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智能家居

語音無線門鈴系統開發


在現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據傳輸采用非編碼式,這種無線門鈴生產成本低,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、無線技術和網絡技術的飛速發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、無線門鈴系統總體設計方案

無線門鈴系統主要以單片機為控制核心,以無線通信模塊為信息傳輸通道,利用語音芯片進行語音應答。單片機主要采用抗干擾能力、性價比較高的AVR單片機。室外的控制芯片設為主控制器,室內的控制芯片設為從控制器,當主控制器向從控制器發出信號請求時,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;主控制器根據室內狀況以及按下按鈕狀況,給予相應的響應信息。為了增加系統的穩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字模塊。

本系統包括室外主控單元和室內從控單元兩部分。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;室內從控單元包括:從控制器、蜂鳴器提示單元、按鍵應答單元、人體感應單元、無線傳輸單元、電源供電單元六部分。系統框圖如圖1所示。

圖1 無線門鈴系統框圖

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從控單元發送呼叫信息,從控單元接收到呼叫信息后,通過蜂鳴器發出報警聲,并根據室內是否有人以及主人是否方便接待,給出不同的應答信號。應答信號經無線傳輸單元發送給主控單元,并由語音提示單元發出不同的提示音,提示來訪客人。本系統采用無線傳輸,不但減少了導線連接帶來的麻煩,而且不會影響室內美觀;使用人體感應單元感知室內是否有人,用語音提示電路對屋內情況給予屋外來訪者應答信號,使屋外能夠準確得知屋內是否有人以及主人是否方便接待,使用方便。

二、無線門鈴系統硬件設計

1.主控芯片選擇。系統的控制器采用AVR系列的Atmega8L單片機。ATmega8L是一種特殊的單片機,芯片內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路,具有系統內可編程特性。這些特點使其性價比很高,而且在穩定性、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與屋外的距離可達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,需要選用工作頻率比較低的無線傳輸模塊。本系統采用nRF905無線通信模塊作為無線門鈴系統的信息傳輸通道,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。可根據不同需求發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連接能夠發出聲音的揚聲器,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聲器上,使發出的聲音清晰飽滿。

4.人體檢測傳單元的設計。采用紅外漫發射式光電開關,型號為E18-D80NK,工作電壓為5 V直流電壓,可與單片機共用一個電源電壓。這是一種集發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、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。

5.按鍵應答電路設計。本系統采用按鍵作為對信息請求的應答方式,共設三個功能按鍵,功能分別為:按鍵S1為提示從機向主機發送“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的單片機作為控制芯片、無線通信模塊采用nRF905無線通信模塊進行通信、聲音提示模塊采用ISD4004語音芯片傳達語音信息、檢測裝置采用紅外漫發射式傳感器,通過這四大模塊來組成基于AVR單片機設計的無線門鈴系統。

三、無線門鈴系統軟件設計

1.主機控制程序。檢測是否有按鍵按下,如果沒有,等待并繼續檢測;如果有,調用語音程序,通過喇叭響應30 s設定音樂,并調用無線收發模塊程序,向從機發送請求信號,等待從機應答,若檢測到從機給予應答信號,根據反饋的信號通過語音程響應相應的語音提示。主機流程圖如2所示。

圖2-無線門鈴系統軟件流程圖

2.從機控制程序。從機的主程序思路:通過無線收發程序檢測主機是否發送請求,若沒有,等待并繼續檢測;若檢測到請求,響應蜂鳴器聲音進行提示,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,根據按鍵對應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程序向主機發送相應信號;若檢測信號為高電平,則通過無線收發模塊向主機發送“屋內無人”的信息。從機流程圖如圖3所示。

開機初始化之后,通過無線收發程序檢測主機是否發送請求,若沒有則等待并繼續檢測;若檢測到請求,蜂鳴器發出聲音進行提示,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,持續檢測,并判斷時間是否達到30 s,當時間達到30 s仍未檢測到人體信號時,通過無線傳輸單元向主機發送“屋內無人”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,程序繼續向下執行,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發送“馬上來”信息;若未按下,繼續掃描功能按鍵S2是否按下,若按下,通過無線傳輸單元向主機發送“正在忙,請稍候”信息;若未按下,繼續掃描功能按鍵S3是否按下,若按下,通過無線傳輸單元向主機發送“屋內無人”信息;若未按下,則程序結束。

本文通過單片機控制實現了無線門鈴設計,利用無線收發模塊實現了主從控制系統的無線數據傳輸,使得無線數據傳輸減少了導線連接帶來的麻煩,而且不會影響室內美觀;利用人體檢測傳單元實現了人體感知,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情況給予屋外來訪者應答信號,使屋外能夠準確得知屋內是否有人。此系統操作方便簡單,使我們的生活更加人性化、智能化。

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