单片机控制的多功能门铃的设计与实现

本科毕业论文单片机控制的多功能门铃的设计与实现二级学院机械与电子工程学院专业通信工程年级学号学生姓名Tommy指导教师职称讲师完成时间2014年04月30日独创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。签名：年月日授权声明本人完全理解贺州学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权贺州学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为：无。签名：年月日指导教师签名：年月日目录摘要............................................................1前言............................................................21方案论证与设计.................................................31.1总体方案设计思想..........................................31.2单片机处理模块方案........................................41.3显示界面方案..............................................51.4输入模块方案..............................................51.5其他模块方案..............................................52系统硬件设计...................................................62.1总体硬件电路设计描述......................................62.2STC89C58RD单片机的介绍...................................62.3单片机最小系统.............................................72.4声光感应电路..............................................72.5报警电路..................................................82.6显示电路..................................................82.7语音留言电路..............................................92.8红外探测电路..............................................92.9扩展电路.................................................103系统软件设计..................................................113.1主程序流程图.............................................113.2显示界面子程序流程图.....................................133.3声光控制子程序流程图.....................................133.4门铃中断服务子程序流程图.................................144调试..........................................................144.1硬件调试.................................................154.2软件调试.................................................155结论..........................................................16参考文献.........................................................17附录...........................................................18Abstract.........................................................21致谢...........................................................22贺州学院本科论文（设计）1用单片机控制的多功能门铃作者Tommy指导教师摘要：本系统设计采用了宏晶科技公司型号为STC89C58RD的单片机作为多功能门铃系统的核心器件，由声光控制模块、显示模块、报警模块、语音留言模块、红外探测模块、温度测量模块、时钟模块等组成，根据声光控制模块和红外探测模块判断门外是否有人或不按门铃停留多久等信息，实现了控制楼道灯的亮灭，报警等功能,如果房主不在家，客人可以通过留言模块向房主留言，房主可以通过放音按键即可听到客人留言。在实现了这些基本门铃功能之外，本设计还扩展了温度、时间实时显示在OLED显示屏上的功能，因此该系统具有功能丰富、实用性强等特点。关键词：单片机；传感器；OLED；语音留言模块；Tommy用单片机控制的多功能门铃2前言门铃这个东西在我国古代很少提及，以前比较富裕的大户人家一般都在自己的大门口上挂上好看的门环，客人在叫门的时候即可拍击环下的门钉便可产生很大的声响，可它只有来访者叫门的作用。在如今“门铃”不仅仅是只存在富裕的大户人家了，“门铃”的应用早已在普普通通的老百姓家里普及了。功能丰富多样的门铃到处都是，门铃的用途也不单单是给门外的来客叫门用了。在市面上我们看见的很大部分门铃可以分类归结为电子门铃，所谓电子门铃，顾名思义，就是用一些电子元件构成，通过电来驱动和运转的。市场上大体存在这么几类电子门铃：普通电子门铃、对讲门铃、可视门铃、感应门玲。如今最昂贵也是科技含量最高的便是智能门铃了，它可以替代房主和客人对话，也能通过电话信息等手段通知出门在外的主人，甚至还能够记录来客的的相貌，当然防盗功能也是具备的。想要设计一个既实惠又方便且具备人性化的门铃，我们就必须对市场上的门铃有个简单的了解。普通电子门铃:一般我们普通家庭使用的都是这种价格比较实惠的电子门铃，这种门铃体积比较小且非常节能，驱动电源用两节三伏的五号电池就可以了，响铃声音一般，大家都能接受。缺点是功能比较单一，就只有一个响铃叫门的作用。外形的设计也是中规中矩，大多数此类门铃外形的设计是矩形，颜色也是普通的白色，比较单调乏味。对讲门玲:在普通的电子门铃上增加一个对讲的功能即为对讲门铃，它的特殊之处就是有个连线式的接听话筒，来访者可以和户主隔着门对讲且声音也很清晰，但是此类门铃成本比较高，使一般的用户不会选择这种对讲门铃，而另一种门铃恰好解决了成本高这个问题，那就是多户式的对讲门铃，这种门铃一般都是一栋楼所有的用户公用的，这样既可以减少每个用户的费用，又能实现对讲的功能，相对来说比较合理。可视门铃：随着社会的发展，科技的进步，人们对门铃的要求也是越来越高，既要求能够听到来访者的声音，又要求能够看到来访者的相貌，于是一些厂家便设计出了可视门铃，但是这种很昂贵不说，实用性也不是很大，但它在色彩和外形的设计上都远远突破了保守的传统门铃。贺州学院本科论文（设计）3综合以上几类门铃的优缺点、市场占有率、产品制作成本，本文提出了一种基于STC89C52单片机的的智能门铃设计方案，它是采用AT89C52单片机为核心器件，与DS1302、DS18B20、AT24C02、OLED、红外传感器、光敏电阻、咪头、矩阵键盘等器件模块共同组成硬件系统，在硬件系统中设有矩阵键盘和OLED显示屏，OLED可以显示时间、温度等丰富的信息，而通过矩阵键盘的输入可以在多级菜单中查看自己想要知道的内容，因此本文的设计系统具有良好的人机交互界面，功能多样，成本低廉，具有广阔的市场前景。1方案论证与设计1.1总体方案设计思想根据智能门铃多功能、人性化等特点，本文采用模块化设计，将本系统分为多个模块，分别为键盘输入模块，声光控制模块，显示模块、报警模块、语音留言模块、红外探测模块、温度测量模块、时钟模块。整个系统的工作原理初步设定为：声光控制模块作为一个独立模块，当在白天时，该模块将不会对外界的声响作出处理，也就不会控制楼道灯亮；当到晚上时，只要外界传来的声音强度达到一个值时，该模块将会感应到外界的声音，由单片机处理，将楼道灯点亮。红外探测模块实时探测门外是否有人活动，当探测到人在门外时将会在OLED显示模块上显示闪烁的“检测到人”的字样，并且当有人在门外超过30S还不按门铃的话，单片机将会触发报警模块，使其作出报警，报警时间为5秒；当客人在30s之内按了门铃，则单片机使报警系统在5分钟之内不进行门外有人超过时间不按门铃报警。当房主不在家时，客人可以通过录音模块留言，房主回来时即可以通过留言模块的放音键知道客人的留言。系统在实现了门铃的这些基本功能外，还应在其功能上增加时间显示、温度测量、房主提示、生日提醒、闹钟设置等扩展功能。其各模块的关系如图1所示。Tommy用单片机控制的多功能门铃4图1控制系统整体框图1.2单片机处理模块方案本文采用单片机作为多功能门铃系统的中心部件，它不仅是数据处理器，又是协调整机工作的控制器，所以选择一款型号合适的单片机显得尤为重要。方案一：采用ST公司生产的STM32F103RBT6芯片，该芯片资源丰富，拥有128K容量的Flash、20K容量的静态随机存储器（SRAM）、2个硬件SPI接口、3个串口、1个USB接口、1个CAN、2个12位的模数转换器、1个内置的实时时钟、多达51个能用IO口引脚，并且所有的IO口都可以作为外部中断。方案二：选用宏晶科技公司型公司生产的STC89C58RD单片机，STC89C58RD是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有32K字节的能够反复擦写的Flash只读程序存储器和1280个字节的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准的MCS-51指令系统，单片机内部置有通用的8位中央处理器和Flash存储单元。方案比较：方案一的STM32F103RBT6这是一款偏高级别的32位单片机，处理速度极快，对于嵌入式应用和一些要求实时处理特别强的系统设计较为合适，而对于一般的应用就显得有点大材小用了,且该芯片价格较高，不太适合学生群体应用。方案二是一款偏低端的8位单片机，对于一般的系统设计应用该芯片单片机处理模块报警模块声光控制模块显示模块语音留言模块输入模块红外探测模块时钟模块温度测量模块贺州学院本科论文（设计）5的资源足够，而且价格比较低廉适合学生群体采用，故选择方案二。1.3显示界面方案方案一：选用数码管显示，这种方案只能显示数字，不能显示一些字符，不能显示汉字，与本系统设计的要求不符。方案二：采用lcd1602作为显示，这种方案只能显示数字和字符，且只能显示32个字符，与题目要求不符。方案三：采用lcd12864，带中文字库的128X64是一种拥有4位或8位并行、2线或3线串行的多种接口方式，内置国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；它的分辨率为1