基于單片機無(wú)線(xiàn)控制的多功能打鈴儀設計

0 前言

針對傳統電鈴控制器存在施工麻煩(拉專(zhuān)線(xiàn))、控制不靈活、定時(shí)不準、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，更為重要的是主機不需要調試，一勞永逸;二是考慮極端情況發(fā)送，設置了備用時(shí)間，內置DS1302 時(shí)鐘芯片，每間隔一定時(shí)間對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 設備;三是GPS 與主控制器之間采用無(wú)線(xiàn)通信方式，且采用的是433M 的ISM 頻道，具有較強的穿墻能力，徹底消除GPS 信號盲區 ;四是打鈴儀采用分布式安置方法，采用自定義協(xié)議與主機進(jìn)行通信;五是分布在教學(xué)樓、實(shí)驗樓、圖書(shū)館的打鈴儀根據使用場(chǎng)合不同，可以自動(dòng)調整鈴聲(比如圖書(shū)館需要安靜式鈴聲);六是可以點(diǎn)對點(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(kāi)啟;七是分布在不同樓宇的打鈴儀可以作為盜險報警中繼路由器，檢測到危急情況時(shí)可以實(shí)時(shí)通知主機，并給出報警鈴聲;八是主機每日巡檢子機工作狀態(tài)，以確定其是否能正常工作。

1 系統設計方案

該系統實(shí)現如圖1 所示，由GPS 主機接收模塊(時(shí)基信號源)、主機控制器和下位機打鈴儀(子機)三個(gè)部分組成。

時(shí)基信號模塊將內置CPU,控制GPS DEMO 電路獲取GPS 衛星中的原子時(shí)鐘信號，將提取出的世界時(shí)間轉換成東8 區的標準北京時(shí)間，并計算出年、月、日、星期等日歷信號，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(guò)CC1101無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送給主機控制器。時(shí)基信號模塊至于無(wú)障礙遮擋的屋外，為了方便施工，采用光太陽(yáng)+ 蓄電池方式作為供電系統，為整個(gè)系統提供5V、3.3V 電源。

主控制器在整個(gè)系統中扮演重要角色，是整個(gè)系統的控制、指揮中心，一方面，它要通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式從時(shí)基信號源接收時(shí)基信號，另一方面又要通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式向所有子機發(fā)送(接收)控制(數據)信息。主控制與實(shí)際信號源、主機與子機之間采用ISM 頻道的433M 無(wú)線(xiàn)通信方案，具有開(kāi)路傳輸距離遠、穿墻能力強的特點(diǎn)。主機與時(shí)基信號源以及主機與子機之間的通信采用不同的通信信道實(shí)現，以避免頻道的沖突。

主機還在每天固定時(shí)間對每臺子機例行檢查，在一個(gè)公共頻道上依次“傳喚”每臺子機，“命令”每臺子機將自己工作狀況發(fā)送給主機。如果主機長(cháng)時(shí)間接收不到自己應答或接收到錯誤數據，則提示對應子機發(fā)生故障，并給出提示，以便維護人員檢查維修。

子機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(wú)線(xiàn)通信的方式，所以其安裝施工變得簡(jiǎn)單方便。主機不斷檢查日作息時(shí)間表，“到點(diǎn)”通過(guò)廣播信道給所有子機發(fā)出“打鈴”命令，子機收到該信號后控制電鈴動(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。

子機電鈴還可以充當“防盜中繼路由”的角色。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式檢測置于不同位置的傳感器信息，實(shí)時(shí)檢測盜險情況，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控制器。

2 打鈴儀實(shí)現

設計的主要核心部分是軟件構架及其設計，本設計的程序由時(shí)基信號源、主機控制器、子機模塊三部分組成，部分模塊電路如圖2 所示。

2.1 時(shí)基信號源模塊

首先，利用現有的GPS 模塊，接收美國衛星數據，通過(guò)異步串口通信與主機1 進(jìn)行聯(lián)接，波特率為9600bps.主機1 在串行中斷中先把接收到的數據裝載在一個(gè)數組里。主機1 與通過(guò)NMEA-0183 協(xié)議對轉載的數組進(jìn)行判斷與辨別。

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

由于RMC 中還含有其他數據，因此為了避免出錯，在程序上以逗號為標志位進(jìn)行判斷。把時(shí)間和日期分別提取出來(lái)裝載在新數組A 里。由于接收到的時(shí)間是0 時(shí)區的時(shí)間，所以在程序對其進(jìn)行加8 的處理。

其次 把處理好的數據的通過(guò)cc1100(采用433HZ,信道為0 發(fā)送給主機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，本系統在主機1 上還加上了DS1302 備用時(shí)鐘芯片進(jìn)行計時(shí)，以保證時(shí)間系統不至于“癱瘓”.

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

2.2 主機控制器模塊

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

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