基于單片機(jī)無線控制的多功能打鈴儀設(shè)計(jì)

0 前言

針對(duì)傳統(tǒng)電鈴控制器存在施工麻煩(拉專線)、控制不靈活、定時(shí)不準(zhǔn)、校時(shí)繁瑣、功能簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)，本作品具有以下幾個(gè)方面的特色及創(chuàng)新：

一是采用GPS 授時(shí)技術(shù)，控制時(shí)間精準(zhǔn)，更為重要的是主機(jī)不需要調(diào)試，一勞永逸;二是考慮極端情況發(fā)送，設(shè)置了備用時(shí)間，內(nèi)置DS1302 時(shí)鐘芯片，每間隔一定時(shí)間對(duì)DS1302 進(jìn)行GPS 授時(shí)，在GPS 授時(shí)不成功的前提下可以使用上一次保存在DS1302 中的時(shí)間，并給出提示，提醒操作人員檢查GPS 設(shè)備;三是GPS 與主控制器之間采用無線通信方式，且采用的是433M 的ISM 頻道，具有較強(qiáng)的穿墻能力，徹底消除GPS 信號(hào)盲區(qū) ;四是打鈴儀采用分布式安置方法，采用自定義協(xié)議與主機(jī)進(jìn)行通信;五是分布在教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館的打鈴儀根據(jù)使用場(chǎng)合不同，可以自動(dòng)調(diào)整鈴聲(比如圖書館需要安靜式鈴聲);六是可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制，實(shí)時(shí)控制各不同樓宇的打鈴儀是關(guān)閉或是開啟;七是分布在不同樓宇的打鈴儀可以作為盜險(xiǎn)報(bào)警中繼路由器，檢測(cè)到危急情況時(shí)可以實(shí)時(shí)通知主機(jī)，并給出報(bào)警鈴聲;八是主機(jī)每日巡檢子機(jī)工作狀態(tài)，以確定其是否能正常工作。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖1 所示，由GPS 主機(jī)接收模塊(時(shí)基信號(hào)源)、主機(jī)控制器和下位機(jī)打鈴儀(子機(jī))三個(gè)部分組成。

時(shí)基信號(hào)模塊將內(nèi)置CPU,控制GPS DEMO 電路獲取GPS 衛(wèi)星中的原子時(shí)鐘信號(hào)，將提取出的世界時(shí)間轉(zhuǎn)換成東8 區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)北京時(shí)間，并計(jì)算出年、月、日、星期等日歷信號(hào)，并將這些信息顯示在1602 的液晶顯示器上，這些日歷時(shí)間信息通過CC1101無線模塊發(fā)送給主機(jī)控制器。時(shí)基信號(hào)模塊至于無障礙遮擋的屋外，為了方便施工，采用光太陽+ 蓄電池方式作為供電系統(tǒng)，為整個(gè)系統(tǒng)提供5V、3.3V 電源。

主控制器在整個(gè)系統(tǒng)中扮演重要角色，是整個(gè)系統(tǒng)的控制、指揮中心，一方面，它要通過無線方式從時(shí)基信號(hào)源接收時(shí)基信號(hào)，另一方面又要通過無線通信方式向所有子機(jī)發(fā)送(接收)控制(數(shù)據(jù))信息。主控制與實(shí)際信號(hào)源、主機(jī)與子機(jī)之間采用ISM 頻道的433M 無線通信方案，具有開路傳輸距離遠(yuǎn)、穿墻能力強(qiáng)的特點(diǎn)。主機(jī)與時(shí)基信號(hào)源以及主機(jī)與子機(jī)之間的通信采用不同的通信信道實(shí)現(xiàn)，以避免頻道的沖突。

主機(jī)還在每天固定時(shí)間對(duì)每臺(tái)子機(jī)例行檢查，在一個(gè)公共頻道上依次“傳喚”每臺(tái)子機(jī)，“命令”每臺(tái)子機(jī)將自己工作狀況發(fā)送給主機(jī)。如果主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間接收不到自己應(yīng)答或接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，則提示對(duì)應(yīng)子機(jī)發(fā)生故障，并給出提示，以便維護(hù)人員檢查維修。

子機(jī)電鈴控制模塊可以有多部(最多256 部)，分布在不同的位置。由于采用了無線通信的方式，所以其安裝施工變得簡(jiǎn)單方便。主機(jī)不斷檢查日作息時(shí)間表，“到點(diǎn)”通過廣播信道給所有子機(jī)發(fā)出“打鈴”命令，子機(jī)收到該信號(hào)后控制電鈴動(dòng)作。此外，還可以發(fā)送“屏蔽”指令，讓某些特殊位置或在特殊時(shí)期的電鈴“禁響”,即其他電鈴均響，被“禁響”的電鈴不響。

子機(jī)電鈴還可以充當(dāng)“防盜中繼路由”的角色。通過無線通信方式檢測(cè)置于不同位置的傳感器信息，實(shí)時(shí)檢測(cè)盜險(xiǎn)情況，一旦發(fā)送危急情況，立馬發(fā)出告警鈴聲，并把該信息反饋給主機(jī)控制器。

2 打鈴儀實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)的主要核心部分是軟件構(gòu)架及其設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的程序由時(shí)基信號(hào)源、主機(jī)控制器、子機(jī)模塊三部分組成，部分模塊電路如圖2 所示。

2.1 時(shí)基信號(hào)源模塊

首先，利用現(xiàn)有的GPS 模塊，接收美國衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過異步串口通信與主機(jī)1 進(jìn)行聯(lián)接，波特率為9600bps.主機(jī)1 在串行中斷中先把接收到的數(shù)據(jù)裝載在一個(gè)數(shù)組里。主機(jī)1 與通過NMEA-0183 協(xié)議對(duì)轉(zhuǎn)載的數(shù)組進(jìn)行判斷與辨別。

先辯斷接收辨識(shí)位“$”.由于本項(xiàng)目只需GPS 的時(shí)間數(shù)據(jù)。所以只接收GPRMG,其內(nèi)容為$GPRMC,hhmmss.dd,s,xxmm.dddd,,yyymm.dddd,,s.s,h.h,ddmmyy,所以，我們先判斷到是RMC 數(shù)據(jù)后再進(jìn)行時(shí)間和日期提取。

由于RMC 中還含有其他數(shù)據(jù)，因此為了避免出錯(cuò)，在程序上以逗號(hào)為標(biāo)志位進(jìn)行判斷。把時(shí)間和日期分別提取出來裝載在新數(shù)組A 里。由于接收到的時(shí)間是0 時(shí)區(qū)的時(shí)間，所以在程序?qū)ζ溥M(jìn)行加8 的處理。

其次 把處理好的數(shù)據(jù)的通過cc1100(采用433HZ,信道為0 發(fā)送給主機(jī)2 并顯示在1602 液晶上。由于考慮天氣等其他可能干擾到GPS 接收的因素，本系統(tǒng)在主機(jī)1 上還加上了DS1302 備用時(shí)鐘芯片進(jìn)行計(jì)時(shí)，以保證時(shí)間系統(tǒng)不至于“癱瘓”.

利用GPS 收到的時(shí)間對(duì)DS1302 時(shí)鐘芯片進(jìn)行同步更新。這樣就實(shí)現(xiàn)在無信號(hào)時(shí)可采用DS1302 時(shí)間作為臨時(shí)時(shí)間發(fā)送給主機(jī)2. 并且為了方便主機(jī)2 區(qū)分接收到的時(shí)間是哪一種的，在主機(jī)1 發(fā)送是采用自制協(xié)議，便于主機(jī)控制器進(jìn)行分辨和操作人員維護(hù)。

2.2 主機(jī)控制器模塊

主機(jī)控制器先守候在與信號(hào)源相同的頻率和信道(CH1 授時(shí)信道)上。時(shí)基信號(hào)源一有信號(hào)來就根據(jù)自制的協(xié)議進(jìn)行判斷數(shù) 據(jù)來源，并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，以判斷接收的時(shí)間是GPS 授時(shí)還是DS1302 授時(shí)。提取數(shù)據(jù)后還要判斷季節(jié)，如果是5 ~10 月之間的月份，啟用夏季打鈴時(shí)間系統(tǒng)，否則啟動(dòng)冬季打鈴系統(tǒng)。如果所接收的數(shù)據(jù)位1 為特殊標(biāo)識(shí)的話，則進(jìn)入緊急狀態(tài)，主機(jī)程序工作流程如圖3 所示。

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