【基于单片机的多功能门铃设计6100字（论文）】

基于单片机的多功能门铃设计摘要门铃在我们日常生活中至关重要，现如今，人们的关注点在于怎样提高门铃的整体性，提升其智能化程度，并能够其更好的应用到生活来。现在市场上的门铃存在着功能单一、操作繁琐和价格昂贵等这些缺点。因此，研发出价格低廉、安装简单、性能完善的智能家用门铃，已经成为迫切需要解决的问题。本文是基于单片机控制技术、红外感测技术和语音控制技术设计的一款多功能门铃控制系统。本设计由单片机STC89C52构成核心控制电路。该系统由LCD1602显示电路，ISD1820语音录放电路，DSI302时钟电路等部分构成。该系统在正常情况下能够实现以下功能：在待机状态下，液晶显示屏上能够显示年、月，星期等时间信息;如果有访客来访，只需按下门铃键，门铃便响起;当主人不在家时，客人也能进行语音留言，待户主回来查看；若户主想要为来访者提供照明条件，只需按下开灯键即可；若有人想要非法进入，报警器就会进行报警功能。此次研究设计的多功能门铃系统，其拥有简单的结构，以及较低的成本，满足了家居智能化管理的需求，从而有效的提升了家居信息管理的整体水平。

关键词：单片机；多功能门铃；LCD;语音录放1绪论1.1国内外研究动态现如今，科学技术发展得越来越好了，所以计算机小型化已经成为了当今时代的主流趋向，也正因为如此，单片机技术成为了自动控制技术的核心之一。单片机是一种在芯片上集成了由多种功能部件所组成的能够实现一定功能完整的微型计算机。单片机具有体积小、性价比高、功能强大等优点，并能够广泛应用于我们的日常生活中中，它广泛应用于工业智能控制系统、数据采集及记录、智能机器人等许多领域，与此同时它也打破了单片机传统的区分概念。微型计算机技术的开发及应用是能够用来衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。这么长时间以来，随着人们对智能楼宇的深入研究，门铃系统已经成为智能办公室和智能化小区的重要组成部分，也一直被大家所喜爱和接受。安全性、先进性、易操作性、可靠性、实用性等成为了多功能门铃具有的优势，同时也方便了人们的日常生活。在现实生活中，人们更多的是选择门铃系统，而不是传统的钥匙去管理各个渠道。多功能门铃已被人们所接受和认同，而门铃系统也在近几年得到了快速发展。1.2国内外研究意义随着社会经济的快速发展，大家越来越不满足于现有的居住条件，而更多的是追求质量。同时人们对自身居住的环境和安全性要求得也越来越高。为了满足大众的需求，市场也正一直加快脚步实现智能化和人性化。然而，本次次课程设计是由单片机控制实现的多功能门铃系统设计，功能多样。它具有录音功能，如果户主不在家，仍然可以所需传达消息；具备报警功能，并能够及时能发出警报的声音；能够进行按键照明功能操作，为来访客人提供照明的条件；门铃在待机状态下可以显示日期、时间等提示信息并能够进行修改。伴随着微电子技术的迅猛发展，单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单片机具有体积小、功能全、性价比高等诸多特点，并在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理等各方面领域的应用中具有重要的作用。而电子万年历作为电子类小设计不仅在市场上更受欢迎，也是是单片机实验中一个很常用的设计。数字显示的日历钟已经越来越普遍，特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用，壁挂式LED数码管显示的日历钟逐渐受到人们的欢迎。LCD数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视，并且还可以扩展出多种功能。在城市居民的日常生活中，防盗门上的门铃用的比较频繁，而且这种门铃不具备留言功能，这给用户的日常生活带来了诸多不便。例如物业有什么信息想向业主传达，如果业主正好外出，此时消息就会被耽搁。除此之外，这种门铃具备报警功能，这样一来，就可以阻止那些有不轨企图的人非法进入，使得自身的安全得到了有效保障。因此，对多功能门铃系统的研究是一件非常有意义的事情。2总体方案设计此次设计选用的是单片机STC89C52，单片机具有灵活的编程设计和丰富的I/O口，可用来实现多功能门铃的各项功能。根据门铃多功能、人性化等特点，采用模块化设计，将系统分为多个模块，主要分为按键输入模块、时钟复位模块、语音模块、LCD显示模块、红外报警模块。系统设计时需注意的问题:

(1)各硬件电路的连接;

(2)各功能模块的使用规则。

多功能门铃系统的硬件电路图如图2.1所示图2.1设计框图Figure2.1Designblockdiagram3硬件电路设计3.1单片机的选型

方案一:单片机STC89C52

此单片机拥有8K字节的ROM;512字节的RAM:并自带有2K字节的EEPROM存储空间。

方案二:单片机AT89C51

此单片机具有8K字节的ROM;256字节的RAM;不带有EEPROM存储空间;

从上述两个方案可以看出，STC89C52性能比AT89C51性能要优越，且STC89C52支持USB转串口下载。可见，选择单片机STC89C52更好。

3.2STC89C52最小系统电路STC89C52是一种具有8位CPU和可编程的储存空间，它可以让大部分嵌入式示给予灵活高效的处理方式。该芯片具有如下诸多功能:8K字节的内存空间，512字节的RAM,以及拥有4字节的I/O口，看门狗设置等。其不是按双列直插式的方式进行的，有40个引脚，其引脚图如图3.2所示，现对其引脚功能进行介绍。图3.1STC89C52引脚图Figure3.1STC89C52PindiagramP0.0~P0.7:P0口是一个8位的双向线路，它的地址是80h,位地址空间是80h-87h.其输出孔子方式是通过置1或者0，当置0时，输出电平为0，,当置1时，输出即为高电平，可以将其视为高阻输入。P1.0-P1.7:P1口地址90h,位地址空间是90h~97H。P1口仅仅能作为平常的数据I/O口使用，当P1口作为输入口使用时，锁存器需要先写1,把输出驱动电路场效应晶体管(FET)闭合，使口线引脚被升高哦为高电平。如果输入是1,则引脚维持高电平:如果输入为0,则引脚被降低至低电平。P2.0-P2.7:P2口地址A0h,位地址的空间为A0h~A7h。P2口能够按照需求不仅能够用作I/0端口，并能够用作高位地址线。P3.0~P3.7:P3口地址B0h,位地址空间为B0h~B7h.P3口可以在设计方面作为I/O口来用，在一般情况下，它大多时候用作功能信号口。其功能如下所示:RXD(P3.0):串行数据接收TXD(P3.1):串行数据输出INT0(P3.2):外部中断INTOINTl(P3.3):外部中断INTIT0(P3.4):用作外部输入(定时器/计数器0)T(P3.5):用作外部输入(定时器/计数器1)WR(P3.6):控制外部RAM(数据存储器)的写3.2.1时钟电路时钟芯片DS1302使用串行数据进行传输，能够给掉电防护电源带来能够编程的充电的作用，而且能使得充电功能闭合，它采用的是32.768Hz晶振。单片机通过时序便能够读出时钟芯片内部的相关时间信息。图3.2时钟电路Figure3.2Clockcircuit3.2.2复位电路

复位是对单片机的硬件进行初始化的必要步骤。单片机系统的正常运作的必要条件就是单片机进行了复位操作。复位除了保证系统的正常运作外，当程序运行出错或者单片机进入死锁状态时，复位操作对系统的重新启动起着重要的作用。为了能使复位功能正常进行，要把RST引脚维持在高电平不低于2个机器周期，而且为了使上电复位的可靠性得到保障，RST引脚置高电平的时间需大于等于2个机器周期的时间加上振荡器启动的时间(几亳秒），复位成功后，系统的振荡器便以12时钟模式进行运行。复位后，单片机的程序计数器(PC)和其他寄存器的状态如表3.3所示。除此之外，我们还要注意复位对单片机的内部RAM无任何影响，复位时，ALE和PSEN两引脚都输出高电平。该系统复位电路如图3.3所示。图3.3复位电路Figure3.3Resetcircuit3.3LCD显示电路设计LCD1602是以点阵式的方式进行显示的，因能够显示字母、数字、符号等符号而被广泛应用于单片机系统，目前市场上销售的显示屏有16*1行，16*2行，20*2行以及40*2行等规格的。在该门禁系统中，我们用到的就是1602液晶显示器。如图3.2所示。用STC89C52的P0口作为数据线，用P1.2、P1.1、P1.0分别作为LCD的EN、R/W、RS。其中EN是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号。图3.4液晶显示模块Figure3.4LCDmodule3.4按键电路设计按键模块使用的是多位独立按键，按键一端接IO口，一端接地，由于单片机的IO口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO检测到的时候高电平，当按键按下的时候，相当于IO短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不同时刻的IO口状态就可以判断按下的是那个按键。图3.5按键电路Figure3.5Keyboardcircuit3.5红外探测电路红外探测电路采用的是HC-SR501人体红外感应模块，它是基于红外线技术的自动控制模块，采用原装进口探头设计，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，尤其是干电池供电的自动控制产品。其工作原理:若在感应区域内能够检测到人体活动，则输出的是高电平，当人离开感应区域则输出的是低电平。它具备功耗低、工作电压范围宽、全自动感应等优势。HC-SR501人体红外感应模块实物如图3.7所示。图3.6人体红外释热电实物图Figure3.6Humaninfraredthermoelectricalreality3.6报警电路设计蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用三极管开关电路来驱动。本处选用的是8550三极管，它是一个PNP型的三极管，当基极给低电平的时候三极管导通，这时候蜂鸣器发声，当给高电平的时候，三极管关闭，蜂鸣器不发声。图3.7报警电路Figure3.7Alarmcircuit3.7温度检测电路设计其中DQ口为该芯片的数据口，单片机通过读取改口的信息可以得出实时的温度值，由于DS18B20是单线通信，即发送和接收都是通过通信脚来进行。其接收时高阻输入，其发送时是开漏输出，即输出0时通过三极管下拉为低电平，而输出1时，则为高阻，需要外接上拉电阻将其拉为高电平，因此是需要外接上拉电阻，否则无法输出1。图3.8温度检测电路Figure3.8Temperaturedetectioncircuit4系统软件设计4.1主程序设计单片机上电后先进行初始化，清除一些参数的初值，然后把当前的一些时间信息，例如年月日时间等参数，然后判断当前时间是否与所设定一致，一致则驱动闹钟发声，接着读取温度信息，最后把时间信息显示在液晶屏幕上，单片机在每个循环都会检测用户是否按键按键，按下则进入按键扫描子程序进行相关参数的设定。图4.1主程序Figure4.1Mainprocedures4.2时钟模块设计一开始先让时钟芯片的复位引脚置高进而启动一次数据传送工作，接着写一位命令字节，接着给SCLK发送脉冲信号，一致循环直到发送8个命令字节为止。接着是写数据进时钟芯片，首先先写入一位数据字节，然后给SCLK引脚发送脉冲，一致循环写入8次，这样就可以把数据写入，最终使复位引脚变低，这样就可以完成一次时钟芯片的一次操作。图4.2时钟模块流程图Figure4.2FlowchartofClockModule4.3键盘扫描程序设计当进入到扫描子函数以后，先后判断按下的按键是按键1~4的哪个，进行相应的操作，如果是按下按键一的时候，首先单片机判断现在是否处于闹钟闹铃状态，如果是的话，则清楚闹钟标志位，相当于取消闹钟发声，如果不是则令变量gFunctioncount加1，进入时间设置界面。图4.3键盘扫描程序流程图Figure4.3FlowchartofKeyboardScanner4.4LCD1602初始化首先先调用液晶自定义的字库，设置好DDRAM地址后在第一行显示，根据程序中的数据设置显示数据的首地址并设置循环量，在循环过程中不断的取字符代码直到终止，第二行的显示过程同一行的显示过程一样，两行显示完毕后便结束子程序。图4.4LCD1602初始化流程图Figure4.4LCD1602InitializationFlowchart4.5温度检测进入温度读取子函数的时候，首先初始化DS18B20的参数，单片机发送跳过ROM命令给DS18B20，然后发送温度转换命令等待转换完毕后，单片机在再次初始化DS18B20，发送跳过ROM命令后把得到的温度放到缓冲区，最后调用温度处理子程序存储温度值。图4.5温度检测流程图Figure4.5FlowchartofTemperatureDetection5实物制作与系统调试5.1实物制作根据本次程序设计的要求，制作出实物。根据电路图的原理，作品原理图如下图5.1和图所示。通过把所有的元件都焊接好在万用板上后，组装成一个成品，图5.2是本设计的实物图。图5.1系统原理图Figure5.1Schematicdiagramofthesystem图5.2系统实物图Figure5.2Physicaldiagramofthesystem5.2硬件调试第一步：硬件电路板在通电之前前，应将数字万用表检测电路，看有没有短路断路的现象存在，并细致的查看各每个元器件的型号和引脚的焊接顺序是否准确。特别要注意检查是不是把电源给接错或短路了，对于那些有极性的元器件是否把极性的引脚接反了，如二极管和电解电容此类极性元件的引脚是否接对了，集成电路和晶体管的引脚是否焊接正确了，还要慢慢地压一下元器件，看是不是不固定，等等，以上就是需要检查注意的地方。该系统在硬件调试的初始阶段就出现过声光控制模块不起作用，不能根据声音和光照度的变化产生有效的高低电平变化，使单片机不能获取传感器感应的信息也就失去了声光控制的能力，后来经过仔细检查，发现是声光控制模块当中的信号放大电路的关键元件三极管引脚接错了，把三极管的引脚接正确后，声光控制模块能够正常实现功能。

第二步:接通电源之后，首先看看电路板是否出现异常的现象，比如电路板冒出烟雾、难闻的气味、放电的声光、器件发热发烫等。假如有这些现象，不要慌张，应当马上断开电源，等故障排除后再闭合电源。我在按照上文提到的一二步来进行硬件调试时候，发现用来驱动蜂鸣器发声的三极管有发烫的现象，我立马关闭电源，检查电路发现原来把该三极管的发射极引脚接到电源电压上了，导致三极管被烧坏，换了一个三极管并且把引脚接正确后，三极管正常工作，能够驱动蜂鸣器发声。在检查继电器的驱动电路之后，发现继电器不能由单片机控制吸合或断开，经过仔细检查发现继电器的驱动电路没有加上:拉电阻，导致放大的驱动电流不能够驱动继电器，加了一个10K阻值的电阻后，继电器驱动电路正常。

5.3软件调试软件调试有两种方法，第一种方法为在线调试，第二种方法为离线调试。第-种方法一一般需要仿真系统的支持,而第二种方法不需要硬件仿真器,直接借助软件仿真器即可;而在本次系统设计中，我用的是keil开发平台来调试的，借助于keil软件的单步或跟踪调试的功能，检查出各个程序模块的错误并在修改正确之后，再开始统调程序。

6总结经过这几个月的努力，我利用单片机STC89C52作为核心控制系统完成了多功能

门玲系统设计的任务，并能够在学校毕业设计所要求的期限内按时完成了本次设计。该设计不但能够给来访者带来便利，能够给主人进行语音留言，而且人们也再也不用担心因家中没人而错过任何来访者的信息。该门玲系统不但简单便捷，而且能够提高人们的生活品质，大大地方便了人们的生活。

通过这次毕业设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。经过我长时间的设计及调试，本系统基本能实现万年历系统的所有功能。不足之处有：1.硬件的稳定性有待进一步提高；2.系统界面人性化还不足。我的综合设计主要涉及硬件和软件两方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。首先硬件方面，基本掌握了Protel99SE原理