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標題: 參賽-門禁系統完整設計項目（原理圖+PCB源文件+Arduino源代碼等） [打印本頁]

作者: yayayunyun 時間: 2021-12-22 10:49
標題: 參賽-門禁系統完整設計項目（原理圖+PCB源文件+Arduino源代碼等）
基于ATmega328（ATmega328數據手冊）單片機設計，具有通話、振鈴、摘機、通話、開鎖功能，還要有鍵盤和顯示電路。
門禁系統設計思路：
· 系統用到AD、UART、PWM、SPI，考慮成品的體積，采用arduino nano
· 語音采樣使用駐極體麥克風，經200倍前置放大，再進行8位AD采樣，采樣率8kHz，可達到電話音質，滿足需求
· 門禁系統通信的特點是多對一，距離10~100m，通信速率要滿足語音通信、控制信號傳輸，因此采用485通信，通信速率512Kbps
· 語音播放使用8位PWM，功放芯片采用常見的LM386
· 顯示屏采用Nokia5110，SPI通信
· 鍵盤采用10位ADC鍵盤，16個按鍵
· 開鎖電路使用繼電器實現

程序設計
整個系統包括了以下幾個程序文件：
EG_V0_3: 主程序，包括了功能定義、ADC初始化、定時器初始化、鍵盤輸入處理、顯示界面、數據通信處理、中斷采樣
ADC_KEY:按鍵識別，主要是建立10位ADC值和每個按鍵的映射關系，參考了馬潮老師的狀態機程序
CRC8：CRC校驗程序，為了保證通信的正確性，必須使用數據校驗，crc8非常有效，不過實際測試，沒有crc校驗的情況下好像數據幾乎沒有傳輸錯誤？？
Nokia5110:顯示屏驅動程序，直接使用論壇里的代碼，具體哪個帖子忘了。。
rs485：包括485初始化、定時器1初始化、485通信協議、通信處理等
ringtone：實現呼叫、接聽、振鈴功能

程序設計思路
本系統的核心就是語言采樣播放+485通信協議，由于處理的數據量比較大，所以很多地方沒有用到arduino提供的方法，比如analogread、analogwrite、serial等
語音采樣與播放：
人說話的頻率為300HZ~3KHZ，根據采樣定理，采樣頻率應該大于6KHZ，在這里取7.8KHZ（atmega直接分頻可得到），為了減少開發難度，沒有使用音頻壓縮。Timer2開啟溢出中斷，中斷頻率7.8KHZ，語音采樣、鍵盤值采樣、PWM更新都放在這里，同時使用Timer2的OCR2B作為PWM輸出。ADC工作在自動連續轉換模式下，ADC工作頻率為76.9KHZ，測試過更高的頻率，200KHZ以上的采樣速度，誤差非常大，容易導致按鍵誤判和語音噪音。

485通信：
采用了兩片485芯片，一片工作在接收，一片工作在發送，語音采樣的數據量為8bit*8KHZ=64Kbps，由于需要同時傳輸地址、語音數據、控制命令、校驗碼，一次傳輸數據量為3~6字節，因此波特率至少為192Kbps，保險起見，本系統采用了512KHZ。
由于需要傳輸多種數據，所以必須要使用一種通信協議，基于485的通信協議為：
1、主機以廣播的方式向所有從機發送一個地址數據，尋找此地址的從機，該從機收到后發送應答命令，之后建立通信，從機與從機不能進行通信
2、從機不能主動發起對話，只能等待主機發送數據
3、一個幀結構如下：
  （1）[FUNCTION_VOICE，語音數據，CRC校驗],3個字節
  （2）[FUNCTION_COMMAND,COMMAND_XXX,CRC校驗],3~6個字節
         其中COMMAND_XXX包括開門、通話、地址校驗等命令，具體請看代碼
每發完一幀必須空閑一段時間，作為一個幀的結束標志，因此采用Timer1作為定時器，每接收到一個字符就重新計時，如果計時超過設定的空閑時間，則認為當前已接收到一幀，立即對該幀進行處理。需要注意的是，單片機需要一定的時間進行協議的解析和數據處理，如果空閑時間太短，則當期幀數據還沒處理完就來了下一幀數據，肯定會出現混亂，如果空閑時間太長，又會降低通信速率，因此需要取一個合適的空閑值，經過測試，協議解析的時間為72us，因此數據接收+空閑時間應該大于72us，才能保證通信正常。

ADC鍵盤：
10位ad對16個按鍵進行采樣，因此電壓與每個按鍵具有線性比例關系，1024/(16+1)=60.2，實際值是59，再通過映射關系將0-1024值轉換成按鍵值，公式：
key=key_table[(16-(val)/59)/4][(16-(val)/59)%4];
16個按鍵中，y代表yes，n代表n
a-d代表四個功能：通話，開門，設定地址，預留

附件內容預覽:

Arduino代碼:

門禁系統源碼及程序設計分析.zip (16.99 KB, 下載次數: 22)
原理圖PCB:

門禁系統硬件設計.zip (501.13 KB, 下載次數: 23)

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