單片機與可視對講門鈴系統(tǒng)設(shè)計

摘要：可視對講門鈴以可視、對講、連網(wǎng)等特點給用戶帶來了許多便利。文章介紹了一種新型的可視對講門鈴系統(tǒng)的工作原理、實現(xiàn)電路、程序設(shè)計及程序代碼，同時給出了利用單片機實現(xiàn)遠程通訊及編碼控制的分析、處理方法，從而使單片機的功能得到更大程度的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：單片機；485總線；可視對講門鈴

中圖分類號：TP368 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0009-02

單片機在消費電子、自動化儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用，它以靈活的設(shè)計、低廉的成本、微小的功耗在電子器件市場中占有十分重要的地位。今天越來越多的芯片廠商在不遺余力地競爭這個應(yīng)用空間。如INTEL、MICROCHIP、NEC、ATMEL等公司都已形成了自己強大的產(chǎn)品線，給產(chǎn)品的設(shè)計帶來了越來越多的選擇。

可視對講門鈴系統(tǒng)是近幾年興起的比較新穎的產(chǎn)品，它以可視、對講、連網(wǎng)等特點給用戶帶來了許多便利。但許多廠家的可視對講產(chǎn)品設(shè)計比較復(fù)雜，并且功能單一。作者根據(jù)自己的工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合單片機的特點，在此提出一種利用ATMEL單片機設(shè)計可視對講門鈴的原理及其實現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)功能及各部件特點描述

本可視對講門鈴系統(tǒng)具有以下功能：系統(tǒng)由可視管理中心、門口主機、用戶分機、電源供應(yīng)器、視頻分配器、信號中繼器等幾部分組成。主要面向住宅小區(qū)，可實現(xiàn)三方互相通話、樓宇可視對講、圖像監(jiān)視、住戶報警及管理中心綜合管理等功能。

1.1 可視管理中心

可視管理中心為安裝在小區(qū)管理中心的設(shè)備，具有以下功能：（1）可管理八個區(qū)域，每個區(qū)域可接八臺門口主機。（2）可呼叫用戶分機，通知用戶及傳達信息，實現(xiàn)集中管理。（3）可監(jiān)視所有門口情況，并可開啟樓道門口大門。（4）報警功能：當(dāng)用戶分機報警時，從聲光顯示三方位提示報警。（5）報警記憶功能：所有報警住處都將被管理中心記錄，并可查詢。（6）免提通話功能。（7）自動識別有效/無效分機號碼。（8）四英寸高分辨率黑白平板顯示器。（9）靈活的編碼方式，悅耳的電子鈴聲。

1.2 門口主機

門口主機為安裝在樓道門口的設(shè)備，具有以下功能：（1）1/3\"高清晰度攝像機。（2）最大容量可接512個用戶分機。（3）4位數(shù)碼顯示號碼及各種提示信息。（4）32組分戶密碼開鎖功能。（5）門口主機優(yōu)先操作功能。（6）與管理中心/用戶分機雙向呼叫對講。（7）靈活的編碼方式及系統(tǒng)設(shè)置。（8）完善的系統(tǒng)狀態(tài)指示及信號音

提示。

1.3 用戶分機

用戶分機為安裝在用戶房內(nèi)，用戶可以用它與樓口的門口主機及管理中心實現(xiàn)對講等功能。用戶分機具有以下功能：（1）4\"高分辨率黑白平板顯示器。（2）高音質(zhì)話音通路。（3）與門口主機/管理中心雙向通話對講。（4）遙控門口開鎖。（5）報警功能。（6）門口監(jiān)視功能。（7）自動定時功能。（8）未摘機檢測，聲音提示功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計中主要應(yīng)用的技術(shù)特點

本系統(tǒng)中大量應(yīng)用了聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，采用了多級總線式分組編碼尋址方法，有效地擴展了系統(tǒng)容量，最大限度避免了總線式通信系統(tǒng)所固有的信號占線問題，提高接通率。所有數(shù)據(jù)信號、話音信號采用總線式接線方式進行傳輸，視頻信號采用總線與分組相結(jié)合的傳輸方式，克服了傳統(tǒng)的類比系統(tǒng)布線復(fù)雜的缺點，并且降低了線纜的敷設(shè)成本。多級總線：將系統(tǒng)（聯(lián)網(wǎng)層）的信號總線與子系統(tǒng)（用戶層）信號總線從物理上區(qū)分開，進行分層管理。從而使聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)層次分明。從管理中心到門口主機的數(shù)據(jù)采用485信號總線，并利用中繼器進行485總線段的長度拓展；從門口主機到用戶分機采用載波偵聽多重訪問/沖突避免協(xié)議進行通訊，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。這種層次分明的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以使各子系統(tǒng)各司其職，在大部分時間內(nèi)均獨立工作，有效地解決了單一總線所面臨的信號占線或某一子系統(tǒng)故障而造成整個系統(tǒng)癱瘓的局面。

3 硬件電路分析

分機編碼電路分析：由于采用總線制，因此要給每臺用戶機編碼，用戶分機根據(jù)自己的編碼來判斷總線上的信號是不是發(fā)給自己的。在硬件設(shè)計上，由于AT89C51的I/O口線共有32條之多，因此在設(shè)計上可以用一個口線來表示一個碼位。在本設(shè)計中用P00、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17共9個I/O來表示9位分機編碼。其中P00表示第9位，P17表示第1位。這樣每個門口主機可以帶的分機數(shù)量為29=512臺分機。根據(jù)經(jīng)驗，一個樓道口的戶數(shù)一般來說住宅小區(qū)不會超過20戶，即使高層樓房也不會超過320戶。因此，512戶的容量已足夠使用。分機在出廠時或在工地調(diào)試時，根據(jù)具體情況，采用8421碼對各分機進行設(shè)置。

按鍵電路分析：分機上設(shè)計有三個按鍵：呼叫（call）、開鎖（doorkey）、監(jiān)視（monitor）。三個按鍵的用途分別為：call：用戶呼叫小區(qū)管理中心。本鍵一般在用戶發(fā)生緊急情況時與管理中心聯(lián)系。Doorkey：用戶開啟樓道門口的鎖。Monitor：用戶監(jiān)視樓道口的動靜，當(dāng)用戶按此鍵時，可以通過用戶分機上的監(jiān)視器監(jiān)視樓道門口的情況。電路分析：同樣由于單片機的I/O口較多，可以用一個I/O來監(jiān)測一個按鍵。在本設(shè)計中用AT89C51的P23、P24、P25分別監(jiān)測dookey、call和monitor三個按鍵。總線監(jiān)測及控制線路分析：在本產(chǎn)品的設(shè)計中，分機要監(jiān)測的總線情況有兩種：通訊總線忙、總線上的報警信號。

通訊總線的監(jiān)測由AT89C51的P25口及R23、BG11、R22、D5、BG10、R20、R21等實現(xiàn)，當(dāng)BUSY線上有5V的電壓時，BG10、BG11導(dǎo)通，使P25口的電壓由5V變?yōu)?V，由P25測出。當(dāng)通訊總線上有12V的電壓時，導(dǎo)致BG10、BG11、BG12導(dǎo)通，使單片機的P25、P26電壓變低，由口P26測出。

總線的控制分析：由于用戶分機與門口主機的通訊是通過總線進行的，因此，當(dāng)用戶要利用總線時，要通知其他分機總線的狀態(tài)，在本設(shè)計中，通訊忙是由門口主機控制的，用戶分機要控制的狀態(tài)為報警狀態(tài)，即給總線上加12V的直流電壓。在硬件上，本設(shè)計是通過AT89C51的P27和R30、R20、BG13、D6、BG14實現(xiàn)的，當(dāng)P27為高電平時，使BG14導(dǎo)通，通過BG13給BUSY線上加上12V電壓。

數(shù)據(jù)貯存電路分析：由于本系統(tǒng)的功能其中之一就是用戶可以用密碼開鎖，因此要把用戶輸入的數(shù)據(jù)存儲起來，并且要求斷電不能丟失這些數(shù)據(jù)，這就要求在門口機中要有數(shù)據(jù)存儲電路。在本設(shè)計中用一個AT24C02的E2ROM來作為外存儲器。AT24C02是支持以I2C的方式來讀存數(shù)據(jù)的，因此在本設(shè)計中用單片機的P30、P31來作為讀存數(shù)據(jù)總線。電路硬件主要由AT24C02、2R1、2R2和單片機的P30、P31組成。

語音電路分析：在本設(shè)計中，要求有兩路語音電路，一路是與管理中心通話，另一路與分機通話。由于要考慮到分機直接與管理中心通話，因此這兩路通話線路要有直接連通的通道。硬件上采用了模擬開關(guān)4066并由8155的PB0、PB1、PB2控制，由于8155是復(fù)用的，因此在設(shè)計上采用了一個數(shù)據(jù)鎖存器，并由AT89C51的P22來控制鎖存。電路圖上的AUDIO FROM（TO）-C為與管理中心的通話經(jīng)路，AUDIO FROM（TO）-M是與分機的通話經(jīng)路。

視頻通路：在本設(shè)計中，視頻通路要與分機和管理中心相連，并且要控制門口機自身帶的攝像頭。由于門口機之間是直接相連的，因此，還要考慮到門口機之間的連接。在硬件設(shè)計上主要有攝像頭電路、視頻轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。攝像頭主要有電源和視頻信號兩部分，電源由8155的PB5控制，當(dāng)單片機需要打開攝像頭時，單片機通過8155把電源給攝像頭模塊加電，使模塊開始工作。視頻信號由8155的PB6、PB7控制的繼電器把需要的視頻信號加到視頻線路上。電路上主要由6BG9、6BG11、6R16、6R17、JD1、JD2、6D3、6D4、6BG7、6BG8、6R13、6R14、6C3、6E1、IC4、IC2等組成。

4 本系統(tǒng)通訊指令實現(xiàn)及分機編碼的識別

通訊在本系統(tǒng)中起著分機與門口主機、管理中心之間的聯(lián)絡(luò)作用，屬于本軟件中的核心部分，因此，首先要設(shè)計一套明確而不復(fù)雜的指令，使每一個指令都有一個確切而合理的含義。這樣當(dāng)在通訊時，系統(tǒng)各部分在收到與發(fā)現(xiàn)指令時，每條指令都有一個明確的發(fā)送與接收地址，并且有自己明確的含義。這些含義在分機、門口主機、中繼器、管理中心等處都有一個統(tǒng)一的解釋。

在通訊中，與同一門口主機相接的分機都有自己的編碼，它們之間的身份識別都是通過其自己的編碼實現(xiàn)的。在本設(shè)計中，分機在上電后，在進行必要的初始化后，就要讀取9位編碼，并存儲在RAM中。因此，在使用中，如果一臺分機的編碼改變后，一定要重新上電。這樣，在軟件的編寫上，就不必每隔一段時間就讀取一次編碼。

5 對于本系統(tǒng)的問題展望

在本設(shè)計中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線（用戶分機與門口主機之間）只允許有一對相互通訊的設(shè)備同時使用，其他需要進行通訊的設(shè)備在進行通訊前要先偵測總線的狀態(tài)，如果總線忙，則等待；如果總線空閑，則取得數(shù)據(jù)總線的控制權(quán)，并在上面進行通訊。具體的操作方法為：當(dāng)用戶分機需要通訊時，先測試BUSY線，如線上為5V電平，則說明總線忙，等待；如線上為低電平，則總線空閑，可以進行通訊。而當(dāng)門口主機接到分機發(fā)出的數(shù)據(jù)時，便置BUSY線為5V電平，并同發(fā)出呼叫的分機進行通訊。

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