【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 國(guó)外樓宇對(duì)講系統(tǒng)生產(chǎn)制造商陸續(xù)到中國(guó)開(kāi)拓市場(chǎng) [2]。時(shí)至今日， 國(guó)內(nèi)的 生產(chǎn)廠商已猛增至 260家左右 ， 以深圳白蘭公司為代表的國(guó)內(nèi)樓宇對(duì)講系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率達(dá) 80%左右。 自 2021 年以來(lái)，有實(shí)力的廠家集中開(kāi)發(fā)聯(lián)網(wǎng)型樓宇智能小區(qū)，樓宇智能系統(tǒng)集成度越來(lái)越高，首先實(shí)現(xiàn)了多門口機(jī)多管理機(jī)系統(tǒng)，接著集成了安防報(bào) 警、小區(qū)服務(wù)及信息發(fā)布等功能，另外一些廠家還集成了三表遠(yuǎn)抄、監(jiān)控及巡更等系統(tǒng)、產(chǎn)品的穩(wěn)定性在進(jìn)一步提高。室內(nèi)分機(jī)主要有對(duì)講及可視對(duì)講兩大類產(chǎn)品，基本功能為對(duì)講（可視對(duì)講）、開(kāi)鎖。隨著產(chǎn)品的不斷豐富，許多產(chǎn)品還具備了監(jiān)控、安防報(bào)警、戶戶通、信息接收、遠(yuǎn)程電話報(bào)警、留影留言提取、家電控制等功能?？梢晫?duì)講分機(jī)有彩色液晶及黑白 CRT 顯示器兩大類?，F(xiàn)在，許多技術(shù)應(yīng)用到室內(nèi)分機(jī)上，如無(wú)線接收技術(shù)、視頻字符疊加技術(shù)等。無(wú)線 電 技術(shù)用于室內(nèi)機(jī)接收?qǐng)?bào)警探頭的信號(hào)，適用于難以布線的場(chǎng)合。室內(nèi)機(jī)在原理設(shè)計(jì)上有兩大類型 ： 一類大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 是帶編碼 的室內(nèi)分機(jī)，其分支器可以做 得 簡(jiǎn)單一些，但室內(nèi)分機(jī)成本要高一些；另一類編碼由門口主機(jī)或分支器完成，室內(nèi)分機(jī)做得很簡(jiǎn)單。彩色室內(nèi)分機(jī)的液晶屏目前還沒(méi)國(guó)產(chǎn)化，成本較高，這是制約彩色可視樓宇對(duì)講系統(tǒng)應(yīng)用的瓶頸?？梢暦謾C(jī)方面趨向于超薄免提壁掛，但流行最多的仍是壁掛式黑白可視分機(jī)。室內(nèi)分機(jī)在樓宇對(duì)講系統(tǒng)中占據(jù)成本較大，從發(fā)展來(lái)看，以帶安防報(bào)警、信息發(fā)布的彩色分機(jī)在高檔樓盤(pán)中應(yīng)用較多，中檔以黑白可視對(duì)講分機(jī)居多，低檔配套為對(duì)講分機(jī) [3]。 可 視 門禁的發(fā)展趨勢(shì) 可視門禁系統(tǒng)正 形成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)部門 ， 與電視 監(jiān)控、防盜報(bào)警、門禁管理、智能停車場(chǎng)等共同組成了安防產(chǎn)業(yè)。銷售量增加 ， 競(jìng)價(jià)行業(yè)嚴(yán)重，利潤(rùn)率降低 ， 部分廠商意識(shí)到競(jìng)價(jià)行業(yè)將帶來(lái)毫無(wú)生存空間的嚴(yán)重后果，故致力于提升產(chǎn)品品質(zhì)，增加對(duì)售后服務(wù)的投入，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的進(jìn)度，樓宇對(duì)講市場(chǎng)區(qū) 逐漸 成形 。 黑白可視對(duì)講成為市場(chǎng)主流，普通對(duì)講仍具有一定的市場(chǎng)，彩色可視對(duì)講市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢。樓宇對(duì)講的 目前 市場(chǎng)主流 的 黑白可視普通對(duì)講 ， 在處于市場(chǎng)導(dǎo)入階段的欠發(fā)達(dá)地區(qū)市場(chǎng)潛力巨大，而彩色可視對(duì)講由于其價(jià)位高，功能有過(guò)剩之嫌，市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢。但是，彩色可視對(duì)講在高級(jí)住宅或別墅的配套上將呈上升趨勢(shì) 。 可視門禁 的功能趨向多樣化 和 綜合化。近三年，由于受金融危機(jī)及經(jīng)濟(jì)不景氣等影響，國(guó)外品牌銷售不暢。雖然國(guó)外品牌廠家紛紛改變行銷策略， 試 圖拓展市場(chǎng)，卻無(wú)力改變頹勢(shì)。國(guó)內(nèi)樓宇對(duì)講生產(chǎn)廠商數(shù)量多，但規(guī)模相對(duì)較小。 本課題研究的主要內(nèi)容 可視門禁系統(tǒng) 主要 分為 大門 口 主機(jī) 和室內(nèi) 用戶機(jī) 兩大部分，本課題研究的主要 內(nèi)容 是在了解可視門禁整個(gè)系統(tǒng)的工作原理及功能前提下，設(shè)計(jì)室內(nèi)用戶機(jī)的單片機(jī)程序。它以單片機(jī) AT89S52 作為系統(tǒng)控制核心部件，配以呼叫檢測(cè)模塊、摘掛機(jī)檢測(cè)模塊、視頻顯示及控制模塊、開(kāi)鎖和音頻信號(hào)輸入 /出控制模 塊、音頻信號(hào)輸入放大模塊、音頻信號(hào)輸出前置放大模塊以及按鍵組成 [1]；采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)程序 [4]，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和副機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn) 雙向通話，同時(shí) 可 通過(guò) 主機(jī) 的攝像 頭，在副機(jī)的顯示器上 顯示 出 圖像 等功能；利用鍵盤(pán)來(lái)作為控制信號(hào)輸入，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)部分電路的控制 —— 房號(hào)（機(jī)號(hào)）修改、摘 /掛機(jī)、單雙工 對(duì)講 控制、開(kāi)門信號(hào)發(fā)送、監(jiān)控大門等。要求各系統(tǒng)不僅能正確、有效地執(zhí)行命令，同時(shí)還要求大門口主機(jī)與多臺(tái)副機(jī)中的某一臺(tái)之間進(jìn)行語(yǔ)音、圖象的傳送時(shí)不受其他副機(jī)的影響。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 可視門禁室內(nèi)用戶 機(jī) 硬件電路 介紹 可視門禁總系統(tǒng) 框圖 可視門禁系統(tǒng) 如圖 21所示， 它 由一臺(tái)門庭主機(jī)和若干臺(tái)室內(nèi)用戶機(jī)連接而成，在門庭主機(jī)上可以按任一臺(tái)室內(nèi)用戶機(jī)的機(jī)號(hào)來(lái)呼叫用戶 。 當(dāng)用戶摘機(jī)后， 用戶在通過(guò)副機(jī)顯示屏可以看到來(lái)訪者的 圖像 ，同時(shí)可以和來(lái)訪者進(jìn)行對(duì)話，從而更好地識(shí)別來(lái)訪者，免受不必要的 打 擾 ； 還可以按開(kāi)門鍵即可打開(kāi)門讓來(lái)訪者進(jìn)入，簡(jiǎn)化開(kāi)門程序 ；并可 在任意一臺(tái)室內(nèi)用戶機(jī)上通過(guò)監(jiān)控鍵對(duì)大門口進(jìn)行監(jiān)控 [5]。 主副機(jī)通信線 圖 21 總系統(tǒng)框圖 可視門禁戶內(nèi)機(jī)框圖 可視門禁戶內(nèi)機(jī)的 工作原理 如 圖 22 所示 。 音頻信號(hào) 音頻信號(hào) 振鈴、報(bào)警信號(hào) 數(shù)字 數(shù)字 信號(hào) 信號(hào) 視頻信號(hào) 圖 22可視門禁戶內(nèi)機(jī)框圖 可視門禁門庭主機(jī) 室內(nèi)用戶機(jī)1 室內(nèi)用戶機(jī)2 室內(nèi)用戶機(jī)3 室內(nèi)用戶機(jī)4 室內(nèi)用戶機(jī)5 室內(nèi)用戶機(jī)6 室內(nèi)用戶機(jī)7 室內(nèi)用戶機(jī)N 單片機(jī) 門庭主機(jī) 模擬串行通信輔助模 塊 視頻控制電路 音頻控制電路 通話機(jī) 顯示驅(qū)動(dòng)電路 顯示屏 副機(jī)鍵盤(pán) 振鈴、報(bào)警 存儲(chǔ)電路 電源模塊 開(kāi)門按鍵 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 室內(nèi)用戶機(jī)是由單片機(jī)、音頻控制模塊、視頻控制模塊、模擬串行通信輔助模塊、存儲(chǔ)電路、電源電路等和相應(yīng)的外圍元件組成。單片機(jī)是此系統(tǒng)的核心控制器，它負(fù)責(zé)與主機(jī)單片機(jī)進(jìn)行通信，當(dāng)接到主機(jī)的呼叫信號(hào)時(shí)，單片機(jī)向音頻電路輸送一定頻率的信號(hào)，讓音頻電路產(chǎn)生振鈴信號(hào)，發(fā)出振鈴。當(dāng)摘機(jī)或監(jiān)控時(shí)，單片機(jī)打開(kāi)音頻和視頻電路，同時(shí) 與 主機(jī)通信，讓主機(jī)也打開(kāi)相應(yīng)的音頻和視頻電路，實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講功能。當(dāng)按了開(kāi)門鍵時(shí)，副機(jī)單片機(jī)發(fā) 送 相應(yīng)的開(kāi)門信號(hào)到主機(jī)單片機(jī)，執(zhí)行開(kāi)門程序。掛機(jī)時(shí)，單片機(jī)又發(fā)送 掛機(jī)信號(hào)給主機(jī)， 讓主機(jī)關(guān)閉相應(yīng)的程序 [6]。 硬件電路介紹 主要元件的選擇 單片機(jī)的選擇及功能簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)使用 AT89S52 單片機(jī)。 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS 8位 通用 微控制器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 ，片上 有 8KB可編程 Flash存儲(chǔ)器 ， 對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)較為適用 。在單 一 芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它具有串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷 繼續(xù) 工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 [7]。 AT89S52單片機(jī)應(yīng)用特征主要有以下幾方面 [8]： （ 1） 集成度高。它的內(nèi)部包 8KB ROM， 256B RAM； 32個(gè) 可編程 I/O口 線 ， 1個(gè)全雙工串口， 3個(gè) 16位定時(shí)器， 8個(gè)中斷源， ISP在線編程功能 ， 以及 1個(gè)處理功能很強(qiáng)的處理器。 （ 2） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該芯片內(nèi)部采用模塊式 結(jié)構(gòu)，增加或更換 1個(gè)模塊，就能得到系統(tǒng)指令和引腳兼容的新產(chǎn)品。另一方面具有 64KB的外部程序存貯器尋址功能和 64KB的外部 RAM和 I/O尋址功能。 （ 3） 處理功能強(qiáng)，速度快。 CPU時(shí)鐘可達(dá)到 33MHz， 單片機(jī)指令系統(tǒng)中具有加、減、乘、除指令，各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，還有位操作（布爾處理機(jī)）功能。 CPU的時(shí)鐘速度高達(dá) 12MHZ，單字節(jié)乘、除法僅需 4μ s,而且具有特殊的通信功能，可作為多機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。 （ 4） 容易產(chǎn)品化。由于 AT89S52單片機(jī)具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，容易形成產(chǎn)品。因此該單片機(jī)被譽(yù) 為“控制領(lǐng)域中的最佳 8位微型計(jì)算機(jī)”。 AT89S52單片機(jī)有 如圖 23和圖 24所示 的兩種封裝形式。 該芯片不僅具有 MCS－ 5l系列單片機(jī)的所有特性，而且片內(nèi)集成有 8K字節(jié)的電擦除閃爍存儲(chǔ) (FlashEPROM)和 PLCC。其價(jià)格低 ,是目前性能價(jià)格比較高的單片機(jī)芯片之一。它為很多嵌入式控制應(yīng)用提供廠一個(gè)高度靈活的有效的解決方案 [7]。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 引腳結(jié)構(gòu)： 圖 23 AT89S52 DIP40封裝圖 圖 24 AT89S52 PLCC44封裝圖 我們選取 AT89S52作為核心控制部件，其原因有： （ 1） 從 AT89S52單片機(jī)的資源考慮。如 I/O口、定時(shí)器、中斷源的數(shù)目、串行口的數(shù)目與特性、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容 量 等，這些都達(dá)到了我們?cè)O(shè)計(jì)的可視門禁 需要的資源。 （ 2） 封裝形式符合我們產(chǎn)品要求，而且性價(jià)比高。 （ 3） AT89S52是我們接觸最多，最熟悉 的 芯片之一 ，系統(tǒng)擴(kuò)展方便，有大量的應(yīng)用程序可以借用或借鑒，可以縮短開(kāi)發(fā)周期，程序質(zhì)量高。 （ 4） 內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器 。 MC34118的選擇和簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)的語(yǔ)音電路選取 MC34118， 圖 25為 MC34118的原 理框圖 [7]。 圖 25 MC34118原理框圖 MC34118是 MOTOROLA免提式電話機(jī)專用集成 電路 ，工作在半 雙工 狀態(tài)的 轉(zhuǎn)換芯片。由大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 放大器、電平檢測(cè)器、衰減器、監(jiān)聽(tīng)器、濾波器及控制單元組成。 用在普通模擬電話機(jī)內(nèi)消除側(cè)音的一塊芯片，能夠比較滿意的禁止麥克風(fēng)錄到本機(jī)喇叭播放的聲音。它比較放音和錄音的電平，誰(shuí)小就禁止誰(shuí) ， 全雙工通信變成了半雙工 通訊 ， 不過(guò)通話時(shí)一般感覺(jué)不到 。 MC34118的 內(nèi)部 比較 復(fù)雜，有 4個(gè)電平比較器，兩個(gè)背景噪音監(jiān)視器，一個(gè) AGC，一個(gè)撥號(hào)音檢測(cè)器，兩個(gè)衰減器，一個(gè)控制衰減器的控制模 塊，還有 一些放大 電路 。 MC34118有如下優(yōu)點(diǎn) [7]： （ 1） 衰減器增益范圍較寬，發(fā)送和接收之間為 520dB。 （ 2） 采用電話線路供電時(shí)工作電壓為 ～ 。 （ 3） 具有四點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)控制系統(tǒng)提高了控制靈敏度。 （ 4） 發(fā)送和接收通道設(shè)有背景噪聲監(jiān)測(cè)器。 （ 5） 采用外接電阻控制發(fā)送放大器 的增益，并提供靜音功能。 （ 6） 芯片有工作 /等待兩種操作方式。 （ 7） 根據(jù)用戶的需要可外接濾波器。 （ 8） 芯片有撥號(hào)音輸入時(shí)，撥號(hào)音 檢測(cè)器禁止接收放大器為空閑方式。 AT93C46的選擇和簡(jiǎn)介 為了避免斷電數(shù)據(jù)丟失， 節(jié)省單片機(jī)的 I/O口， 本系統(tǒng)選取 串行 EEPROM—— AT93C46作為存儲(chǔ)器 ， 如圖 2圖 27和表 21所示 。 AT93C46是一種可以定義為 16位 （ ORG引腳接 Vcc） ，當(dāng) ORG引腳懸空時(shí)內(nèi)部的上拉電阻把存儲(chǔ)器選擇為 16位結(jié)構(gòu) ， 或者定義為 8位 （ ORG引腳接GND） 的 1K位的串行 EEPROM存儲(chǔ)器 ， 可以通過(guò) DI引腳或 DO引腳進(jìn)行寫(xiě)入或讀出 ， 采用CSIalyst公司先進(jìn)的 CMOS EEPROM浮動(dòng)門工藝 [7]。 圖 26 AT93C46 DIP封裝 圖 27 AT93C46 SOIC封裝 表 21 AT93C46管腳說(shuō)明 管腳名稱 功能 CS 片選信號(hào) SK 時(shí)鐘輸入 DI 串行數(shù)據(jù)輸入 DO 串行數(shù)據(jù)輸出 Vcc 電源（ 6V） GND 接地 DC 空腳 ORG 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)選擇 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 AT93C46還 具有以下特征： （ 1） 它具有高速度操作（ 1MHz），低工耗工藝。 （ 2） 可以經(jīng)受 1,000,000 次的寫(xiě)入 /擦除操作 ， 片內(nèi)數(shù)據(jù)保存壽命達(dá)到 100年 。 （ 3） 可選擇 8位或者 16位結(jié)構(gòu)。 （ 4） 寫(xiě)入時(shí)自動(dòng)清除存儲(chǔ)器內(nèi)容。 （ 5） 硬件和軟件寫(xiě)保護(hù)， 慢 上 電寫(xiě)保護(hù)。 （ 6） 商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車級(jí) 溫度范圍。 LM393的選擇和簡(jiǎn)介 本電路在通信模塊中用到了 LM393電壓比較器， 圖 28為 它的功能框圖和管腳排列圖 。LM393是一塊 高增益，寬頻帶， 雙比較器 芯片 ，其有兩個(gè)獨(dú)立、精確的電壓比較器。失調(diào)電壓不超過(guò) ，兩比較器是專門設(shè)計(jì)在電壓范圍較寬的單電源下工作，但在雙電源下也能工作，并且其電源電流大小不受電源電壓幅度大小影響。這些比較器有一個(gè)獨(dú)特的性能，就是即使在單電源下工作，其輸入共模電壓范圍也保持零電平 [7]。其特點(diǎn)如下： （ 1） 電源電壓范圍寬。單電源 ： ～ 36V，雙電源：177。 1V～177。 18V； （ 2） 電源電流消耗低： ； （ 3） 輸入偏置電流低： 25nA； （ 4） 輸入失調(diào)電流低：177。 5nA； （ 5） 最大輸入失調(diào)電壓：177。 3mV； （ 6） 輸入共模電壓范圍接近零電平； （ 7） 差模輸入電壓范圍等于電源電壓； （ 8） 輸出飽和電壓低： 250mV； 圖 28 LM393功能框圖和管腳排列圖解 表 22 LM339的 引腳說(shuō)明 引腳 符號(hào) 功能 引腳 符號(hào) 功能 1 OUT A 比較器 1輸出 5 IN B+ 比較器 2同相輸入 2 IN A 比較器 1反相輸入 6 IN B 比較器 2反相輸入 3 IN A+ 比較器 1同相輸入 7 OUT B 比較器 2輸出 4 GND 接地 8 VCC 電源 LM386的選擇和簡(jiǎn)介 LM386 是 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn) 一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn) 。其 主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品 ， 廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 引腳如圖 29 所示。 LM386 具有如下特性 [7]： 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 （ 1） 靜態(tài)功耗低 ， 約為 4mA， 可用于電池供電 ； （ 2） 工作電壓范圍寬 ， 412V 或 518V； （ 3） 外圍元件少 ； （ 4） 電壓增益可調(diào) ， 20200； （ 5） 低失真度。 圖 29 LM386引腳圖 單元電路的原理和電路圖介紹 電源電路 電源電路如圖 210所示 。 PWR為 15V輸入， 經(jīng)過(guò) 1N4001整流后分兩路，一路經(jīng) 78L05穩(wěn)壓 濾 波后為其它模塊提供 5V的直流電源 ； 另一路經(jīng) 三極管 D2510和穩(wěn)壓二極管 后 濾 波提供12V直流電源。 1 32V VGNDIN OUTU9L M 7 8 L 0 5 /S O T 8 9Q 2 2 D 2 1 5 0R 7 7470C 5 1100U/16VC 6 81 0 U /2 5 VC 4 91 0 0 U /1 6 VC 6 51 0 0 U /1 6 VC 6 9104D81 N 4 0 0 1Z D 113V5 V C CP W R 1 2 V C C 圖 210 電源電路 通信轉(zhuǎn)換模塊 電路 為方便介紹通信 輔助 模塊電路工作原理， 先 介紹如圖 211所示 的 主機(jī)為通信線提供電源 的 電路。 HIGH一直為 低 電平，則 Q16截止而集電極為高電平， Q17導(dǎo)通使集電極為低電平，Q15就導(dǎo)通， 12V電源通過(guò) Q1 D9和 3個(gè)分流電阻加到 CTRL上。 Q 16C 18 15 Q 17C 18 15Q 15A 10 15D91N 41 48C 30 104H I G H5V 12V R 513kR 523kR 5315kR 5410kR 55100kR 56 kR 573kC T R L 圖 211 主機(jī)向通信 線 提供電源 的 電路 本可視門禁最大的亮點(diǎn)就是用一條通信線進(jìn)行單片機(jī)之間的通 信 ，比用串行通信口通信少用了一條線，且 不 比串行通信差，在實(shí)際中降低了系統(tǒng)的布線成本。 兩單片機(jī)都接有如圖 212所示 的 通信 輔助 電路 。 單片機(jī)沒(méi)通信時(shí)， SERIN和 HAND通過(guò)單片機(jī)的 為高電平， Q2和 Q8導(dǎo)通，而 Q1和 Q7截止， CTRL為 約 12V，電壓比較器輸出的 USE為高電平，單片機(jī)檢測(cè)到高電平則為通信空閑。當(dāng) 一方單片機(jī) 要 向?qū)Ψ絾纹瑱C(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ， 發(fā) 送方 單片機(jī) ， Q8截止而 Q7導(dǎo)通， CTRL被分壓降至約 6V，接收單片機(jī)檢測(cè)到電壓