【正文】 筒斷開，揚聲器合上 工作在群呼 方式 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 40 頁 第 19 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 先要考慮電壓的安全性。 很多特殊場合如監(jiān)獄、幼兒園等不允許直流電壓大于 36V，更加不允許出現(xiàn)交流電壓 220V。 本系統(tǒng)采用分網(wǎng)段電源集中總線供電方式，采用該方案可以使電源故障不易擴散并節(jié)約成本。同時在網(wǎng)段接口處用電流隔離器，防止浪涌電流和過載電流從危險區(qū)傳輸?shù)桨踩珔^(qū)，傳輸直流電壓可以選用直流電纜 RVVO． 5X2 等。 電源分為主機電源和子機電源兩部分，由于主機位于控制室內(nèi)需要各種電源比較方便，所以設(shè)計中主要考慮分機電源。分機電源主要是提供單片機工作電源 +5V 0． 6A， 根據(jù)電壓在傳輸中的損失以及結(jié)合工程經(jīng)驗，分機總電源考慮采用單路 +12V 10A 總線輸送。到達(dá)每個分機板電源需要經(jīng)過穩(wěn)壓器將電源電壓穩(wěn)定在 正 常工作電壓，在穩(wěn)壓器選擇上考慮采用具有高輸入輸出電壓差的 LM317，如果采用傳統(tǒng)的78XX 系列由于輸入輸出壓差范圍小將會使穩(wěn)壓器發(fā)熱過高，影響壽命。 考慮到停電情況的發(fā)生會影響系統(tǒng)的正常運行，設(shè)計中采用了 6KW 的 UPS 備用電源。供電電源正常情況下， UPS 備用電源處于充電狀態(tài)，當(dāng)供電電源斷電后能自動切換到備用電源，保證系統(tǒng)在斷電下仍能正常運作 12 小時。 2． 4 單片機設(shè)計部分 2． 4． 1 單片機系統(tǒng)采取的抗干擾技術(shù) 單片機是根據(jù)軟件進行相應(yīng) 操作的，如果軟件程序跳飛或走亂將直接影響系統(tǒng)的正常運行。為了提供可靠性，系統(tǒng)在硬件和軟件上采取了一些必要的措施，保證單片機的正常工作。根據(jù)工程經(jīng)驗，在硬件上容易干擾單片機運行的是電源，如果電源電壓不 穩(wěn)定或過多的雜波高頻干擾將使單片機程序跑飛或不斷復(fù)位。系統(tǒng)中采 DSl232作為“看門狗”電路，該“看門狗”具有電源監(jiān)視作用和軟件復(fù)位作用。當(dāng)電源電壓出現(xiàn) 10％電壓波動時，能自動復(fù)位單片機，當(dāng)單片機沒有按時輸出“喂狗”使能信號時，能及時復(fù)位單片機，使程序重新從 0000H 開始運行。在軟件上，系統(tǒng) 又采取了軟件冗余和軟件 令牌編程方式，軟件只有取得允許的令牌后才 能執(zhí)行重要的操作命令。 2． 4． 2 數(shù)碼顯示和鍵盤輸入 監(jiān)控室主機的人機交互單元部分主要分顯示和輸入兩部分。顯示分發(fā)光管狀態(tài)指示和四位共陰數(shù)碼管顯示，發(fā)光管狀態(tài)主要指示可視對講、監(jiān)聽、群呼三種狀態(tài)，四位共 陽 數(shù)碼管顯示的是三位用戶房問號和一位狀態(tài)號，可視對講時顯示 DXXX，監(jiān)聽時顯示 TXXX，群呼時顯示 PPPP，其中最高位顯示 狀態(tài) 代碼， XXX 顯示的是用戶房間號。 鍵盤設(shè)計時要考慮的是：數(shù)字鍵和功能鍵設(shè)計。鍵盤列表如表 210 所示。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 40 頁 第 20 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 210 鍵盤列表 (四乘 四鍵盤 ) 2． 4． 3 門口主機的鍵盤輸入 門口主機按鍵如圖表 211 所示。 表 211 鍵盤列表 可以用作： (1)呼叫住戶，如撥錯，按“ *”鍵清除 ； (2)密碼開鎖，先按“ ”。然后輸入 4 位密碼； (3)IC 卡開鎖，將 IC 卡靠近感應(yīng)窗口，若授權(quán)卡，則“嘩”一聲就 開 鎖；若未授權(quán)卡，則響“嘩、嘩、嘩”三聲。 2． 4． 4 電磁門控鎖的控制 采用開關(guān)量控制的電磁門控鎖是感性負(fù)載，并且工作電壓是交流 220V,額定工作電流 lA。設(shè)計中可以采用可控硅的無觸點和繼電器的有觸點控制兩種方式。從系統(tǒng)工作 的長時間性和穩(wěn)定可靠性考慮，如果采用有觸點的交流繼電器控制，將有可能產(chǎn)生小火花并可能引起觸點氧化，嚴(yán)重時將引起不必要的控制出錯。從感性負(fù)載和經(jīng)驗考慮，如果采用分立的可控硅控制存在易 損壞的情況，并需要額外考慮可控硅散熱問題。設(shè)計中最終考慮采用固態(tài)繼電器，使用固態(tài) 繼電器雖然成本上提高了一些，但是可靠性好并且基本不需要維護，散熱問題也不需要考慮，在某種意義上又節(jié) 省了成本。在選用交流固態(tài)繼電器時，需要考慮電流的裕度，經(jīng)驗上講，對于阻性負(fù)載，實際工 1 2 3 呼叫 4 5 6 掛機 7 8 9 群呼 確認(rèn) 0 取消 監(jiān)聽 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 * 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 40 頁 第 21 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 作電流只能是固態(tài)繼電器額定電流的 60％，對于感性負(fù)載，實際工作電流只能是額定電流的 40％，固態(tài)繼電器的電流的裕度越大，可靠性越好。另外，為了保護固態(tài)繼電器，在交流 220V 電源輸入端并聯(lián)壓敏電阻，當(dāng)電壓峰值過高時，將自動短路輸入電源，從而保護內(nèi)部電路。固態(tài)繼電器輸出控制圖如圖 212 所示。 繼電器選用交流過零型 5A 固態(tài)繼電器 SSR220D05P，控制電壓為 5V,其原理圖如圖 2121 所示 圖 212 固態(tài)繼電器輸出圖 圖 2121 SSR220D05P 原理圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 40 頁 第 22 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2． 4． 5 CAN 節(jié)點設(shè)計 設(shè)計中選用 SJAl000 作為 CAN 控制器， 82C250 作為 CAN 總線驅(qū)動器， 6N137 作為高速光電隔離。 PICl6F877A 單片機和 CAN 控制器的接口示意圖如圖 213 所示。 圖 2． 13 控制器和 CAN 接口示意圖 SJA1000 其實是一種 I／ O 設(shè)備，是基于內(nèi)存編址的微處理器，該處理器支持 協(xié)議，即不但支持 BASIC CAN 模式而且支持 PELI CAN 模式， SJA1000 將應(yīng)發(fā)送的信息先寫入發(fā)送 緩沖器再發(fā)送，當(dāng)成功接收信息后，單片機再從接收緩沖器中讀取接收的信息，然后釋放空間以做下一步應(yīng)用。當(dāng) CAN 控制器證確接收信息時會產(chǎn)生中斷， SJA1000 的 INT 就會被激活，出現(xiàn)一個由高電平到低電平的躍變，由于MCU 要求是從低到高的電平變化來激活中斷的， 必須加一個反相器剛好滿 PICl6F877A單片機的外部中斷要求。 6N137 為高速光電隔離器，最高切換速度 10MB/S，使用的目的是保護 CAN 控制器。接口電路中使用 82C250 的目的是為了驅(qū)動總線增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線和降低射頻干擾， 實現(xiàn)熱防護等。 CAN 總線為差分式總線，82C250 的 RS 引腳用于選擇其工作模式：高速、斜率控制、等待。 RS 腳接地， 82C250處于高速狀態(tài)； RS 腳串接一個電阻后再接地，用于控制上升和下降斜率，從而減小射頻干擾，實驗數(shù)據(jù)表明， 15k～ 200k 為 RS 較理想的取值范圍，在這一種方式下，可以使用平行線或雙絞線作為傳輸總線； RS 腳接高電平， 82C250 處于等待 狀態(tài) ，此時發(fā)送器關(guān)閉，接收器處于低電流工作狀態(tài)。 2． 4． 6 CAN 網(wǎng)絡(luò)平臺搭建 根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 提供的開放系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) OSI 模型，完整的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)分為七層，包 括應(yīng)用層、表示層、會話層、傳送層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。根據(jù)CAN 網(wǎng)絡(luò)的特點，該網(wǎng)絡(luò)只有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，物理層為高速隔離器件以及通信連接介質(zhì)，通信連接介質(zhì)可以是最普通的雙絞線等，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層都在 CAN 控制器 SJAl000 內(nèi)。 整個網(wǎng)絡(luò)為分布式結(jié)構(gòu)，在連接上采用混合拓?fù)浞绞?，主要考慮采用點對點和樹 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 40 頁 第 23 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 型混合。該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計有利于安裝方便和故障不易擴散特點。 在 CAN 網(wǎng)絡(luò)的最遠(yuǎn)距離終端，總線接口部分需各加一個 120Ω 的匹配電阻防止信號反射，對匹配總線阻抗起著相當(dāng)重要的作用。忽略掉它們，會使數(shù)據(jù) 通信的抗干擾 性和可靠性大大降低，甚至無法通信 。 CAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖 214 所示。 圖 214 CAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 2． 5 本章小結(jié) 本章是系統(tǒng)設(shè)計中的硬件設(shè)計部分，就是論文重點研究內(nèi)容，也是設(shè)計中技術(shù)難點之一。分析和研究了視頻信號傳輸原理及過程以及可視對講中的嘯叫產(chǎn)生原因并給出了消除嘯叫的方法，并對負(fù)載阻抗匹配、視頻信號接口、直流電源以及單片機控制等問題給出了解決方案。在對 CAN 節(jié)點設(shè)計的基礎(chǔ)上，解析了 CAN 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和組成，由此搭建了一個通信可靠、傳輸速率快捷的現(xiàn)場總線平臺。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 40 頁 第 24 頁 │ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 對講系統(tǒng) 軟件設(shè)計部分 3． 1 通信接口軟件設(shè)計 3． 1． 1 數(shù)據(jù)傳輸模塊 在系統(tǒng)中，要進行通信對講，系統(tǒng)必須具有數(shù)據(jù)收發(fā)能力。論文中，嘗試用 TCP和 UDP 協(xié)議做數(shù)據(jù)通信，對這兩個協(xié)議傳送實時數(shù)據(jù)的效率有一些體會。 在實際施工現(xiàn)場局域網(wǎng)中，明顯發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境差時，用 TCP 協(xié)議，該系 統(tǒng)運行效果不太好，具體表現(xiàn)在畫面延遲比較大、或者是馬賽克 (原因是由 DIVXCodec壓縮出來的主幀沒有有效的從服務(wù)器端傳到客戶端 )。而在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用 UDP時，系統(tǒng)的運行效果明顯好于用 TCP 協(xié)議的情況，畫面很少出現(xiàn)馬賽克的情況，造成這種差 別的原因大概就是 TCP 和 UDP 協(xié)議固有的特點決定的，下面就簡要的介紹一下這兩種協(xié)議以及 RS232 通信存在的問題和 CAN 的特點。 1． TCP 與 UDP 協(xié)議 實時監(jiān)視系統(tǒng)是基于 TCP／ IP 通信的通信網(wǎng)，因此 TCP 協(xié)議和 IP 協(xié)議是系統(tǒng)的核心協(xié)議， IP 協(xié)議是一個點到點的協(xié)議，它提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸機制。 IP 層是通信子網(wǎng)的最高層，它向上層提供統(tǒng)一的 IP 數(shù)據(jù)報，使得各種物理幀上的差異對上