基于51單片機的無線音樂門鈴的設計與實現探究

趙 杰

（河南藝術職業學院，河南 鄭州 450000）

基于51單片機的無線音樂門鈴的設計與實現探究

趙 杰

（河南藝術職業學院，河南 鄭州 450000）

文章以51單片機為平臺進行無線音樂門鈴系統設計，選用STC89C51 單片機作為主控芯片實現對系統的整體控制。經Proteus進行仿真測試后，發現該系統設計小巧，方便安裝，具有實用價值。

無線音樂門鈴；單片機；設計

隨著智能化家居普及程度的不斷增加，大眾對無線控制技術具備更高要求。本文基于51單片機設計的無線音樂門鈴系統是一種運行穩定、可靠性高、安裝使用便捷的智能化門鈴系統。該系統發射電路由石英晶振穩頻技術和脈碼調制發射技術共同組成，接收電路由超再生無線數據接收模塊、整形、放大、解調、聲響等電路共同組成，具備傳輸距離遠、性能強、功耗低等特點，與傳統有線門鈴相比，表現出自身獨特優勢。

1 無線音樂門鈴與單片機

近年來，受科技發展和社會經濟進步影響，大眾對居住環境表現出更高的要求。住宅智能化正受到全社會越來越高的關注。作為居家生活中常用的提醒裝置，門鈴系統可以劃分為有線門鈴和無線門鈴兩種。傳統有線門鈴安裝時需要布線，會對住宅美觀產生影響，且直接增加住宅裝修難度。與傳統有線門鈴相比，無線電子門鈴系統具備安裝簡單、使用便捷且系統精巧性強等特點，在組成現代智能化家居系統的電子裝置中占據重要地位。無線音樂門鈴系統能夠通過播放音樂提醒主人有客來訪。有線門鈴的音樂播放部分與門鈴按鍵距離較近，當房屋主人距離門鈴較遠時，很容易出現聽不到門鈴聲音，不能及時接待來客的情況，影響正常生活。無線音樂門鈴系統的按鍵和接收端電路能夠分開安裝，根據用戶住宅面積、自身需求等因素確定接收電路安裝位置。此外，還具備多個接收端同時安裝功能，能夠對距離問題實現徹底解決。

當今狀況下，計算機技術、微電子技術在人們的日常生活中有了更加廣泛的應用。單片機逐漸被人們熟知。單片機又叫“微控制器”“嵌入式微控制器”“單片機微型計算機”，適用于控制領域在內的多個領域。單片機主要由中央處理器、只讀存儲器ROM、易揮發性隨機存取存儲器RAM，I/O接口電路構成。具備成本低廉、性能強大、體積精巧等特點，在工業自動化、智能產業等領域得到廣泛應用。目前的單片機系列中，51系列單片機最具代表性，是較為典型的一種。各種科技產品與單片機的結合能夠推進產品升級換代進程，提升產品智能化水準。例如智能洗衣機、智能彩電、智能冰箱、智能門鈴等。傳統門鈴安裝較為麻煩，安裝布線會影響房屋美感且音樂數量少，類型單一。而智能化無線音樂門鈴系統設計精巧、安裝簡單、使用便捷性高，不會影響房屋美感。無線音樂門鈴系統信號傳輸距離更長，且能夠實現多個信號接收端同時安裝，避免出現物主聽不到門鈴聲音錯失訪客接待現象。此外，無線音樂門鈴系統包含更為豐富的音樂類型，能夠有效滿足各類住宅的需求。

2 基于51單片機的無線音樂門鈴的設計與實現

2.1 總體設計方案

本次系統設計以具備完善功能的無線音樂門鈴為設計目標。系統功能要求實現以下內容：（1）要求具備更遠的無線傳輸距離，信號傳輸距離至少能夠達到10 m以上，滿足穿墻需求。（2）系統包含鈴音更加豐富，提供5首能夠進行切換的歌曲，每按一次門鈴進行一次歌曲切換。（3）產品安裝更為簡單，設計更加精巧，使用更加方便。（4）無限音樂門鈴系統運行狀態更加穩定，有效消除誤報情況。通過對無線音樂門鈴相關資料進行認真查閱，以性價比和對編程技術的支撐情況為選擇標準，確定使用STC89C51 單片機作為整個系統的主控芯片。構成單片機的主要部件為編碼芯片和解碼芯片，STC89C51 單片機包含的編碼芯片為PT2262，解碼芯片為PT2272，共同實現數據在客戶端和主機間的無線傳輸。按下客戶端按鍵，信號經編碼芯片PT2262進行編碼處理后由DF數據發送模塊實施發送，主機超再生接收模塊負責信號接收，調用解碼芯片PT2272對接收到的信號實施解碼處理，之后發送至STC89C51 單片機的中央處理器，進而控制發聲系統。如果需要停止發聲，只要按下單片機復位按鍵就能將門鈴切換至初始狀態。整個設計方案經Proteus仿真測試達到設計要求，符合設計預期功效后再進入實際制造流程。

2.2 系統硬件設計方案

作為本次設計確定使用的負責對整個無線音樂門鈴系統起到控制作用的主控芯片，STC89C51單片機具備較為低廉的價格和很高的采購便捷度。STC89C51單片機外部構成部分包括無線發送和無線接收模塊、發聲電路、電源電路、復位電路及時鐘電路。使用STC89C51單片機實現對無線音樂門鈴系統的編程控制，同時可通過對程序實施修改達到系統升級目標。應當注意的是，系統開發實際過程中盡管選用了STC89C51單片機，但由于Proteus仿真軟件內不存在STC89C51單片機，因此通過Proteus軟件對此次設計的系統進行仿真測試時選用與STC89C51單片機具備相同功能的AT89C51單片機作為整個無線音樂門鈴系統的主控制芯片。

進行本次系統設計時，選用穩定性較強的USB5V直流電源作為為系統提供供電，結合單片機外部復位電路和時鐘電路共同組成系統，從根本上保證了系統的精巧性。進行無線音樂門鈴系統發生電路設計時，考慮到音頻震動產生聲音，而音頻的震動頻率直接決定聲音的高低度，頻率高產生高音，頻率低產生低音，因此采用數字電路中借助數字脈沖信號驅動喇叭震動的方式產生聲音。進行此次方案設計時，利用相關程序產生頻率，之后傳送至與喇叭驅動電路相互連接的I/O端口上，最終通過喇叭產生聲音。利用相應軟件控制音頻震動頻率的高低產生不同的音調，結合延時函數產生各種不同的節拍。本次無線音樂門鈴系統的設計選用PT2262/2272作為系統的無線接收和發送模塊，臺灣普城公司生產的制造的PT2262/2272由CMOS 工藝制造，具備價位低廉，功耗小等特點，具備地址識別功能，能夠對數據實時編碼和解碼處理，在無線傳輸電路中應用十分廣泛。除編碼芯片PT2262外，無線數據發射模塊是構成發射電路的另外一個重要部分。本次設計使用315MHz無線數據發射模塊。數據編碼芯片PT2262的第17腳是芯片的數據輸出端，將之與DF數據模塊的輸入端相互連接即可實現PT2262和DF數據發射模塊的聯合使用。PT2272是無線音樂門鈴系統的解碼芯片，負責對接收到的無線信號實施解碼處理，通常情況下需要與編碼芯片PT2262進行配套使用。系統運行過程中，只有當連續兩次檢測到發射部分地址碼與自身地址碼相同時，PT2272才會對遙控信號進行確認并對接收到的無線數據實施解碼處理。具體表現為將與“1”對應的輸出端設置為高電平且通過VT端進行高電平輸出。

2.3 系統軟件設計與實現

對無線音樂門鈴系統包含的程序和軟件進行設計時秉持模塊化開發原則，采用自上而下的設計順序。首先，對系統所有端口進行初始化處理，接著運行循環部分，當檢測到按鍵被按下時，系統進入抖動程序。檢測到確認按鍵被按下，則對遙控信號進行確認進而運行音樂播放程序，系統中設定的第一首音樂播放完成后，系統再次進入等待狀態，等待按鍵按下。當檢測到按鍵第二次按下時，系統再次運行防止抖動程序，如果確認按鍵被再次按下，則開始運行音樂播放程序，播放系統設定的第二首音樂，直到播放完畢，系統整個運行狀態以此類推。當檢測到復位按鍵被按下時，單片機運行復位程序，喇叭停止音樂播放。檢測到按鍵再次被按下，單片機重新開始運行程序，播放系統設定的第一首音樂。本次系統設計方案完成后，先在Proteus平臺進行仿真模擬測試，實驗完成確定系統運行狀態符合標準，實現預設功能后采用洞洞板對實物進行焊接。實物制造完成經調試成功后，對數據傳輸距離進行測試。數據傳輸距離受天線長度直接影響。如果要增加傳輸距離，就需要對天線長度進行延長。經仿真測驗和實物測試，本次設計安裝方便、使用便捷且表現出較高的精巧性，具備實用價值。

3 結語

伴隨時代發展和社會經濟進步，大眾對自身居住環境有了更高的要求，住宅智能化逐漸得到社會的廣泛關注，尤其是對于面積較大的住宅，聽不到敲門聲會為生活帶來很多不便。傳統有線門鈴布線時會影響住宅美觀且增加裝修難度。為解決此類問題，各種無線門鈴開始進入大眾日常生活且自身優勢逐漸凸顯。文章對以51單片機為設計開發基礎的無線門鈴系統進行介紹，期望為無線門鈴技術的進一步發展和提升用戶使用體驗提供幫助。

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Exploration on the design and implementation of wireless music doorbell based on 51 single chip microcomputer

Zhao Jie
（Henan Art Vocational College, Zhengzhou 450000, China）

This article takes 51 single chip microcomputer as the platform for design of wireless music doorbell system, selected STC89C51 microcomputer as the main control chip to realize the overall control of the system. Through the Proteus simulation test, it is found that the system is a compact design, and it is convenient to install, the system has practical value.

wireless music doorbell; single chip microcomputer; design

趙杰（1970— ），女，河南社旗，本科，助教；研究方向：廣播電視技術。