多功能电子门铃的设计与实现
【摘要】：给出了利用单片机为主控制器设计电子门铃的具体方法。该电子门铃不仅具有普通电子门铃的功能, 而且还具有一些扩展功能。它的工作状态能够由用户自行设定, 并能够用不同的音乐声来区分不同类型的访问者, 并给来访者提供必要的语音和文字回应信息, 此外, 用户还可以对来访信息进行多方面的查询。
【关键词】：单片机; 电子门铃; 多功能
【引言】：目前市场上的门铃种类繁多, 既有功能比较简单的, 也有一些功能较强的, 如可视对讲门铃等。本文介绍的电子门铃则主要从其它一此特殊功能的角度来设计。它通过对来访者提供一些LCD文字和语音的提示, 使它既能给来访者一个较好的感觉, 又能使主人(不在家时) 不错过一些来访者。此外, 它还具有复用性,平时能够当作一般的时钟来用。
【正文】： 1.系统设计
该电子门铃主要由AT89C52单片机、4×4键盘、DS1302时钟电路、AT24C02存储电路、放音电路、ISD1420语音电路、HD44780液晶显示电路等七部分组成。其系统原理框图如图1所示。本电子门铃设定有家人、朋友、陌生人三种类型的来访者, 系统可通过按键时间的长短区分来访者的类型。对每一种类型的来访者, 系统已设定了相应的音乐铃声, 并通过键盘由主人自由设置以对每一种来访者提供提示信息。该提示信息包括语音信息和LCD文字信息, 其中语音信息允许用户设定四种情况, 比如用户设定: “请稍候, 随后就来开门”、“ 主人不在, 请以后来找”、“主人不在, 请拨打×××联系主人”、无语音提示等; 而LCD的文字信息则是与这四种语音提示信息相对应的, 系统设定有: “Wait for a moment”、“Please visit me later”、“Please call me: ×××”、LCD上无文字提示内容而只显示时间四种情况, 其中×××为电话号码。LCD显示的文字提示内容被保存于单片机中, 语音提示内容则保存在ISD1420语音芯片中。语音提示信息可以由主人自己录入到语音芯片中。对每一种来访者具体给出那一种语音提示及是否需要LCD显示相应文字的提示信息等设置情况, 均保存在AT24C02存储芯片中。
本系统可在来访者按动4×4键盘电路中的门铃键(0键) 后, 通过按键时间的长短判断来访者的类型, 然后放音电路播放相应的音乐, 之后存储电路记录该来访者的序号、具体时间、该类型来访者的总人次, 接着语音电路进行相应的语音提示, 同时LCD显示相应的文字提示。
2.硬件设计
本系统采用单片机AT89C52为主控制器。该电子门铃的硬件电路如图2所示。 2.1 系统基本电路的设计
由于本系统的功能较多, 为了节约I/O口,故采用4×4矩阵键盘电路, 并选用美国DALLAS公司的DS1302时钟电路。液晶显示电路与单片机之间则利用LCM显示控制器HD44780进行通信。发声电路采用单晶体管放大电路。
存储电路则采用PHILIPS公司的I2C总线串行256×8位E2PROM芯片AT24C02。对AT24C02的存储空间分配如下: 00H～01H: 家人来访的总人次; 02H～03H: 朋友来访的总人次; 04H: 陌生人来访的总人次; 05H: 在语音提示时, 是否需要LCD显示相应的文字提示; 06H: 对各类型来访者回应的设置; 07H: 为了记录下一条家人来访者的详细情况而记录它在AT24C02中的首地址; 08H: 为了记录下一条朋友来访者的详细情况而记录它在AT24C02中的首地址; 09H: 为了记录下一条陌生人来访者的详细情况而记录它在AT24C02中的首地址; 0AH～0FH: 记录主人的电话号码; 10H～5FH: 记录家人来访者的详细信息; 60H～BFH: 记录朋友来访者的详细信息; C0H～FFH: 记录陌生人来访者的详细信息。每条来访者的详细信息占用8个存储单元,分别用于记录来访者的序号(占3个存储单元) 以及月、日、时、分、秒(占1个存储单元) 等。 2.2 语音电路的设计
语音电路采用美国信息存储器件公司的语音芯片ISD1420。由于本电路只需要录音和放音,故ISD1420电路只需要工作在地址模式, A7为低电平, A0～A7 全部为地址输入引脚。
本系统只需要三段录音, 录音时间分别为4s、5s、11s, 对应的地址单元分别是: 00H～1FH、20H～47H、48H～A0H, 故只需要三条地址线就可以了, 连接方式是P26对应A
6、P25对应A
5、P23对应A3。ISD1420的REC录音引脚为低电平时, 开始录音, 该电平信号由单片机的P24引脚控制。录音时, 先通过单片机送出地址00H或20H或48H, 选好录音段, 然后置P24引脚为低电平即可录音。用户录制的语音每一段结束后,芯片自动设有段结束标志(EOM), 芯片录满后设有溢出标志(OVF)。利用ISD1420的录音指示端RECLED并接发光二极管可显示录音状态。平时呈高电平, 录音时呈低电平, 二极管发光; 录音完成后灯熄灭表示录音结束。
由于ISD1420可以通过PLAYE的电平边沿触发来控制放音, 故可用单片机的P37引脚来控制PLAYE。放音时, 先通过单片机送出地址00H或20H或48H, 选好放音段的起始地址, 再置P37为低电平, 就可控制ISD1420使其发出不同的声音,并在遇到段结束标志(EOM) 后自动停止放音。放音可通过ISD1420的扬声器输出引脚SP+、SP-连接LM386放大电路, 然后由喇叭输出
3.软件设计
本电子门铃系统的软件设计工作量较大, 其代码有6 KB之多。该软件主要由主程序和相应事件处理程序两部分组成。 3.1 主程序
主程序流程如图3所示。主程序主要用来完成系统的初始化、时间显示和按键扫描等工作。
3.2 相应事件处理程序的设计
相应事件的处理包括门铃键被按下时的响应、设置来访回应和电话号码、来访信息的记录、查询、删除、录音、放音以及时间调整等。 (1) 键码识别子程序设计
此子程序的主要任务是采用扫描法判断被按下的键的键值。本系统的按键功能定义如下: 0键: 门铃按键; 1键: 家人来访时的回应设置; 2键: 朋友来访时的回应设置; 3键: 陌生人来访时的回应设置; 4键: 恢复显示LCD文字提示/来访者回应设置的确定/录音开始的确定/保存电话号码的确定; 5键: 设置电话号码; 6键: 查询对来访者回应的设置情况; 7键: 查询来访者的总人次; 8键: 按家人查询来访者的详细情况; 9键: 按朋友查询来访者的详细情况; 10键: 按陌生人查询来访者的详细情况; 11键: 按月份查询来访者的详细情况; 12键: 调整时间控制键; 13键: 录音/时间值加1; 14键: 放音/时间值减1; 15键: 删除记录信息/在设置电话号码时,删除错误的按键操作。 (2) 按下门铃键子程序设计
当来访者按动门铃键(0键) 时, 该程序根据按的时间长短(短: 陌生人; 稍长: 朋友; 长:家人) 确定所发出的铃声, 若按下的时间在3 s以内, 则发出第一种音乐; 若在3~5 s以内, 则发出第二种音乐; 超过5 s, 则发出第三种音乐。为了记录来访者的类型, 可用单片机的位51H、52H、53H来分别记录家人、朋友和陌生人。系统初始化时, 应先将其清零, 按下门铃按钮时, 再将相应位置1, 当来访者按键时, 液晶上仍有时间显示, 这样就可知道已经按下了多长时间。
(3) 记录来访者信息子程序设计
每次有人按门铃时, 该系统都会将来访者信息(该种类型来访者来访的总次数、序号, 按门铃时的月、日、时、分、秒) 存入外部存储器(直到外部存储器存满为止), 以便查询时用。另外, 也在程序中将AT24C02中该类型来访者的总人次加1, 同时修改下一条来访者详细情况在AT24C02中的记录首地址。
(4) 来访回应设置子程序设计
针对三种类型的来访者来对每一种来访者任意设置他们的来访回应。本系统假定有如下四种: 00对应于“请稍候, 随后就来开门”、01对应于“主人不在, 请以后来找”、10对应于“主人不在, 请拨打×××联系主人”、11则为于无语音提示, 其中00、0
1、
10、11是各自的代码。设定单片机的位01H、00H代表家人来访回应, 位03H、02H代表朋友来访回应, 位05H、04H代表陌生人来访回应。另外, 还应通过该子程序将这些数据保存在AT24C02的06H地址单元的0～5位中。
(5) 来访回应子程序设计
门铃响后, 需要主人回应的程序工作过程是: 先判断单片机的51H、52H、53H的值, 以哪一位的值是1来确定来访人的类型。判断完后,再将该位清零; 然后, 从对应类型来访者的来访回应设置单元中取出设置值, 并确定提示类型,同时在LCD上显示这种类型的文字提示信息(若用户在“恢复液晶提示子程序设计”中已设定了该功能则显示此功能, 否则, LCD显示时间), 并在ISD1420 上进行语音提示输出; 最后, 调用“记录来访者信息子程序”。
另外, 值得注意的是: 进行LCD显示和语音输出时, 可能用户不喜欢预先在单片机中设置文字提示内容, 也不喜欢ISD1420已经录好的语音提示信息, 而是希望自己来录入ISD1420的语音,此时, 为了避免语音提示和液晶显示的不一致,当修改了语音提示内容后, 液晶将只显示时间,而不会有相应的文字提示。其实现方法是将AT24C02的05H单元的值置0。
(6) 恢复液晶提示子程序设计
当用户自己录音并修改了语音提示信息后,液晶就不显示提示内容了。但是, 如果主人确认自己的录音内容与对应的LCD提示内容一致的话, 他就可以按动4键进入, 再按照提示进行操作, 以恢复显示LCD的相应文字提示信息。这种恢复被设计成可选择性的, 即对应每一种语音提示可设置是否有相应的文字提示。实现方法是将AT24C02的05H单元(该单元中的第0、
1、2位分别对应于3种语音提示) 中的相应位置1。
【结论】：
本电子门铃从另一个角度扩展了电子门铃的功能。而且系统电路简单, 运行稳定。如果要记录大量的来访信息, 只需要更换同系列且容量更大的存储芯片, 并在软件上对存储信息的相关起始地址作简单的修改即可。
【文献】：
夏方林.基于AT89C2051的单户可视对讲门铃室内分机的设计[J].微计算机信息, 2004,(10): 96- 97.
