基于51单片机的无线音乐门铃的设计与实现探究

赵 杰

（河南艺术职业学院，河南 郑州 450000）

基于51单片机的无线音乐门铃的设计与实现探究

赵 杰

（河南艺术职业学院，河南 郑州 450000）

文章以51单片机为平台进行无线音乐门铃系统设计，选用STC89C51 单片机作为主控芯片实现对系统的整体控制。经Proteus进行仿真测试后，发现该系统设计小巧，方便安装，具有实用价值。

无线音乐门铃；单片机；设计

随着智能化家居普及程度的不断增加，大众对无线控制技术具备更高要求。本文基于51单片机设计的无线音乐门铃系统是一种运行稳定、可靠性高、安装使用便捷的智能化门铃系统。该系统发射电路由石英晶振稳频技术和脉码调制发射技术共同组成，接收电路由超再生无线数据接收模块、整形、放大、解调、声响等电路共同组成，具备传输距离远、性能强、功耗低等特点，与传统有线门铃相比，表现出自身独特优势。

1 无线音乐门铃与单片机

近年来，受科技发展和社会经济进步影响，大众对居住环境表现出更高的要求。住宅智能化正受到全社会越来越高的关注。作为居家生活中常用的提醒装置，门铃系统可以划分为有线门铃和无线门铃两种。传统有线门铃安装时需要布线，会对住宅美观产生影响，且直接增加住宅装修难度。与传统有线门铃相比，无线电子门铃系统具备安装简单、使用便捷且系统精巧性强等特点，在组成现代智能化家居系统的电子装置中占据重要地位。无线音乐门铃系统能够通过播放音乐提醒主人有客来访。有线门铃的音乐播放部分与门铃按键距离较近，当房屋主人距离门铃较远时，很容易出现听不到门铃声音，不能及时接待来客的情况，影响正常生活。无线音乐门铃系统的按键和接收端电路能够分开安装，根据用户住宅面积、自身需求等因素确定接收电路安装位置。此外，还具备多个接收端同时安装功能，能够对距离问题实现彻底解决。

当今状况下，计算机技术、微电子技术在人们的日常生活中有了更加广泛的应用。单片机逐渐被人们熟知。单片机又叫“微控制器”“嵌入式微控制器”“单片机微型计算机”，适用于控制领域在内的多个领域。单片机主要由中央处理器、只读存储器ROM、易挥发性随机存取存储器RAM，I/O接口电路构成。具备成本低廉、性能强大、体积精巧等特点，在工业自动化、智能产业等领域得到广泛应用。目前的单片机系列中，51系列单片机最具代表性，是较为典型的一种。各种科技产品与单片机的结合能够推进产品升级换代进程，提升产品智能化水准。例如智能洗衣机、智能彩电、智能冰箱、智能门铃等。传统门铃安装较为麻烦，安装布线会影响房屋美感且音乐数量少，类型单一。而智能化无线音乐门铃系统设计精巧、安装简单、使用便捷性高，不会影响房屋美感。无线音乐门铃系统信号传输距离更长，且能够实现多个信号接收端同时安装，避免出现物主听不到门铃声音错失访客接待现象。此外，无线音乐门铃系统包含更为丰富的音乐类型，能够有效满足各类住宅的需求。

2 基于51单片机的无线音乐门铃的设计与实现

2.1 总体设计方案

本次系统设计以具备完善功能的无线音乐门铃为设计目标。系统功能要求实现以下内容：（1）要求具备更远的无线传输距离，信号传输距离至少能够达到10 m以上，满足穿墙需求。（2）系统包含铃音更加丰富，提供5首能够进行切换的歌曲，每按一次门铃进行一次歌曲切换。（3）产品安装更为简单，设计更加精巧，使用更加方便。（4）无限音乐门铃系统运行状态更加稳定，有效消除误报情况。通过对无线音乐门铃相关资料进行认真查阅，以性价比和对编程技术的支撑情况为选择标准，确定使用STC89C51 单片机作为整个系统的主控芯片。构成单片机的主要部件为编码芯片和解码芯片，STC89C51 单片机包含的编码芯片为PT2262，解码芯片为PT2272，共同实现数据在客户端和主机间的无线传输。按下客户端按键，信号经编码芯片PT2262进行编码处理后由DF数据发送模块实施发送，主机超再生接收模块负责信号接收，调用解码芯片PT2272对接收到的信号实施解码处理，之后发送至STC89C51 单片机的中央处理器，进而控制发声系统。如果需要停止发声，只要按下单片机复位按键就能将门铃切换至初始状态。整个设计方案经Proteus仿真测试达到设计要求，符合设计预期功效后再进入实际制造流程。

2.2 系统硬件设计方案

作为本次设计确定使用的负责对整个无线音乐门铃系统起到控制作用的主控芯片，STC89C51单片机具备较为低廉的价格和很高的采购便捷度。STC89C51单片机外部构成部分包括无线发送和无线接收模块、发声电路、电源电路、复位电路及时钟电路。使用STC89C51单片机实现对无线音乐门铃系统的编程控制，同时可通过对程序实施修改达到系统升级目标。应当注意的是，系统开发实际过程中尽管选用了STC89C51单片机，但由于Proteus仿真软件内不存在STC89C51单片机，因此通过Proteus软件对此次设计的系统进行仿真测试时选用与STC89C51单片机具备相同功能的AT89C51单片机作为整个无线音乐门铃系统的主控制芯片。

进行本次系统设计时，选用稳定性较强的USB5V直流电源作为为系统提供供电，结合单片机外部复位电路和时钟电路共同组成系统，从根本上保证了系统的精巧性。进行无线音乐门铃系统发生电路设计时，考虑到音频震动产生声音，而音频的震动频率直接决定声音的高低度，频率高产生高音，频率低产生低音，因此采用数字电路中借助数字脉冲信号驱动喇叭震动的方式产生声音。进行此次方案设计时，利用相关程序产生频率，之后传送至与喇叭驱动电路相互连接的I/O端口上，最终通过喇叭产生声音。利用相应软件控制音频震动频率的高低产生不同的音调，结合延时函数产生各种不同的节拍。本次无线音乐门铃系统的设计选用PT2262/2272作为系统的无线接收和发送模块，台湾普城公司生产的制造的PT2262/2272由CMOS 工艺制造，具备价位低廉，功耗小等特点，具备地址识别功能，能够对数据实时编码和解码处理，在无线传输电路中应用十分广泛。除编码芯片PT2262外，无线数据发射模块是构成发射电路的另外一个重要部分。本次设计使用315MHz无线数据发射模块。数据编码芯片PT2262的第17脚是芯片的数据输出端，将之与DF数据模块的输入端相互连接即可实现PT2262和DF数据发射模块的联合使用。PT2272是无线音乐门铃系统的解码芯片，负责对接收到的无线信号实施解码处理，通常情况下需要与编码芯片PT2262进行配套使用。系统运行过程中，只有当连续两次检测到发射部分地址码与自身地址码相同时，PT2272才会对遥控信号进行确认并对接收到的无线数据实施解码处理。具体表现为将与“1”对应的输出端设置为高电平且通过VT端进行高电平输出。

2.3 系统软件设计与实现

对无线音乐门铃系统包含的程序和软件进行设计时秉持模块化开发原则，采用自上而下的设计顺序。首先，对系统所有端口进行初始化处理，接着运行循环部分，当检测到按键被按下时，系统进入抖动程序。检测到确认按键被按下，则对遥控信号进行确认进而运行音乐播放程序，系统中设定的第一首音乐播放完成后，系统再次进入等待状态，等待按键按下。当检测到按键第二次按下时，系统再次运行防止抖动程序，如果确认按键被再次按下，则开始运行音乐播放程序，播放系统设定的第二首音乐，直到播放完毕，系统整个运行状态以此类推。当检测到复位按键被按下时，单片机运行复位程序，喇叭停止音乐播放。检测到按键再次被按下，单片机重新开始运行程序，播放系统设定的第一首音乐。本次系统设计方案完成后，先在Proteus平台进行仿真模拟测试，实验完成确定系统运行状态符合标准，实现预设功能后采用洞洞板对实物进行焊接。实物制造完成经调试成功后，对数据传输距离进行测试。数据传输距离受天线长度直接影响。如果要增加传输距离，就需要对天线长度进行延长。经仿真测验和实物测试，本次设计安装方便、使用便捷且表现出较高的精巧性，具备实用价值。

3 结语

伴随时代发展和社会经济进步，大众对自身居住环境有了更高的要求，住宅智能化逐渐得到社会的广泛关注，尤其是对于面积较大的住宅，听不到敲门声会为生活带来很多不便。传统有线门铃布线时会影响住宅美观且增加装修难度。为解决此类问题，各种无线门铃开始进入大众日常生活且自身优势逐渐凸显。文章对以51单片机为设计开发基础的无线门铃系统进行介绍，期望为无线门铃技术的进一步发展和提升用户使用体验提供帮助。

[1]罗回彬，钟伟洲.基于ZigBee技术的门铃及老人求助系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2012（4）：73-74.

[2]程望斌，冯建伟，谭绍钰，等.基于AT89S52的多功能智能门铃设计[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2016（4）：49-52.

[3]陈巧莉，冯于户.基于AT89C51单片机的定时器控制音乐门铃的仿真与实现[J].价值工程，2011（20）：146-148.

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

赵杰（1970— ），女，河南社旗，本科，助教；研究方向：广播电视技术。