基于单片机的电子音乐门铃设计.docx
《基于单片机的电子音乐门铃设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的电子音乐门铃设计.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的电子音乐门铃设计
常州信息职业技术学院
学生毕业设计（论文）报告
系别：
电子与电气工程学院
专业：
电子信息工程技术
班号：
电气111班
学生姓名：
陈奕玲
学生学号：
1105093119
设计（论文）题目：
基于单片机的电子音乐门铃设计
指导教师：
宋艳
设计地点：
常州信息职业技术学院
起迄日期：
2012.11.15----2013.05.25
毕业设计（论文）任务书
专业电子信息工程技术班级电气111班姓名陈奕玲
一、课题名称：
基于单片机的无线音乐门铃设计
二、主要技术指标（或基本要求）采用STC89C51单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，超再生无线模块实现无线的连接。
遥控器采用PT2262编码芯片对信号编码，并由超再生无线模块发射信号。
三、主要工作内容：
系统总体方案设计，硬件电路的具体设计，电源电路设计，调试与实现
四、主要参考文献：
周良权傅恩锡李世馨编模拟电子技术基础（第三版）[M].b北京：
高等教育出版社2006.__
张玉莲编电子CAD（Protel99SE）实训指导书（第一版）[M].西安电子科技大学出版社2007
林春景编模拟电子线路（21世纪普通高等教育电子信息类规划教材）（第一版）[M].机械工业出版社2009
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
系主任（签名）年月日
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
基于单片机的无线音乐门铃设计
一、选题的背景和意义：
随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以与人们生活水平的大幅度提高，人们对居住环境的安全、方便提出了越来越高的要求，尤其是在智能化住宅中，人们迫切需要一种不仅安全可靠、使用方便等优点于一体的智能门铃产品，因此无线遥控音乐门铃系统的设计成为本课题研究的目标。
二、课题研究的主要内容：
（1）发射器采用电池供电，静态电流小；
（2）主机也可以采用电池供电，方便安装；
（3）采用无线电进行遥控，具有一定的遥控距离；
（4）在同一区域范围内能有多套系统同时工作而相互间不影响；
（5）门铃按键按下有音乐响起；
（6）主机有复位按键，可以随时关闭音乐；
（6）门铃的音乐为3首以上，可以通过程序更改。
三、主要研究（设计）方法论述：
本设计采用STC89C51单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，超再生无线模块实现无线的链接。
遥控器采用PT2262编码芯片对信号编码，由超再生无线模块发射信号。
单片机与后续的无线接收电路等都用5V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。
四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止日期）
工作内容
2012.11.15
确定毕业设计选题
2012.11.16-2013.11.20
完成开题报告
2012.11.21-2013.12.30
系统总体方案设计
2013.12.30-2013.01.10
方案论证和总体设计
2013.01.10-2013.01.15
硬件电路具体设计
2013.01.16-2013.01.17
电源模块和电源电路设计
2013.01.18-2013.01.20
分频设计模块
2013.01.21-2013.01.21
分频电路分析
2013.01.22-2013.01.25
硬件电路具体设计
2013.01.26-2013.02.01
频率计的系统调试
2013.02.02-2013.03.15
检查设计、毕业设计负责老师检查，修改。
2013.03.15-2013.05.25
总结，打印。
五、指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
六、系部意见：
系主任签名：
年月日
基于单片机的电子音乐门铃设计
摘要
随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以与人们生活水平的大幅度提高，人们对居住环境的安全、方便提出了越来越高的要求，尤其是在智能化住宅中，人们迫切需要一种不仅安全可靠、使用方便等优点于一体的智能门铃产品，因此无线遥控音乐门铃系统的设计成为本课题研究的目标。
本文介绍了一种新型无线遥控音乐门铃,它采用具有编码功能的超再生无线模块，结合单片机利用中断产生的方波,成为一种声音动听、门铃按钮与声源之间免去连线、安装方便的新型遥控高音质门铃.这种门铃具有电路简单可靠,抗干扰能力强,遥控距离远,电路体积小等优点,其接收电路连同主控机喇叭等于一体，可以随意放置在室内有220V交流电源的地方,本设计还可以用电池供电，更加方便！
还可变换门铃各种音乐，满足不同人的生活需要，具有广阔的发展前景。
针对目前世界范围内经济严峻形式和我国经济运行面临新的不确定性因素，如何根据急剧变化的外部经济环境调整企业发展规划和经营方针，成为摆在我国无线音乐门铃企业面前亟待解决的问题。
在全球金融危机形势下，无线遥控门铃企业的发展需要我们不断研究、不断创新，向着产品智能化、数字化、信息化方向发展。
本设计采用STC89C51单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，以此来实现音乐播放的硬件电路，无线模块实现无线的链接，实际应用中更易安装，是家居首选，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。
关键词：
无线遥控；音乐门铃；单片机
Abstract
Withtherapid developmentofmicroelectronictechnology, wireless technologyandthenetworktechnology andthe improvementofpeople'slivingstandard, putforwardhigherrequest peopletosafety, convenient livingenvironment, especiallyintheintelligentresidential, peopleurgentlyneed a notonly safeandreliable, easytouseandother advantages ofintelligentdoorbell theproduct, sothe designofwirelessremotecontrol musicdoorbell systemhasbecome theaimoftheproject.
Thispaper introducesanewtypeof wirelessremotecontrol musicdoorbell, itadoptssuperregeneration wirelessmodule withencodingfunction, combinedwith SCMinterruptgeneration FangBo, become a sound, thedoorbell buttonandthe soundsource fromthe newremote connection, convenientinstallationand highquality doorbell. This bell hastheadvantagesof simpleandreliablecircuit, stronganti-interferenceability, longdistanceremotecontrol, hastheadvantagesof smallvolume, the circuit, receivingcircuit andthe maincontrolmachine horn isequaltoone, canbeplacedon a 220VACpowersupply inindoorplaces, thisdesigncanalsobe poweredbybatteries, moreconvenient!
Canalsotransform thedoorbell music,tomeetdifferent needsoflifewithbroadprospectsfordevelopment.
In viewofthecurrent worldwideeconomic severefromandoperationofChina'seconomy isfacingnew uncertainties, accordingtothe rapidlychangingexternal economicenvironment, adjustenterprise developmentplanningand managementpolicy, hasbecome anurgent infrontof wireless musicdoorbellenterprisesofChina's problems. In thesituationoftheglobalfinancialcrisis, wecontinueto research, innovation requiresthedevelopmentof wirelessremotecontroldoorbell enterprise, towardthe product intelligent, digital, information-baseddirectiondevelopment.
ThisdesignusesSTC89C51microcontrollerasthemaincontroller,external
andtransistordriveplaybackdevice,soastorealizethehardwarecircuitofmusicplayback,wirelessmoduletorealizewirelesslinks,moreeasytoinstallin
thepracticalapplication,isthepreferredhomefurnishing,stableperformance,longdistanceremotecontrol,lowpower.
Keywords:
Wirelessremotecontrol, doorbell,music chip
第1章前言
1.1课题选题背景
“门铃”在古代较少听说，一般是在有钱的大户人家在大门上装上装饰性的门环，叫门的人可以用门环拍击下的门钉发出较大的响声，起到现代“门铃”的作用。
随着时代的发展和进步，住宅智能化作为科学技术与现代住宅的桥梁，不断丰富住宅的艺术内涵，大力推进智能小区的建设比较符合中国国情，一方面可以节省土地，另一方面便于加强城市规划和管理。
于是如何使智能小区设计的功能恰到好处、技术路线恰当其分是我们最迫切的任务。
在现代，门铃不再是有钱人的专利，它已在平民老百姓家广泛应用。
各种各样的门铃比比皆是门铃的作用也不仅仅是局限于给客人叫门用。
于是电子音乐门铃在现代家具中的应用越来越流行。
有了电子音乐门铃，在有客人在拜访时，听到的将不再是单调的提示等候音，而是不同凡响的流行音乐旋律、特效音等个性化的电子声乐。
1.2国内外研究状况
目前在家庭住宅中使用的电子门铃大多数是没用音乐，只有简单的叮咚叮当的声音，比较单调。
其中绝大多数没有按钮提示以与其他功能，要不就是造价昂贵，诸多缺点。
经了解，现在市场上所有销售的门铃主要有以下几种：
1、敲击式电子音乐门铃，采用声控触发电路和音乐集成电路组成，通过一个可调电阻来控制喇叭的灵敏度，一个电容快速充电来维持后续工作；
2、不用按钮的音乐门铃，采用红外线发射接收电路和自激多谐振荡电路构成，荡发出的红外线被人遮挡住的一瞬间，扬声器就发出有没动听的音乐；
3、带们演示电路的音乐门铃，采用低功耗交流继电器TLP3502和高频小功率管组成。
只要按下门铃按钮就会同时打开门灯，使主人可以通过门镜来识别来客身份。
门灯经一段时间的延时后自动熄灭；
4、无限遥控门铃，采用脉冲调制发射，与石英晶振稳频技术，实现远距离遥控。
在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。
单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。
单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。
单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普与的一项新兴技术，应用范围十分广泛。
其中以AT89S51为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要。
1.3研究无线遥控音乐门铃的意义
所谓无线门铃是针对传统的有线门铃而讲的。
传统的门铃都为有线门铃，使用方便，极大地方便了大家的生活。
如果在豪门大院或经常听不到门铃声的房主，有时总会不能与时接待来客，很是尴尬。
传统的门铃布置采用导线将门铃的各个设备连接到一起，随着技术的发展，无线技术得到广泛的应用，这就出现了无线门铃！
简便、灵活的无线安装设计，免去安装时的麻烦与支出，不影响装修美观。
空旷地带遥控距离长达100米，超长的能达3000米，能满意各式住宅与高层楼宇需求。
实际遥控距离视使用环境因素而变化。
而且无线遥控音乐门铃能发出各种不同的优美音乐，用户可以通过程序选择喜欢的音乐。
门铃安装时太靠近金属物会缩短遥控距离。
耗电极微，开关内置可更换12伏电池，不按动时不耗电。
正常使用寿命为一年（按20次/天）。
接收器插电使用时，功率消耗为0.6W，等于一年只耗半度电。
按钮可装可贴，即使家庭主妇，亦可容易完成安装。
门铃装入室内，随意插入任一电源或是安装上电池盒即可。
在现代家庭中，利用无线电技术制成的无线门铃和无线防盗报警器已广为应用，但目前市面上所售无线门铃以简易型居多，即遥控器与接收器间的数据传输采用非编码式，这种门铃生产成本较低。
随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以与人们生活水平的大幅度提高，更廉价、功能更多、性能更好的无线遥控音乐门铃不断被研究并生产流入市场。
第2章系统总体方案设计
任务与要求
◆发射器采用电池供电，静态电流小；
◆主机也可以采用电池供电，方便安装；
◆采用无线电进行遥控，具有一定的遥控距离；
◆在同一区域范围内能有多套系统同时工作而相互间不影响；
◆门铃按键按下有音乐响起；
◆主机有复位按键，可以随时关闭音乐；
◆门铃的音乐为3首以上，可以通过程序更改。
第3章硬件电路设计
3.1系统总体框图
本设计采用STC89C51单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，超再生无线模块实现无线的链接。
系统总体框图如下：
图3.1系统总体框图
遥控器采用PT2262编码芯片对信号编码，由超再生无线模块发射信号。
遥控器硬件结构图如下：
图3.2单片机最小系统原理图
3.2电源电路设计
家用电压为220V，而本设计采用的电压是5V，如果不用电池的情况下，使用家用电的情况下，考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波与集成电路稳压的思路进行设计。
由于单片机与后续的无线接收电路等都用5V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。
具体电路图如图3.3。
图3.3电源供电电路图
3.3发射电路设计
由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由SC2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作。
发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。
由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去。
Dout输出的编码信号是调制在38kHz载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430k—820k之间选择即可。
SC2262-IR是2262系列用于红外遥控的专用芯片，它是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，SC2262-IR最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），任意组合可提供531441地址码，SC2262-IR最多可有6位（D0-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于遥控发射电路。
编码芯片SC2262-IR发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，当有按键按下时，SC2262-IR得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。
SC2262-IR的管脚图如图1所示，管脚说明如表1所示，性能参数如表2所示。
SC2262-IR特点：
CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：
2.6～15v，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。
应用范围：
车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。
图3.4为2262引脚图，表1为引脚介绍。
图3.4管脚图
表1管脚说明
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，“f”（悬空）。
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉。
VCC
18
电源正端（＋）
VSS
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效。
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率。
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
SC2262的电源端与发射模块的电源端受制于热释电模块，一旦发现异常就会开启SC2262芯片与发射模块的电源，一但SC2262芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发射电路发送出去。
其原理图如图3.5所示。
图3.5编码与发射电路图
3.4接收电路设计
接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：
当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315M的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输。
经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路SC2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。
SC2272就担任了这个解码任务。
SC2262和SC2272是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分SC2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在SC2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位。
SC2272的暂存功能是指当发射信号消失时，SC2272的对应数据输出位即变为低电平。
而锁存功能是指，当发射信号消失时，SC2272的数据输出端仍保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。
为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入SC2272的信号幅度足够大。
SC2272各输出端通过各种接口即可控制相应的负载。
电路图如图3.6所示。
图3.6数据解码与接收电路图
3.5主控电路设计
STC89C51为主要的中央处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。
由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。
在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。
在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
（一）STC89C51主要功能、性能参数如下：
（1）内置标准51内核，机器周期：
增强型为6时钟，普通型为12时钟;
（2）工作频率范围：
0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ;
（3）STC89C51RC对应Flash空间：
4KB;
（4）内部存储器（RAM）：
256B;
（5）定时器\计数器：
3个16位；
（6）通用异步通信口（UART）1个；
（7）中断源:
8个；
（8）有ISP（在系统可编程）\IAP（在应用可编程）,无需专用编程器\仿真器；
（9）通用I\O口：
32\36个；
（10）工作电压：
3.8~5.5V；
（11）外形封装：
40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。
（二）STC89C52单片机的引脚说明
VCC:
电源电压；
GND:
接地；
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻[7]。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入和定时器/计数器2的触发输入，P1口功能具体如表1所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输
升级会员 