二线制编码楼宇对讲系统

1二线制楼宇对讲系统－硬件部分摘要本文介绍了二线制楼宇对讲系统的设计，整个系统分为三大部分：室外主机、楼层译码器、室内分机。本设计中采用AT89S51为控制中心并模拟编码芯片HT12E的编码方式对房间号码进行编码，再通过楼层译码器HT12D解码获得相应的楼层地址和分机地址,选通该分机实现主机与分机的对话功能，方便室主通过对话识别来客的身份。同时室主可以通过分机为来访客人打开门锁。关键字楼宇对讲；二线制；单片机模拟HT12E编码；HT12D译码；对话系统Two-wireBuildingTalkbackSystem－HardwarePartAbstractThedesignoftwo-wiretalkbacksysteminthebuildingisintroductedinthispaper．Theoverallsystemisdividedintothreemajorparts：outdoormaintelephon，floordecoderandindoorextensiontelephone．Inthisdesign,AT89S51isthecontrolcenter.ThedesignsimulatestheencodingmethodofcodechipHT12Etoencodetheroomnumber,thenobtainsthecorrespondingflooraddressandtheextensiontelephoneaddressbydecodingofthefloordecoderHT12D,andselectsthisextensiontelephonetorealizethedialogfunctionbetweenthemaintelephoneandextensiontelephone.Bydoingthis,theroomownercandistinguishtheguest'sstatusconvenientlythroughthedialog.Simultaneously,theroomhostcanopenthedoorforthevisitorviatheextensiontelephone.KeywordsBuildingsTalkback；two-wire；SCMsimulationHT12Ecoding；HT12DDecoding；Dialoguesystem2前言随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展、提高，城市流动人口大量增加，带来许多不安定因素，社会治安形势严峻，刑事案件特别是入室盗窃、抢劫案件居高不下。针对这一日益突出的社会安全问题，中央提出对社会治安进行综合治理，并把创建安全文明小区作为社会治安综合治理的一项重要内容。随着居民住宅的不断增加，小区的物业管理就显得日趋重要。其中访客登记及值班看门的管理方法已不适合现代管理快捷、方便、安全的需求。楼宇对讲系统是在各单元口安装防盗门，小区总控中心的管理员总机、楼宇出入口的对讲主机、电控锁、闭门器及用户家中的可视对讲分机通过专用网络组成。以实现访客与住户对讲，住户可遥控开启防盗门，各单元梯口访客再通过对讲主机呼叫住户，对方同意后方可进入楼内，从而限制了非法人员进入。同时，若住户在家发生抢劫或突发疾病，可通过该系统通知保安人员以得到及时的支援和处理。楼宇对讲系统作为保障居住安全的最后一道屏障，被人们喻为居家生活的守护神。选购楼宇对讲系统应该针对不同的住宅结构、小区分布和功能要求来选择，有些适宜于非封闭式管理的住宅，能够实现呼叫、对讲和开锁功能，并具有夜光指示的功能；还有适用于低层至高层的各种住宅结构；封闭式管理的小区则可选用带有安全报警功能的室内机，用户可根据各自需要安装门磁、红外探头、烟雾报警、煤气泄漏报警装置等。为兼顾不同用户的需要和经济条件，可视系统3中彩色与黑白机分机兼容，用户可采用彩色机，也可选用黑白机，还可选用不带可视功能的对讲室内机[5]。基于目前我国的现状，以安全技术防范为主，辅以视频、通讯、网络系统将成为小区智能化系统的主流。住宅小区的特点是用户集中，容量大，统一保安管理，而且国内大部分地区经济收入不高，因此小区安防系统必须满足安全可靠、经济有效、集中管理的要求。楼宇用这样的产品，具有连线少、户户隔离不怕短路、户内不用供电、待机状态不耗电、不用专用视频线、稳定性高、性能可靠、维护方便等特点。目前国内市场楼宇对讲系统技术种类比较多，其中二线制编码楼宇对讲系统优点突出,具有安装方便(二线进户不分正、负极),布线简单(主机到楼层译码器为三根线,楼层译码器到室内分机为两根线),功能强大(最多可接256个分机)、价格便宜,性能可靠,低成本维护等优点[4]。41任务分析与方案的确定整个系统要求能实现密码开锁，修改和储存密码，系统能够根据所按下的房间号码接通对应的分机，使主机和分机进行通话。同时也能够通过分机的开锁键来开启电动锁。根据系统基本要求,将系统分为如下几个部分:中心控制部分、分机状态检测部分、数据存储部分、键盘检测及数码显示部分、开锁部分、音频处理部分、编码发送部分、楼层译码部分、室内分机楼宇对讲系统主要包括以上几个部分,其系统框图如图1.1所示:键盘检测及房号显示中心控制单片机模拟编码并发送编码信号楼层译码器接收编码信息选通相应分机接通对话电路开启门锁检测分机状态数据储存图1.1系统框图51.1中心控制部分以AT89S51单片机来控制整个系统，接收键盘传来的信号，储存信息并发送带键盘信息的编码信号和对分机状态进行检测同时控制显示和选通分机和主机的对话线路，在整个过程中起着核心的作用。1.1.1单片机系统分析（１）复位电路单片机在开机时都需要复位，以便使中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51的RST引脚是复位信号的输入端。复位电平是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上。本系统中单片机时钟频率为12MHz则复位脉冲至少应为2us。方案一：上电复位电路上电瞬间，RST端的的电位与Vcc相同，随着电容的逐步充电，充电电流减小，RST电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器建立时间加上二个机器周期，在这段时间里，振荡建立时间不超过10ms。复位电路的典型参数为：C取10uF,R取8.2k,故时间常数：=RC=101068.2103=82ms以满足要求。图1.2上电复位图1.3外部复位6方案二：外部复位电路按下开关时，电源通过电阻对外接电容进行充电，使RES端为高电平，复位按钮松开后，电容通过下拉电阻放电，逐渐使RET端恢复低电平。方案三：上电外部复位电路典型的上电外部复位电路是既具有上电复位又具有外部复位电路，上电瞬间，C与Rx构成充电电路，RST引脚出现正脉冲，只要RST保持足够的高电平，就能使单片机复位。一般取C=22uF，R=200,Rx=1k,此时=221061103=22ms当按下按钮，RST出现120010005=4.2V时，使单片机复位。根据系统要求以及各个方案的比较，选择方案三。（２）振荡源在MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1(19)、XTAL2(18)分别是此放大器的输入端和输出端。方案一：内部方式与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起组成一个自激振荡器。方案二：外部方式外部振荡器信号的接法与芯片类型有关。CMOS工艺的MCU其XTAL1端接外部时钟信号，XTAL2端可悬空。HMOS工艺的MCU图1.4外部上电复位7则XTAL2端接外部时钟信号，XTAL1端须接地。在MCS-51单片机系列芯片中，用89S51芯片可以构成最小系统。因为89S51是片内有ROM/EPROM的单片机，用这种芯片构成的单片及最小系统简单、可靠。经过方案比较选择方案二。1.2分机状态检测方案分机状态检测，用来判断分机处于哪种状态，分机的状态有三种（待机，摘机，开锁）如果分机处于待机状态，有呼叫时单片机送铃声并接通通话电路，当分机处于通话中如果有开锁键按下，主机就执行开锁动作。方案一：A/D检测分机电压，根据检测的电压值来判断分机是处于哪种状态（待机，摘机，开锁）选用相应的功能。此方法硬件连接复杂，成本高，不易编程。方案二：采用电压比较芯片LM393检测分机电压，用单片机的两个脚来获得检测结果，从而判断分机对应的状态。此方案硬件开销少，电路简单，方便编程。由于方案二有硬件开销少，电路简单，方便编程等优点，综合优缺点，故选择方案二。1.3数据存储部分数据存储电路可以使系统记住每个用户所设置的密码，当用户使用正确密码时就能轻松的把门打开。同时用户可以根据需要打造个性8化的密码，以防止密码泄露。方案一：采用外部数据静态存储芯片6264，此方案耗用单片机端口比较多，连线复杂，造成资源的浪费。方案二：数据储存芯片采用串行E2PROM它采用低功耗CMOS技术，方便擦写使用寿命长可保存数据100年不丢失。使用I2C传输技术大大节省了单片机的端口。根据两种方案的优缺点，本设计选择方案二。1.4键盘及显示方案1.4.1键盘方案比较方案一：直呼式键盘,每一个按键对应一个房号，来访客人只要按下相应的房号就能连接到相应的分机并进行通话。优点：按法简单，只需按下一个键盘就能进行对话。缺点：分机数量少，不适应多用户的地方。方案二：编码式键盘，相应的数字组合对应相应的房间号码。优点：可容纳的分机数量多，适用与多种场合。缺点：按键需要多次组合。经过比较方案一虽然按法简单，但可连接分机数量比较少，根据题目要求决定使用方案二。1.4.2显示方案在该单片机系统中，使用８段LED显示器构成4位显示器，段选线控制显示的字符，位选线控制显示位的亮或灭。9方案一：静态显示静态显示，显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不用再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次数据。编程容易，管理简单，显示亮度高，显示数据稳定，占用端口少，占用很少的CPU时间。但引线多，线路复杂，硬件成本高。方案二：动态显示动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据会有闪烁感，占用的CPU时间多[2]。这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。当显示装置中有多个多段LED时，通常采用动态扫描驱动电路，节省开销，因此使用方案二。1.5密码开锁方案开锁部分利用单片机控制开锁，可以通过门口主机密码开锁也可以通过分机开锁。当用户输入开锁密码正确时，单片机选通相应的管脚电平来打开门锁，当有来访客人到达时，用户可以直接按下分机的开锁键进行开锁。101.6音频处理方案音频部分是本设计中重要的一部分，要保证通话质量，故在设计中采用了消侧音电路，消除主机话筒声音被主机喇叭接收的信号。方案一：主机音频输入采用两极共射放大发送给分机，音频输出采用分立元件自做功放，接收分机语音信号和主机的铃声信号。方案二：主机音频输入采用两极共射放大发送给分机，音频输出采用功率放大芯片LM386作为主机的音频放大器件，接收分机语音信号和主机的铃声信号。方案一采用的分立元件作为功放电路，音频效果不佳容易受干扰。而方案二所使用的音频放大芯片，输出效果好，连接简单。所以采用方案二。1.7编码部分编码部分，是负责将来访客人所输入的房号翻译成对应的数字信息并通过编码发送给楼层译码器。方案一：采用独立的编码芯片（如PT2262）来对数据进行编码，再发送给楼层译码器。楼层译码器接收到相应编码数据后选通分机与主机进行通话。方案二：采用单片机进行编码，此方案方便信号传输而且需要很少的传输线，节省材料，但编程相对复杂些。为了降低成本采用第二种方案，实现软件编码。111.8楼层译码器楼层译码器接收来自单片机的编码信号，并将此信号中的地址与自己的地址进行比较，如果符合选通相应的分机。方案一：用单片机接收编码信号，由于是单线传输编程比较复杂，且硬件成本