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語音無線門鈴方案開發(fā)
在現(xiàn)代家庭和辦公場所中，無線門鈴和無線防盜報警器已廣為應(yīng)用，但目前市面上所售無線門鈴以簡易型居多，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，很多時候不能滿足人們的需求。隨著微電子技術(shù)、無線技術(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，更人性化的無線遙控音樂門鈴需求不斷增加。
一、無線門鈴系統(tǒng)總體設(shè)計方案
無線門鈴系統(tǒng)主要以單片機(jī)為控制核心，以無線通信模塊為信息傳輸通道，利用語音芯片進(jìn)行語音應(yīng)答。單片機(jī)主要采用抗干擾能力、性價比較高的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)出信號請求時，主控制器會以無線通信的傳輸方式，將請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、語音提示單元、電源供電單元和無線傳輸單元五部分；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，通過無線傳輸單元向室內(nèi)從控單元發(fā)送呼叫信息，從控單元接收到呼叫信息后，通過蜂鳴器發(fā)出報警聲，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。應(yīng)答信號經(jīng)無線傳輸單元發(fā)送給主控單元，并由語音提示單元發(fā)出不同的提示音，提示來訪客人。本系統(tǒng)采用無線傳輸，不但減少了導(dǎo)線連接帶來的麻煩，而且不會影響室內(nèi)美觀；使用人體感應(yīng)單元感知室內(nèi)是否有人，用語音提示電路對屋內(nèi)情況給予屋外來訪者應(yīng)答信號，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、無線門鈴系統(tǒng)硬件設(shè)計
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.無線通信模塊的選擇。由于家庭或辦公場所屋內(nèi)與屋外的距離可達(dá)100米左右，并且通信時要穿透房間、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線傳輸模塊。本系統(tǒng)采用nRF905無線通信模塊作為無線門鈴系統(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ISM頻道。
3.語音芯片的選擇。采用可編程的語音錄制芯片ISD4004。可根據(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，但對于音頻信號來說，需要足夠大的功率才能使聲音更加清晰，因此，在語音芯片輸出端一定要將信號進(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．人體檢測傳單元的設(shè)計。采用紅外漫發(fā)射式光電開關(guān)，型號為E18-D80NK，工作電壓為5 V直流電壓，可與單片機(jī)共用一個電源電壓。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。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)。
5．按鍵應(yīng)答電路設(shè)計。本系統(tǒng)采用按鍵作為對信息請求的應(yīng)答方式，共設(shè)三個功能按鍵，功能分別為：按鍵S1為提示從機(jī)向主機(jī)發(fā)送“馬上來”的語言信息，按鍵S2提示“正在忙，請稍后”的語音信息，按鍵S3提示“屋內(nèi)無人”的語音信息。綜上所述：本課題的制作采用型號為ATmega8L的單片機(jī)作為控制芯片、無線通信模塊采用nRF905無線通信模塊進(jìn)行通信、聲音提示模塊采用ISD4004語音芯片傳達(dá)語音信息、檢測裝置采用紅外漫發(fā)射式傳感器，通過這四大模塊來組成基于AVR單片機(jī)設(shè)計的無線門鈴系統(tǒng)。
三、無線門鈴系統(tǒng)軟件設(shè)計
1．主機(jī)控制程序。檢測是否有按鍵按下，如果沒有，等待并繼續(xù)檢測；如果有，調(diào)用語音程序，通過喇叭響應(yīng)30 s設(shè)定音樂，并調(diào)用無線收發(fā)模塊程序，向從機(jī)發(fā)送請求信號，等待從機(jī)應(yīng)答，若檢測到從機(jī)給予應(yīng)答信號，根據(jù)反饋的信號通過語音程響應(yīng)相應(yīng)的語音提示。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：通過無線收發(fā)程序檢測主機(jī)是否發(fā)送請求，若沒有，等待并繼續(xù)檢測；若檢測到請求，響應(yīng)蜂鳴器聲音進(jìn)行提示，檢測人體紅外傳感器信號是否為低電平，若是，掃描功能按鍵是否按下，根據(jù)按鍵對應(yīng)的控制端口的高低電平變化判斷按下哪個功能按鍵并通過無線收發(fā)程序向主機(jī)發(fā)送相應(yīng)信號；若檢測信號為高電平，則通過無線收發(fā)模塊向主機(jī)發(fā)送“屋內(nèi)無人”的信息。從機(jī)流程圖如圖3所示。
開機(jī)初始化之后，通過無線收發(fā)程序檢測主機(jī)是否發(fā)送請求，若沒有則等待并繼續(xù)檢測；若檢測到請求，蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行提示，檢測人體紅外傳感器信號是否為高電平，若檢測信號為高電平，說明未檢測到人體信號，持續(xù)檢測，并判斷時間是否達(dá)到30 s,當(dāng)時間達(dá)到30 s仍未檢測到人體信號時，通過無線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“屋內(nèi)無人”的信息。若檢測到人體紅外傳感器信號為低電平，說明檢測到人體信號，程序繼續(xù)向下執(zhí)行，掃描功能按鍵S1是否按下，若按下，通過無線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“馬上來”信息；若未按下，繼續(xù)掃描功能按鍵S2是否按下，若按下，通過無線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“正在忙，請稍候”信息；若未按下，繼續(xù)掃描功能按鍵S3是否按下，若按下，通過無線傳輸單元向主機(jī)發(fā)送“屋內(nèi)無人”信息；若未按下，則程序結(jié)束。
本文通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)了無線門鈴設(shè)計，利用無線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)了主從控制系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸，使得無線數(shù)據(jù)傳輸減少了導(dǎo)線連接帶來的麻煩，而且不會影響室內(nèi)美觀；利用人體檢測傳單元實(shí)現(xiàn)了人體感知，語音芯片完成人性化的語音提示功能，使用語音提示電路對屋內(nèi)情況給予屋外來訪者應(yīng)答信號，使屋外能夠準(zhǔn)確得知屋內(nèi)是否有人。此系統(tǒng)操作方便簡單，使我們的生活更加人性化、智能化。
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