提示模塊采用ISD4004語(yǔ)音芯片傳達(dá)語(yǔ)音信息、檢測(cè)裝置采用紅外漫發(fā)射式傳感器，通過(guò)這四大模塊來(lái)組成基于AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)的無(wú)線門鈴系統(tǒng)。
三、無(wú)線門鈴系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1．主機(jī)控制程序。檢測(cè)是否有按鍵按下，如果沒有，等待并繼續(xù)檢測(cè)；如果有，調(diào)用語(yǔ)音程序，通過(guò)喇叭響應(yīng)30 s設(shè)定音樂，并調(diào)用無(wú)線收發(fā)模塊程序，向從機(jī)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，等待從機(jī)應(yīng)答，若檢測(cè)到從機(jī)給予應(yīng)答信號(hào)，根據(jù)反饋的信號(hào)通過(guò)語(yǔ)音程響應(yīng)相應(yīng)的語(yǔ)音提示。主機(jī)流程圖如2所示。
2．從機(jī)控制程序。從機(jī)的主程序思路：通過(guò)無(wú)線收發(fā)程序檢測(cè)主機(jī)是否發(fā)送請(qǐng)求，若沒有，等待并繼續(xù)檢測(cè)；若檢測(cè)到請(qǐng)求，響應(yīng)蜂鳴器聲音進(jìn)行提示，檢測(cè)人體紅外傳感器信號(hào)是否為低電平，若是，掃描功能按鍵是否按下，根據(jù)按鍵對(duì)應(yīng)的控制端口的高低電平變化判斷按下哪個(gè)功能按鍵并通過(guò)無(wú)線收發(fā)程序向主機(jī)發(fā)送相應(yīng)信號(hào)；若檢測(cè)信號(hào)為高電平，則通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊向主機(jī)發(fā)送“屋內(nèi)無(wú)人”的信息。從機(jī)流程圖如圖3所示。
開機(jī)初始化之后，通過(guò)無(wú)線收發(fā)程序檢測(cè)主機(jī)是否發(fā)送請(qǐng)求，若沒有則等待并繼續(xù)檢測(cè)；若檢測(cè)到請(qǐng)求，蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行提示，檢測(cè)人體紅外傳感器信號(hào)是否為高電平，若檢測(cè)信號(hào)為高電平，說(shuō)明未檢測(cè)到人體信號(hào)，持續(xù)檢測(cè)，并判斷時(shí)間是否達(dá)到30 s,當(dāng)時(shí)間達(dá)到30 s仍未檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，通過(guò)無(wú)線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“屋內(nèi)無(wú)人”的信息。若檢測(cè)到人體紅外傳感器信號(hào)為低電平，說(shuō)明檢測(cè)到人體信號(hào)，程序繼續(xù)向下執(zhí)行，掃描功能按鍵S1是否按下，若按下，通過(guò)無(wú)線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“馬上來(lái)”信息；若未按下，繼續(xù)掃描功能按鍵S2是否按下，若按下，通過(guò)無(wú)線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“正在忙，請(qǐng)稍候”信息；若未按下，繼續(xù)掃描功能按鍵S3是否按下，若按下，通過(guò)無(wú)線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“屋內(nèi)無(wú)人”信息；若未按下，則程序結(jié)束。
本文通過(guò)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)了無(wú)線門鈴設(shè)計(jì)，利用無(wú)線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)了主從控制系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，使得無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸減少了導(dǎo)線連接帶來(lái)的麻煩，而且不會(huì)影響室內(nèi)美觀；利用人體檢測(cè)傳單元實(shí)現(xiàn)了人體感知，語(yǔ)音芯片完成人性化的語(yǔ)音提示功能，使用語(yǔ)音提示電路對(duì)屋內(nèi)情況給予屋外來(lái)訪者應(yīng)答信號(hào)，使屋外能夠準(zhǔn)確得知屋內(nèi)是否有人。此系統(tǒng)操作方便簡(jiǎn)單，使我們的生活更加人性化、智能化。
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