感应式迎宾门铃的设计与制作.docx
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感应式迎宾门铃的设计与制作
题目感应式迎宾门铃的设计与制作
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电子感应迎宾门铃设计与制作
[摘要]研究本课题的目的是为解决服务性行业“接送”礼仪智能化的问题,建立一种通用的礼仪服务系统。
本设计是基于AT89C52单片机制作的感应门铃,采用数码管统计店内现有的人数,运用两个模拟红外光电开关来识别人体的进出,当有人进入时,进门指示灯闪烁一次,蜂鸣器放出一段优美的音乐,铃声停止后,统计人数的数码管自动加一。
每当有人出去时,出门指示灯闪烁一次,蜂鸣器放出一段优美的音乐,铃声停止后,统计人数的数码管自动减一。
该门铃还可兼作报警器用,晚上把开关调至报警档,当有人进入感应的区域内,即可发出报警声。
本电子迎宾设计电路由单片机控制电路、显示部件、热释电传感检测电路、音乐电路等组成。
先由热释电传感判断别人的进出方向,将信号传达给AT89C52单片机,由单片机分析,传达信息给语音电路,让其经过音频放大器发出相应的语音。
在微电子技术与数字化技术发展的今天,开发这种服务质量好、智能化程度高、经济实用的自动控制智能迎宾系统,不仅便于统一管理,而且能减少人力资源,还对环境改善、提高经济效益都有着显著的效果。
为此设计这种新型的自动电子迎宾器来代替人力是很有必要的。
[关键词]单片机;语音芯片;AT89C52;红外传感;数码管;蜂鸣器
Thedesignandmanufactureofelectronicsensingweledoorbell
Abstract:
Researchthepurposeofthispaperistosolvetheserviceindustry"shuttle"etiquetteintelligentproblem,establishamonetiquetteservicesystem.
ThedesignInductiondoorbellisbasedontheAT89C52chipproduction,usingdigitaltubeStatisticsthenumberofstore.theuseoftwosimulatedinfraredphotoelectricswitchkeystrokesequencetoidentifyhumanimport,whensomeoneenters,thedigitaltubeautomaticplusone,doorindicatorlightsflashonce,buzzerplayapieceofbeautifulmusic.Wheneversomeoneout,thedigitaltubeautomaticminusone,statisticalnumberofdigitaltubeautomaticwithaflashinglight,outoftime,thebuzzeremitsabeautifulpieceofmusic.Thedoorbellalsocanbeusedasalarm,Whenthenight,switchthebuttontoalarmfile,Whenpeopleintotheinductionarea,thensoundthealarm.
Thiselectronicweleguestscircuitdesignbysingle-chipmicroputercontrolcircuit,thepowersupplycircuit,displayparts,pyroelectricsensingdetectioncircuit,musiccircuitetc.Firstbypyroelectricsensingjudgingotherpeopleaccessdirection,willsignaltomunicatebymicrocontrolleranalysisAT89S52MicroControllerUnit,messagetovoicecircuits,letitpasssendsoutthecorrespondingaudioamplifierspeech.Inmicroelectronicstechnologyanddigitaltechnologydevelopmenttoday,developtheservicequalityisgood,intelligentizedegreeishigh,theeconomicalpracticalautomaticcontrol,notonlyfacilitateintelligentWeleguestssystem,butalsocanreducetheunifiedmanagementofhumanresources,butalsofortheenvironmentandincreaseeconomicbenefitshavesignificanteffect.Sowedecidedtodesignthisnewtypeofautomaticelectronicyingbindeviceinsteadofhuman
Keywords:
MicroControllerUnit;Pronunciationchip;AT89C52,Pyroelectric,Digitalcontrol,buzzer
1引言
1.1课题研究背景及意义
门铃已经有了很悠久的历史,现代社会上最常见到的是电子门铃。
最初门铃的作用就只是单纯地作为门铃来使用,随着社会的发展,门铃的种类越来越多,功能也开始多样化。
门铃的类型从有线式门铃发展为无线式门铃,从单纯的音乐门铃发展为可对讲门铃,遥控式门铃,可视门铃等。
门铃的用途也从单一的提醒主人发展为多用途的既可以提醒主人又可以欢迎客人,既可以迎宾又可以防盗报警。
感应式迎宾门铃就是在这种探究中产生的。
感应式迎宾门铃又称为迎宾器,是近几年才出现的常用于商店,写字楼,工厂等用作迎宾防盗的电子产品。
感应式迎宾门铃的前身是防盗报警器,最初人们用它来进行防盗,但是后来因为此种电子防盗报警器所发出的是刺耳的报警声,在一定程度上影响了顾客的心情,所以后来逐渐演变成比较悦耳的铃声,例如叮咚声,“你好,欢迎光临”等备受用户喜欢的铃声,顾客一进入店铺就自动报出欢迎语音,给顾客带来愉悦的心情,从而起到了提醒店主有人进入和迎宾的双重功效。
感应式迎宾门铃的研究主要集中在怎样让其感应更加灵敏、准确,功能更加完善,价格更加便宜等方面,目的就是要让感应式迎宾门铃在多种场合中完美地发挥迎宾、提醒主人及防盗报警的作用。
1.2国内外研究现状
目前感应式迎宾门铃主要分为红外感应式及光感应式。
常见的红外感应式迎宾门铃使用的是热释电红外传感器,其本身并不发射任何的信号,但当接收到人体辐射的特定红外线中心波长信号时,就会触发电路。
光感应式迎宾门铃是利用人体的反射光线,使光敏电阻接收到足够大的光线变化,通过电路产生变化电流来触发电路,其灵敏度和物体的反射率有关。
但光感应式迎宾门铃容易受到环境及光照的影响,在黑暗情况下其不能正常工作。
光感应式模块价格便宜,但误报率较高,由于它的传感核心为光敏电阻,光敏电阻对可于大部分波长可见光都会有所反应,因此光线变化完全可能会影响门铃工作。
相对来说,红外感应式更贵,但是其优点是误报虑低,再加上菲涅尔透镜窗口,进而将误报率降到最低。
红外式模块采用先进的微电脑制造技术,白天黑夜都能正常工作,既可以用作门铃,也可以用作报警器来使用。
红外感应式迎宾门铃性能稳定卓越,节能易用,灵敏度高,更加符合市场的需要,更加贴近消费者的生活,许多场合都可以使用,不仅带来了方便,更带来了快乐和安全感。
总体来说,目前感应式迎宾门铃的技术还比较成熟,功能相对较完善,成本也不高,而且因为通常市面上的感应式迎宾门铃同时兼迎宾和报警两种功能,所以应用场合也比较广泛。
1.3课题研究的主要内容
该电子迎宾装置是以热释电传感,配合语音电路,显示电路组装而成,能随时任意改变语音电路中的录音,以满足不同场所的不同使用效果。
本电路可安装在商场、酒店等营业场所门口,利用热释电传感技术自动识别顾客的进、出方向。
客人进门时他会说欢迎光临,出门时它又会说谢谢光临。
语音电路发出的语音能给人以愉悦、亲切的感觉。
同时还可以显示出店面里现有的人数。
该装置不受情绪和天气冷热的影响,对顾客热情如一。
增强顾客对该部门的好感,提高该部门的声誉。
它将成为一个无人值守的自动迎宾礼仪小姐。
用该装置来代替迎宾小姐,不仅经济,而且十分有趣。
本次课题研究的主要内容就是要根据已市场化的感应式门铃的原理,在掌握感应技术,尤其是红外感应技术的基础上,采用适当的红外探测模块及芯片、元器件,设计出一个实用且性价比较高的感应式迎宾门铃。
2方案论证
2.1感应方式的选择
目前感应式门铃主要分光感应式和红外感应式。
方案一:
光感应式的价格便宜,但是误报率高,因为它的传感核心是光敏电阻,光敏电阻对可见光大部分波长都反应变化,故光线变化可能会触发门铃反应。
方案二:
红外感应式价格较高,但优点是误报虑小。
红外式采用先进微电脑制造技术,无论白天黑夜都可正常使用,既可做门铃使用,也可做独立报警器使用。
综上所述,本设计选择红外感应方式。
2.2单片机的选择
方案一:
选择普通8052内核的STC89系列单片机,此单片机价格便宜,功能强大。
方案二:
选择STC12C5A60AS2单片机,STC12C5A60AS2单片机是加强型8051内核,比普通8051内核快8—12倍,具有60K储存空间,能够满足本题要求,与方案一比较,价格上还是偏贵。
方案三:
采用飞思卡尔公司生产的MC9S12XS128单片机,此单片机具有8路PWM,16路AD采集通道,2个UART,2个硬件SPI,具有背景调试功能,方便实时查看程序中全局变量的值,具有80个引脚,硬件资源相当丰富。
但其价格相对较高。
综合以上三种方案,为了方便控制,节约成本,故本设计选择方案一。
2.3显示器件的选择
方案一:
四位一体共阳数码管显示,数码管功耗低,价格便宜,显示清晰,完全符合本设计要求。
方案二:
采用液晶屏1602显示,1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。
不过占用IO多,体积大,价格贵。
综合以上二种方案,为了减少硬件资源,节约成本,本设计选择方案一。
2.4总体方案选择
综合以上选择得到总体设计方案如图2.1所示:
图2.1总设计方案
3感应式门铃的基本原理
迎宾记录器能对出入房间的人进行自动识别发出礼仪性的问候,并能对人员出入房间的情况进行统计。
迎宾记录器系统主要由热释电传感检测电路、进出门处理与识别电路、中央处理显示电路、报警电路,显示电路等组成。
能通过按键控制并显示现有人数,并由音乐电路发出提示声响以表示人员进出状态。
本设计控制系统是采用热释电传感检测技术自动识别顾客的进、出方向,客人进门时他会说欢迎光临,出门时它又会说谢谢光临。
热释电传感检测技术是个很广泛的技术领域,它是通过一定的技术对被检测的物体实施一定距离的控制。
一个热释电传感检测技术只能探测人体运动对其产生的信号,它不能分辨人体运动的方向,不能依据人体运动不同的方向产生不同的信号触发相应控制电路。
为此,本设计利用了两个热释电传感检测技术装置,两个之间有一定的距离,根据信号的先后顺序,来判断人是进入还是出去,通过产生的不同的信号去触发相应的控制电路,实现要求。
3.1红外探测模块
红外探测模块实现的功能是将感应到的人体红外线转换为可用的驱动电信号。
本模块的红外感应部分采用热释电红外线传感器。
它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电压信号输出。
整个探测模块主要由光学系统,热释电红外传感器,信号滤波和放大信号处理构成。
如果使用独立元器件完成信号处理的各项功能会比较复杂。
这里采用人体红外感应模块HC-SR501.
3.1.1仿真电路设计
在软件设计部分,分别采用两个按键代替两个人体红外感应模块HC-SR501。
如图3.1为红外感应模块仿真电路,当按图3.1中的K1键时,表示有人进入,此时会触发相应部分的高电平,从而响起“你好,欢迎光临”的门铃声;同样,按下图3.1中的K2键时,响起“谢谢光临”的门铃声;从而起到迎宾的效果。
在现实中,当两个传感器几乎同时接收到感应时,系统将依照先接收到的信号作出相应反应。
K2
K1
图3.1红外探测模块仿真电路
3.1.2HC-SR501红外探测模块原理
HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块,采用德国原装进LHI778探头设计,灵敏度高,可靠性强,超低电压工作模式,广泛应用于各类自动感应电器设备,尤其是干电池供电的自动控制产品。
其相关电气参数如表3.1所示。
表3.1HC-SR501红红外探测模块的电气参数
∙电气参数
产品型号
HC--SR501人体感应模块
工作电压X围
直流电压4.5-20V
静态电流
<50uA
电平输出
高3.3V/低0V
触发方式
L不可重复触发/H重复触发(默认重复触发)
延时时间
0.5-200S(可调)可制作X围零点几秒-几十分钟
封锁时间
2.5S(默认)可制作X围零点几秒-几十秒
电路板外形尺寸
32mm*24mm
感应角度
<100度锥角
工作温度
-15-+70度
感应透镜尺寸
直径:
23mm(默认)
功能特点:
(1)全自动感应:
人体进入其感应区域时输出为高电平,人体离开感应区域时则关闭高电平,输出低电平。
(2)两种触发方式:
1)不可重复触发方式:
即就是感应输出高电平以后,当延时时间段一结束,则输出将自动的从高电平变为低电平;
2)可重复触发方式:
即就是感应输出高电平以后,当在延时时间段之内时,假如有人体在其感应X围内活动,其输出将一直保持在高电平,直到人体离开后延时才会将高电平变为低电平(每当红外感应模块检测到人体的活动后,就自动延时一个时间段,并且把最后一次的活动时间作为延时时间的起点)。
(3)温度补偿(出厂时未设):
在夏天当环境温度升高到30~32℃时,探测距离就会稍变短,温度补偿也可作一定的性能补偿。
(4)(默认设置:
2.5S封锁时间):
感应模块在每一次感应输出后即就是高电平变成低电平时,紧跟着可以设置一个封锁时间段,在这一时间段内感应器不会接受任一感应信号。
这种功能可以实现“感应、具备感应封锁时间的输出时间及“封锁时间”两者的间隔工作,可以应用于间隔探测产品;同时这种功能也可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
(此时间可以设置在零点几秒—几十秒钟X围内)。
(5)工作电压的X围较宽:
默认的工作电压为DC4.5V-20V。
(6)微功耗:
静态电流<50微安,特别适用于干电池供电的自动控制产品。
(7)输出高电平信号:
可方便与各类电路实现对接功能。
HC-SR501红外探测模块原理图,硬件模块图分别如图3.2、图3.3所示:
图3.2HC-SR501红外探测模块原理图
工作原理:
人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10UM左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
图3.3HC-SR501硬件图
3.2单片机控制模块
3.2.1单片机电路功能说明
在迎宾记录器系统中,单片机是实现系统功能的中心部件,其工作效率的高低关系到系统效率的高低以及系统运行的稳定性。
52系列单片机成本低,稳定性好,该系统中采用Atmel公司生产的AT89C52来实现。
单片机AT89C52主要用于对人体红外感应信号的接收和辨认、检测按键状态、语音、以及数码管的显示情况等。
AT89C52管脚图如图3.4所示。
图3.4AT89C52管脚图
在此设计中单片机选择了Atmel公司的AT89C52。
AT89C52是一个低功耗,高性能的CMOS8位单片机,片内包含8KBytesISP(InSystemProgrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,该元件采用Atmel公司的高精度、非易失性存储技术制造而成,兼容标准的MCS-51指令系统以及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
具有如下的标准功能:
8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,内置4KBEEPROM,MAX810复位电路,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。
另外AT89C52可以降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续进行工作。
在掉电保护方式下,RAM的内容被保存下来,振荡器被冻结,单片机的一切工作也停止下来,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。
AT89C52单片机的特点如下:
·灵活的ISP在线系统编程。
只需要一条ISP下载线就可以直接把PC上编译好的程序写到单片机和程序存储器中,不需要购买仿真器、芯片适配器等设备。
·32个可编程的I/O口线。
提供了丰富的I/O口资源。
·6个中断源。
·3个16位定时/计数器。
·256字节内部RAM。
·全双工串行UART通道。
·1000次可重复擦写周期。
·引脚功能说明如下:
·输入/输出引脚(I/O口线)
P0.0~P0.7:
P0口8位双向I/O口,占39~32脚;
P1.0~P1.7:
P1口8位准双向I/O口,占1~8脚;
P2.0~P2.7:
P2口8位准双向I/O口,占21~28脚;
P3.0~P3.7:
P3口8位准双向I/O口,占10~17脚;
·控制口线
PSEN(29脚):
外部程序存储器读选通信号。
ALE/PROG(30脚):
地址锁存允许/编程信号。
EA/VPP(31脚):
外部程序存储器地址允许/固化编程电压输入端。
RST/VPD(9脚):
RST是复位信号输入端,VPD是备用电源输入端。
·电源及其它
Vcc(40脚):
电源端+5V。
GND(20脚):
接地端。
XTALl、XTAL2(19~18脚):
时钟电路引脚。
当使用内部时钟时,这两个引脚端外接石英晶体和微调电容。
当使用外部时钟时,用于外接外部时钟源。
单片机最小系统如图3.5所示,单片机的电源采用5V供电,时钟电路也就是振荡电路采用11.0592MHZ晶振,向单片机提供一个正弦波信号作为基准,决定单片机的执行速度。
图中的电容起稳定作用。
其复位电路采用混合复位电路,在上电的时候会自动复位,也可手动复位。
方便在单片机死机的时候进行重启。
图3.5单片机最小系统
如图3.6时钟电路,XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石英晶体振荡器和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
因为一个机器周期含有6个状态周期,而每个状态周期为2个振荡周期,所以一个机器周期共有12个振荡周期,如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ,一个振荡周期为1/12us,故而一个机器周期为1us。
图3.6时钟电路图
如图3.7单片机复位电路:
图3.7单片机复位电路
单片机的复位操作使单片机进入初始化状态,其中包括使程序计数器PC=0000H,这表明程序从0000H地址单元开始执行。
单片机冷启动后,片内RAM为随机值,运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容,21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。
3.3数码显示模块
3.3.1数码管简介
数码管由8个发光二极管构成,可以通过各种组合方式来显示数字0-9、字符A、F、H、L、P、R、U、Y、符号以及小数点。
如图3.8(a)所示为数码管外部结构。
数码管分为共阳极和共阴极两种,如图3.8(b)为共阴极,图3.8(c)为共阳极。
(a)外型结构(b)共阴极(c)共阳极
图3.8数码管外部结构
共阴极数码管:
8个发光二极管的阴极连接在一起,一般情况下,公共阴极接的是低电平(通常接地),其它管脚分别接段驱动电路的输出端,当某一段的驱动电路输出高电平时,这一端口所连接的字段被导通并被点亮,依照发光字段的各种组合可以显示出不同的数字或者字符。
这时就要求段驱动电路提供额定的段导通电流,并且需要根据电源以及额定的段导通电流来确定相对应的限流电阻。
共阳极数码管:
8个发光二极管的阳极连接在一起,一般情况下,公共阳极接的是高电平(通常接电源),其它管脚分别接段驱动电路的输出端,当某一段的驱动电路输出低电平时,这一端口所连接的字段被导通并被点亮,依照发光字段的各种组合可以显示出不同的数字或者字符。
这时要求段驱动电路能够吸收额定的段导通电流,并且根据电源以及额定的段导通电流来确定相对应的限流电阻。
本设计采用四位一体共阴数码管,如图3.9(a)为数码管的实物引脚图,3.9(b)为此共阴数码管的内部逻辑图,3.9(c)为四位共阴数码管封装图。
图3.9(a)四位一体共阴数码管实物引脚图
图3.9(b)四位一体共阴数码管内部逻辑图
图3.9(c)四位一体共阴数码管封装图
3.3.2数码管接口电路
数码管接口电路有静态显示和动态显示两种。
静态显示指的是数码管显示某一字符时,相应的发光二极管恒定导通或者恒定截止。
这种显示方式的各位数码管之间相互独立,公共端恒定接正电源(共阳极)或者接地(共阴极)。
每个数码管的8个字段分别与一个8位I/O口地址连接,I/O口一有段码输出,相应的字符就显示出来,直到I/O口输出新的段码之前一直保持不变。
采用静态显示方式有许多优点,例如:
较小的电流就可以得到较高的亮度,并且占用CPU的时间较少,编程简捷,显示利于监制,但是其占用了较多的口线,硬件电路较复杂,成本又高,所以只适合于用来显示位数比较少的情况。
动态显示是逐位轮流点亮各个数码管,这种通过逐位来点亮显示器的方法叫做位扫描。
通常情况下,各位数码管的段选线相对应的并联连在一起,由一个8位的I/O口进行控制;各位的位选线(公共阴极或阳极)则由其它的I/O口线来控制。
动态方式显示时,各位数码管在不同时刻轮流被选通,若想要让其稳定的进行显示,则必须采用扫描的方式,即就是在某一时刻只需选通一位数码管,并且送出相对应的段码,在另一时刻选通另外一位数码管,并且送出相对应的段码,按照这一规律循环操作,就可以使各位数码管显示出预定显示的字符,尽管这些字符是在不同时刻显示出来的,但由于人的眼睛存在一定的视觉暂留效应,所以只要每
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