技术领域本发明涉及一种带语音功能的无线门铃及其控制方法，属电子控制技术领域。
背景技术：
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，这种无线门铃生产成本低，但功能少，使用不方便且性能欠佳，很多时候不能满足人们的需求。随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，更廉价、功能更多、性能更好，更人性化的无线遥控音乐门铃需求不断增加。
技术实现要素：
本发明为解决目前技术中存在的问题，提供一种带语音功能的无线门铃及其控制方法。它能够提供门铃室内蜂鸣器提示，并根据室内不同情况作出不同的应答，给室外语音提示、质量效果好。本发明采用以下技术方案予以实现：一种带语音功能的无线门铃，其特征是包括一个室外主控单元和一个室内从控单元，所述室外主控单元包括：主控制器(主机)、门铃按钮单元、语音提示单元、无线传输单元和电源供电单元；室内从控单元包括：从控制器(从机)、蜂鸣器提示单元、按键应答单元、人体感应单元、无线传输单元、电源供电单元；所述室外主控单元和室内从控单元通过无线传输单元传递信息，所述室外主控单元中，主控制器为核心，门铃按钮单元与主控制器输入端口相连，用于接收按钮请求，并将门铃请求信号传递至主控制器；语音提示单元与主控制器输出端口相连，用于接收主控制器发出的语音提示信息，并发出语音提示；无线传输单元通过串行端口与主控制器相连，信号传输是双向的，既可以输入也可以输出，用于发送和接收无线信号，与从控制器之间传递信号；电源供电单元与主控制器的电源端相连，用于给主控制器和其他芯片提供电源。室内从控单元中，从控制器为核心，蜂鸣器提示单元与从控制器的输出端口相连，用于接收从控制器发出的提示音信号，并发出提示音；按键应答单元与从控制器的输入端口相连，用于接收按键应答信号，并将按键应答信号传递至从控制器；人体感应单元与从控制器的输入端口相连，用于感应人体信号，并将人体感应信号传递给从控制器；无线传输单元通过串行端口与从控制器相连，信号传输是双向的，既可以输入也可以输出，用于发送和接收无线信号，与主控制器之间传递信号；电源供电单元与从控制器的电源端相连，用于给从控制器和其他芯片提供电源。所述室外主控单元中，主控制器包括主控单片机、时钟电路和复位电路；门铃按钮单元包括串接的按钮S1和电阻器R4；语音提示单元包括语音芯片，音频功率放大器和扬声器；电源供电单元包括：5V电源电压和3.3V电源电压单元。优选的，所述室外主控单元中具体还包括：主控制器包括主控单片机包括型号为ATMega8L单片机、时钟电路和复位电路；门铃按钮单元包括一个按钮S1和一个阻值为1KΩ的电阻器R4，接至单片机的输入端口；语音提示单元包括一片ISD4004语音芯片，一片LM386音频功率放大器和一个扬声器SPEAKER，接至单片机的输出端口；电源供电单元中，5V电源电压由4节1.5V干电池提供，接至单片机的电源端，3.3V电源由HT7533稳压芯片提供，接至无线传输模块的电源端；无线传输单元由nRF905无线传输模块组成，工作电压为3.3-3.6V，通过串行端口与单片机相连；所述时钟电路，由一片8MHz石英晶体振荡器Y1和两个22pF瓷片电容器C9、C10组成，接至单片机的XTAL1和XTAL2端，结合单片机内部时钟振荡电路，产生单片机工作必须的时钟；所述复位电路采用上电自动复位电路，由5V电源，经过1KΩ的电阻器R1，接至单片机RESET端，在上电瞬间为单片机提供持续时间超过两个机器周期的低电平，引起系统复位。优选的，所述室内从控单元中，从控制器包括从控单片机、时钟电路和复位电路；蜂鸣器提示单元包括三极管放大器和蜂鸣器；按键应答单元包括并接的三个按键，每个按键都分别串接一个电阻器；所述人体感应单元包括一个红外漫反射式传感器。优选的，所述室内从控单元中具体还包括：从控制器包括型号为ATMega8L单片机、时钟电路和复位电路；蜂鸣器提示单元包括8550三极管放大器和蜂鸣器BUZZER，接至单片机的输出端口；按键应答单元包括并接的三个按键S2、S3、S4，每个按键都分别串接一个阻值为1KΩ的电阻器R5、R6、R7，接至单片机的输入端口；所述人体感应单元包括一个型号为E18-D80NK的红外漫反射式传感器，接至单片机的输入端口。优选的，所述室外主控单元中，门铃按钮单元接收屋外来访者按铃请求，产生呼叫信号，呼叫信号存储于主控制器内部存储器，经主控制器处理后，向语音提示单元发送音乐信号，提示屋内主人，主控制器同时将呼叫信号以串行传输方式发送给无线传输单元，无线传输单元接收到呼叫信号后，自动形成无线数据包，由天线发送无线数据包，发送完成后，主控制器处于等待状态，查询从控制器是否发出应答信号。优选的，所述室内从控制单元中，无线传输单元自动监测空中的无线数据包，当监测到主控制器发出的呼叫信号后，自动由天线接收并存储数据，并通知从控制器读取所存储的数据，从控制器以串行方式读取无线传输单元中存储的数据，存储于内部存储器中，数据经从控制器处理后，传送至蜂鸣器提示单元，由蜂鸣器发出提示音，提示屋内主人。优选的，所述按键应答单元，当屋内主人收到呼叫信号时，可通过相应功能按钮向主控制器发送应答信息，根据屋内状况设定三个功能按键S2，S3，S4，所述按键S2提示从主控制器向主控制器发送“马上来”类的语音信息；按键S3提示从控制器向主控制器发送“正在忙，请稍候”类的语音信息；按键S4提示从控制器向主控制器发送“屋内无人”类的语音信息，并且屋内设定人体感应单元感应人体信息，当检测到房内没有人时，传感器会向从控制器发送信号，来执行按键S4功能。一种上述带语音功能的无线门铃的控制方法，包括以下步骤：根据无线门铃功能要求，编写软件程序，一部分为主控制器控制程序，一部分为从控制器控制程序；所述主控制器控制程序：开机初始化之后，检测门铃是否按下，如果没有，等待并继续检测；如果有，调用语音程序，通过扬声器响应30s设定音乐，并调用无线收发单元程序，向从机发送请求信号，等待从机应答，若检测到从机给予应答信号，根据反馈的信号通过语音程序响应相应的语音提示；所述从控制器控制程序：开机初始化之后，通过无线收发程序检测主机是否发送请求，若没有则等待并继续检测；若检测到请求，蜂鸣器发出声音进行提示，检测人体红外传感器信号是否为高电平，若检测信号为高电平，说明未检测到人体信号，持续检测，并判断时间是否达到30S,当时间达到30S仍未检测到人体信号时，通过无线传输单元向主机发送“屋内无人”的信息，若检测到人体红外传感器信号为低电平，说明检测到人体信号，程序继续向下执行，扫描功能按键S1是否按下，若按下，通过无线传输单元向主机发送“马上来”信息；若未按下，继续扫描功能按键S2是否按下，若按下，通过无线传输单元向主机发送“正在忙，请稍候”信息；若未按下，继续扫描功能按键S3是否按下，若按下，通过无线传输单元向主机发送“屋内无人”信息；若未按下，则程序结束。所述带语音功能的无线门铃的控制方法，还包括以下具体步骤：a.所述门铃按钮单元接收屋外来访者按铃请求，当系统上电后，进行初始化操作，主机开始查询是否有屋外来访者按下门铃S1，若没有，则继续查询；若有，产生门铃呼叫信号，传输给主控单片机PD4引脚。呼叫信号进入单片机后存储于内部存储器，经单片机处理后，启动语音芯片，向语音芯片发送音乐信号，音乐信号经语音芯片处理后，送给LM386进行功率放大，功率放大后，传送给扬声器SPEAKER，扬声器发出30S音乐提示音，提示屋内主人。b.主控单片机同时将呼叫信号以串行传输方式发送给无线传输模块，单片机将无线传输模块置为数据发送模式，自动形成无线数据包，由天线发送无线数据包，发送完成后，主控制器处于等待状态，查询从控制器是否发出应答信号。c.所述室内从控制单元中的无线传输单元自动监测空中的无线数据包，当监测到主控制器发出的呼叫信号后，自动由天线接收并存储数据，并通知从控单片机读取所存储的数据，单片机以串行方式读取无线传输单元中存储的数据，存储于内部存储器中。数据经从控单片机处理后，由单片机PD0端输出脉冲信号，信号经放大器放大后，连到蜂鸣器，由蜂鸣器发出“嘟嘟……”的提示音30秒，提示屋内主人。d.当屋内主人收到呼叫信号时，可通过相应功能按钮向主机发送应答信息，根据屋内状况设定三个功能按键S2，S3，S4，功能分别为：按键S2提示从机向主机发送“马上来”的语音信息；按键S3提示从机向主机发送“正在忙，请稍候”的语音信息；按键S4提示从机向主机发送“屋内无人”的语音信息。并且屋内设定人体感应单元感应人体信息，当检测到房内没有人时，传感器会向从机发送信号，来执行按键S4功能。e.应答信号产生及传输原理如下：从控制器按键应答单元包括三个按键S2、S3、S4，分别于从控单片机相应端口相连，当按下其中某一个按键时，端口就产生一个由高电平转为低电平的下降沿信号，从控制器接收到这个下降沿信号，将其存储于内部存储器中，并根据按键值，调用存储器中的相应的应答信号，应答信号包括“马上来”、“正在忙，请稍候”、“屋内无人”三种语音提示信息，有从机将应答信号以串行方式传送给无线传输单元，无线传输单元接收到应答信号后，自动形成无线数据包，由天线发送无线数据包，向主机发送相应的应答信息。f.室内从控单元的人体感应单元，红外漫反射式传感器E18-D80NK，按照所述传感器工作方式，检测是否有人体信号，若无，继续检测，如果时间达到30S仍未检测到人体信号，从机向主机发送“屋内无人”语音信息；若有，等待应答按键按下。本发明与现有技术相比具有的突出的有益效果：1.使用语音提示功能对屋内情况给予屋外来访者应答信号，使屋外能够准确得知屋内是否有人。2.采用无线数据传输节省了导线连接带来的麻烦，采用编码方式传输数据，功能全，性能好，使用方便。3.采用人体感应单元感应屋内是否有人，及时自动给室外来访者回复，避免长时间等待。4.采用低功耗元件，电池使用寿命长。附图说明图1为本发明的设计原理图；图2为本发明的室外主控单元电路原理图；图3为本发明中的室内从控单元电路原理图；图4为本发明的主控制器控制程序流程图；图5为本发明的从控制器控制程序流程图；具体实施方式下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。参见图1至图5。本发明一种带语音功能的无线门铃，包括室外主控单元和室内从控单元。1.所述室外主控单元包括：主控制器(主机)、门铃按钮单元、语音提示单元、电源供电单元和无线传输单元五部分。1)所述主控制器包括：主控单片机，型号为ATMega8L单片机、时钟电路和复位电路。ATMega8L单片机内部集成了较大容量存储器的可编程控制芯片，其特点是省电，稳定性高，抗干扰能力强，编程灵活，采用5V电源供电。时钟电路，由一片8MHz石英晶体振荡器Y1和两个22pF瓷片电容器C9、C10组成，接至单片机的XTAL1和XTAL2端，结合单片机内部时钟振荡电路，产生单片机工作必须的时钟。复位电路采用上电自动复位电路，由5V电源，经过1KΩ的电阻器R1，接至单片机RESET端，在上电瞬间为单片机提供持续时间超过两个机器周期的低电平，引起系统复位。2)所述门铃按钮单元，包括一个按钮S1和一个1KΩ电阻器R2,S1一端接地，另一端R2与主控单片机PD4相连，当按钮S1未按下时，PD4端口相当于悬空，处于高电平状态；S1按下时，按钮相当于短路线，PD4端通过电阻与地连接，处于低电平状态。3)所述语音提示单元，包括一片ISD4004语音芯片，一片LM386音频功率放大器和一个扬声器SPEAKER。所述ISD4004语音芯片，单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。能够真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路的量化噪声和\金属声\。采样频率可为4.0、5.3、6.4和8.0KHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年,反复录音10万次。根据语音芯片各引脚功能，分配单片机的I/O端口来控制语音芯片的相应功能引脚。将语音芯片的/SS片选端与单片机的PD0端连接，当PD0为低电平时，选中ISD4004芯片；SCLK串行时钟引脚与单片机的PD1端相连，MOSI串行数据输入引脚与单片机的PD2端相连，由单片机按照PD1端所发出的时钟频率，经PD2端向语音芯片发送语音信息。MISO串行数据输出引脚没有用到，悬空，因为单片机不会读取语音芯片的信息；RAC行地址时钟引脚与单片机的PD3端相连，由每个RAC周期来表示存储器的操作进行了一行；AMCAP自动静噪引脚通过1μF电容C2接地，起到自动静噪的作用，使扬声器发出声音更加清晰、更加可靠；ANAIN-反相模拟输入端和ANAIN+同相模拟输入端分别经过0.1μF电容C1和C3接地；VCCD和VCCA电源端接至5V电源；4/11/12/23脚均为接地线，直接接地；XCLK外部时钟引脚接地，因为此处使用芯片内部的采样时钟，未使用外部时钟。语音芯片的AOUT输出端应连接能够发出声音的扬声器，但对于音频信号来说，需要足够大的功率才能使声音更加清晰，因此，AOUT引脚经47μF电容C5和10KΩ可调电阻R3接至音频功率放大器LM386芯片的3脚，功率放大输出后从LM386的5脚经220μF电容C4接到扬声器SPEAKER上，保证发出的声音清晰饱满。4)所述电源供电单元包括：5V电源电压和3.3V电源电压单元；5V电源电压由4节1.5V干电池提供；3.3V电源由HT7533稳压芯片提供，HT7533有3个引脚，1脚为接地端，接地；2脚为VCC端接至5V电源；3脚为OUT端，向外输出3.3V电源。同时2脚经220μF和10μF电容C8和C7接地，3脚经10μF电容C6接地，起到滤波作用。5)所述无线传输单元由nRF905无线传输模块组成，工作电压为3.3-3.6V。工作于433MHz频率，功耗非常低，适合无线门铃使用。无线传输单元既可以发送数据，又可以接收数据。nRF905的引脚名称、功能及连接形式见表1。其中2脚为电源端，接3.3V电源，1脚、9脚为接地端，均接地；5脚PWR_UP为芯片上电端，与单片机的PC4相连，高电平有效，由PC4输出高电平使nRF905芯片上电。当nRF905工作于数据接收模式时，14脚/SS为串行传输使能端，与单片机PC0端相连，4脚TRX_CE与单片机PB4相连，3脚TXEN与单片机PC5相连，通过单片机设置/SS＝0，TRX_CE＝1，TXEN＝0，使nRF905选择数据接收模式；nRF905自动监测空中433MHz的载波信号，当监测到匹配的信号时，自动由天线接收并存储数据，由7脚AM连接单片机PC3，通知单片机数据已准备好，可以读取；单片机以串行方式读取nRF905中存储的数据，由PC1向nRF905的13脚SCK提供时钟信号，通过PC2读取nRF905的11脚MISO串行数据输出端发出的数据信息，至此，由nRF905接收到的信息，就传输到了单片机中。当nRF905工作于数据发送模式时，14脚/SS为串行传输使能端，与单片机PC0端相连，4脚TRX_CE与单片机PB4相连，3脚TXEN与单片机PC5相连，通过单片机设置/SS＝0，TRX_CE＝1，TXEN＝1，使nRF905选择数据发送模式；单片机以串行方式向nRF905中传送要发送的数据，由PC1向nRF905的13脚SCK提供时钟信号，由PB5向nRF905的12脚MOSI串行数据输入端发送串行数据；nRF905接收到串行数据后，自动形成无线数据包，由天线以433MHz发送无线数据包。至此，由单片机传给nRF905的数据完成无线发送。表1.nRF905引脚名称、功能及连接形式2.所述室内从控单元包括：从控制器(从机)、蜂鸣器提示单元、按键应答单元、人体感应单元、无线传输单元、电源供电单元六部分。1)所述从控制器包括：从控制芯片，型号为ATMega8L单片机、时钟电路和复位电路，从控制器所用单片机型号和时钟电路与复位电路均与主控制器相同。2)所述蜂鸣器提示单元包括：一个蜂鸣器BUZZER和一个8550三极管放大器，当单片机需要蜂鸣器发出提示信号时，由PD0端输出脉冲信号与8550基极相连，信号经8550放大后，连到蜂鸣器，由蜂鸣器发出“嘟嘟……”的声音提示。3)所述按键应答单元包括：三个按键S2、S3、S4和三个阻值为1KΩ的电阻器R5、R6、R7；4)所述人体感应单元包括：一个红外漫反射式传感器，型号为E18-D80NK，用于检测人体信息。传感器集发射与接收于一体，发射光经过调制后发出，接收头对发射光进行解调输出。其共有三个引脚，1脚为电源端，接5V电源，3脚为接地端，直接接地。2脚为信号输出线，经电阻R9，与从控单片机PD1端相连，单片机通过对PD1端口的高低电平检测得知屋内是否有人，当检测到下降沿时，说明有人经过，若检测到一直是高电平，说明无人。5)所述无线传输单元功能与连接方式与室外主控单元无线传输单元相同。6)所述电源供电单元功能与连接方式与室外主控单元无线传输单元相同。3.所述无线门铃工作方式如下1)屋外主控单元系统上电后，进行初始化操作，主机开始查询是否有屋外来访者按下门铃S1，若没有，则继续查询；若有，门铃呼叫信号传输给主控单片机PD4引脚。呼叫信号存储于主控单片机内部存储器，启动ISD4004语音芯片，向语音芯片传送30S的音乐信号，音乐信号经LM386功率放大后，传送给扬声器SPEAKER，扬声器发出30S音乐提示音，提示屋内主人。单片机将无线传输单元nRF905置为数据发送模式，按照所述nRF905数据发送模式的工作方式，由nRF905发送无线信号，向从机发送呼叫信息。呼叫信息发送出去后，主控单片机处于等待状态，查询从机是否发出应答信号。2)室内从控单元系统上电后，从控单片机进行初始化操作，然后将无线传输单元nRF905置为数据接收模式，监测空中无线信号，查询主机是否发来呼叫信号，若没有，继续查询；若有，按照所述nRF905数据接收模式工作方式，接收来自主机的无线信号，信号传送到单片机中，存储于内部存储器中。启动蜂鸣器，由单片机PD0端输出脉冲信号与8550基极相连，信号经8550放大后，连到蜂鸣器，由蜂鸣器发出“嘟嘟……”的提示音30秒。3)室内从控单元的人体感应单元，红外漫反射式传感器E18-D80NK，按照所述传感器工作方式，检测是否有人体信号，若无，继续检测，如果时间达到30S仍未检测到人体信号，从机向主机发送“屋内无人”语音信息；若有，等待应答按键按下。4)当屋内主人收到呼叫信号时，可通过相应功能按键发出应答信息，根据屋内状况设定三个功能按键，分别为：按键S2提示从机向主机发送“马上来”的语音信息，按键S3提示从机向主机发送“正在忙，请稍候”的语音信息，按键S4提示从机向主机发送“屋内无人”的语音信息。按键与从控单片机的电路连接及工作原理如下：按键一端通过电阻与从控单片机的端口连接，另一端接地。如按键S2，一端经电阻R5连到单片机PD5端，另一端接地，当按键S2没有按下时，PD5端口相当于悬空，处于高电平状态；当按键S2按下时，按键相当于短路线，PD5端通过电阻与地连接，处于低电平状态。按键S3和S4的电路连接原理与S2类似。当从机接收到因任何按键闭合而使端口电平由高电平变为低电平时，会将此信号存储于内部存储器中，并根据按键值，调用存储器中的相应的提示音信息，启动无线传输模块nRF905，向主机发送相应的应答信息。5)主机收到应答信号后，根据收到的不同应答信号，向语音提示单元发送语音信息，发出相应的提示音，提示来访者屋内情况。本发明的具体实施过程为根据无线门铃功能要求，编写软件程序实现系统功能。与硬件电路一样，软件程序也分为两部分，一部分为主机控制程序，一部分为从机控制程序。图4为主机控制程序流程图，图5为从机控制程序流程图。所述主机控制程序思路：开机初始化之后，检测门铃是否按下，如果没有，等待并继续检测；如果有，调用语音程序，通过扬声器响应30s设定音乐，并调用无线收发单元程序，向从机发送请求信号，等待从机应答，若检测到从机给予应答信号，根据反馈的信号通过语音程序响应相应的语音提示。所述从机控制程序思路：开机初始化之后，通过无线收发程序检测主机是否发送请求，若没有则等待并继续检测；若检测到请求，蜂鸣器发出声音进行提示，检测人体红外传感器信号是否为高电平，若检测信号为高电平，说明未检测到人体信号，持续检测，并判断时间是否达到30S,当时间达到30S仍未检测到人体信号时，通过无线传输单元向主机发送“屋内无人”的信息。若检测到人体红外传感器信号为低电平，说明检测到人体信号，程序继续向下执行，扫描功能按键S1是否按下，若按下，通过无线传输单元向主机发送“马上来”信息；若未按下，继续扫描功能按键S2是否按下，若按下，通过无线传输单元向主机发送“正在忙，请稍候”信息；若未按下，继续扫描功能按键S3是否按下，若按下，通过无线传输单元向主机发送“屋内无人”信息；若未按下，则程序结束。