基于单片机无线控制的多功能打铃仪设计

0 前言

针对传统电铃控制器存在施工麻烦(拉专线)、控制不灵活、定时不准、校时繁琐、功能简单的缺点，本作品具有以下几个方面的特色及创新：

一是采用GPS 授时技术，控制时间精准，更为重要的是主机不需要调试，一劳永逸;二是考虑极端情况发送，设置了备用时间，内置DS1302 时钟芯片，每间隔一定时间对DS1302 进行GPS 授时，在GPS 授时不成功的前提下可以使用上一次保存在DS1302 中的时间，并给出提示，提醒操作人员检查GPS 设备;三是GPS 与主控制器之间采用无线通信方式，且采用的是433M 的ISM 频道，具有较强的穿墙能力，彻底消除GPS 信号盲区 ;四是打铃仪采用分布式安置方法，采用自定义协议与主机进行通信;五是分布在教学楼、实验楼、图书馆的打铃仪根据使用场合不同，可以自动调整铃声(比如图书馆需要安静式铃声);六是可以点对点控制，实时控制各不同楼宇的打铃仪是关闭或是开启;七是分布在不同楼宇的打铃仪可以作为盗险报警中继路由器，检测到危急情况时可以实时通知主机，并给出报警铃声;八是主机每日巡检子机工作状态，以确定其是否能正常工作。

1 系统设计方案

该系统实现如图1 所示，由GPS 主机接收模块(时基信号源)、主机控制器和下位机打铃仪(子机)三个部分组成。

时基信号模块将内置CPU,控制GPS DEMO 电路获取GPS 卫星中的原子时钟信号，将提取出的世界时间转换成东8 区的标准北京时间，并计算出年、月、日、星期等日历信号，并将这些信息显示在1602 的液晶显示器上，这些日历时间信息通过CC1101无线模块发送给主机控制器。时基信号模块至于无障碍遮挡的屋外，为了方便施工，采用光太阳+ 蓄电池方式作为供电系统，为整个系统提供5V、3.3V 电源。

主控制器在整个系统中扮演重要角色，是整个系统的控制、指挥中心，一方面，它要通过无线方式从时基信号源接收时基信号，另一方面又要通过无线通信方式向所有子机发送(接收)控制(数据)信息。主控制与实际信号源、主机与子机之间采用ISM 频道的433M 无线通信方案，具有开路传输距离远、穿墙能力强的特点。主机与时基信号源以及主机与子机之间的通信采用不同的通信信道实现，以避免频道的冲突。

主机还在每天固定时间对每台子机例行检查，在一个公共频道上依次“传唤”每台子机，“命令”每台子机将自己工作状况发送给主机。如果主机长时间接收不到自己应答或接收到错误数据，则提示对应子机发生故障，并给出提示，以便维护人员检查维修。

子机电铃控制模块可以有多部(最多256 部)，分布在不同的位置。由于采用了无线通信的方式，所以其安装施工变得简单方便。主机不断检查日作息时间表，“到点”通过广播信道给所有子机发出“打铃”命令，子机收到该信号后控制电铃动作。此外，还可以发送“屏蔽”指令，让某些特殊位置或在特殊时期的电铃“禁响”,即其他电铃均响，被“禁响”的电铃不响。

子机电铃还可以充当“防盗中继路由”的角色。通过无线通信方式检测置于不同位置的传感器信息，实时检测盗险情况，一旦发送危急情况，立马发出告警铃声，并把该信息反馈给主机控制器。

2 打铃仪实现

设计的主要核心部分是软件构架及其设计，本设计的程序由时基信号源、主机控制器、子机模块三部分组成，部分模块电路如图2 所示。

2.1 时基信号源模块

首先，利用现有的GPS 模块，接收美国卫星数据，通过异步串口通信与主机1 进行联接，波特率为9600bps.主机1 在串行中断中先把接收到的数据装载在一个数组里。主机1 与通过NMEA-0183 协议对转载的数组进行判断与辨别。

先辩断接收辨识位“$”.由于本项目只需GPS 的时间数据。所以只接收GPRMG,其内容为$GPRMC,hhmmss.dd,s,xxmm.dddd,,yyymm.dddd,,s.s,h.h,ddmmyy,所以，我们先判断到是RMC 数据后再进行时间和日期提取。

由于RMC 中还含有其他数据，因此为了避免出错，在程序上以逗号为标志位进行判断。把时间和日期分别提取出来装载在新数组A 里。由于接收到的时间是0 时区的时间，所以在程序对其进行加8 的处理。

其次 把处理好的数据的通过cc1100(采用433HZ,信道为0 发送给主机2 并显示在1602 液晶上。由于考虑天气等其他可能干扰到GPS 接收的因素，本系统在主机1 上还加上了DS1302 备用时钟芯片进行计时，以保证时间系统不至于“瘫痪”.

利用GPS 收到的时间对DS1302 时钟芯片进行同步更新。这样就实现在无信号时可采用DS1302 时间作为临时时间发送给主机2. 并且为了方便主机2