基于单片机控制的楼宇对讲系统的设计

２００７６产品设计与实现一、引言二、系统硬件结构及工作原理楼宇对讲系统是采用小区联网式楼宇对讲系统，在各住宅门口及住户家中安装可视对讲系统，以实现访客验明身份及与住户对讲，住户可遥控开启住宅门，从而有效地防止非法人员进人住宅楼内。

楼宇对讲系统发展已有十来年的历史，其中数码式系统因接线简单，可控户数多而在要求较高的场合广泛应用，系统主机从早期采用标准数字电路控制过渡到现在基本上均采用单片机控制，目前一般均能完成键盘处理、对讲、电控开锁等功能的控制，但是实际应用中会可能遇到需要每户一个可修改的开锁密码；一般要增加机型或修改设计才能实现。

本系统介绍一种可编程、高性能的楼宇对讲系统，可以很好地解决这个问题。

系统由门口主机、分机、楼层译码器、电控锁、专用电源组成，系统结构如图１所示，配线方式：主机至楼层译码器为五总线，译码器至用户分为二线无极性。

线制特点：总线布线简单，分户线二线无极性便于接线，用户线短路不影响整个系统，维护方便。

系统硬件主要组成部分包括单片机、ＥＰＲＯＭ外存储器、比较器、键盘及数码管显示器、接口电路、音频放大电路、分机等。

系统工作原理：单片机在复位后进入正常工作状态后不断扫描键盘，接收到键盘房号编码模式，把房号转换为串行信号，并通过外围电路传输给分机的比较器７４ＬＳ６８８中与预设的编码进行比较，若相等则输出控制信号，驱动相应的电子开关打开音频及视频电路，此时单片机通过比较器的状态判断分机是否存在，是否短路，是否开路或空号。

如果分机存在，单片机送出振铃信号，分机振铃，如果短路或开路，则发出相应的提示音后关机复位，单片机在振铃期间，不断检测比较器的状态，判断分机是否择机接听，如在设定的时间内无人接听，则自动关机复位；如在设定的时间内分机摘机接听，则单片机停止送出振铃信号，并打开通话电路，在通话时间内，单片机又检测比较器状态，等待开锁指令，收到开锁指令后输出开锁驱动信号，电锁执行开锁动作。

这样，就完成了一次工作过程。

１、系统结构图２、系统硬件组成及工作原理２基于单片机控制的楼宇对讲系统的设计李强华张根宝段力（陕西科技大学电气与电子工程学院，７１２０８１）【摘要】【关键词】采用ＭＣＳ５１系列单片机８９Ｃ５１为核心，外围配以存储器、电压比较器、键盘及ＬＥＤ显示器，设计出一种可编程、高性能的楼宇对讲系统，可完成键盘处理、对讲、电控开锁等功能的控制，重点解决了应用中需要每户一个可修改的开锁密码的实际问题。

单片机楼宇对讲系统开锁密码系统设计图１系统结构图ＡＣ２２０Ｖ电源电锁分机分机分机２００７６产品设计与实现键盘输入除了房号外，还有密码开锁及更改密码功能，单片机可根据键盘输入的第一个键判断应该执行什么功能，若第一个键输入＊，则表示要更改密码，若第一个键输入＃，则表示要密码开锁，若第一个键输入数字则表示要呼叫某一个住户。

本机芯片选用ＭＣＳ５１系列单片机８９Ｃ５１，这种芯片用ＣＭＯＳ工艺制造，功耗低；１／０端口有较大的带载能力，拉出电流可达２５ｍＡ，可简化外围电路；执行速度高；且具有程序加密性好、价位低廉等优点。

在本系统中经软件编程，完成以下功能：键盘扫描、数码管驱动显示、编码信号合成、分机状态识别、振铃信号生成、系统设置、开关信号处理、密码开锁等。

本系统的许多分机状态检测，如分机是否存在，是否短路，摘机或挂机等都是通过比较器进行的。

比较器的结果输入到８９Ｃ５１的两个引脚ＰＩ．２，Ｐｌ．３，软件在适当的时候检测这两个引脚的状态，便可判断出分机的工作状态。

比较器的等效原理电路如图２所示。

图中Ｕ１与分机开关ＳＷ１；和摘机开关ＳＷ２：的状态有关。

当ＳＷ１按下或到分机的输入线短路时Ｕ＝０；当ＳＷ２：在间转换过渡期间，或分机的输入线开路时Ｕ＝９Ｖ；当开关ＳＷ２，处于常闭和常开触点间转换过渡期间，则３Ｖ﹤Ｕ﹤６Ｖ。

Ｕ这三种电压通过比较器比较后，转换成数字量，有单片机读入并判断分机状态。

Ｕ转换结果如表１所示。

尽管表中所示出现分机几种状态对应一种转换结果，但是由于几种状态处于一个工作过程中的不同阶段，因此，单片机的软件能够准确地识别出分机的具体状态。

键盘采用锁存器７４ＬＳ３７３搭接的２ｘ８矩阵键盘接口连接在系统总线上，其地址为４００Ｈ，７４ＬＳ３７３作为片外ＲＡＭ，通过片选信号将其选通，然后将其按键状态从总线上读入，８９Ｃ５１的Ｐｌ，４和Ｐｌ．５口用作输出扫描线。

ＬＥＤ显示采用ＭＣ１４４９９，这个芯片具有管理４个ＬＥＤ显示器的能力，片内主要包括１个２０位的移位寄存器，１个锁存器，１个多路输出器。

由多路输出器输出的ＢＣＤ码经段译码器后，转换成７段码送至段和小数点驱动器输出。

ＭＣ１４４９９每次接收２０位串行输入数据，其中１６位表示４个４位ＢＣＤ码，另４位表示小数点选择位。

ＭＣ１４４９具有输入锁存功能，所以一帧串行数据一经输入之后，便被锁存起来，以后将保持不变，供４位ＬＥＤ显示器使用，直到下一帧串行数据输入为止。

ＣＰＵ只需提供显示器用数据，数据的显示是由接口芯片对各位进行动态扫描实现的。

ＭＣ１４４９９是一种串行输入接口芯片，所以与８９Ｃ５１的接口很容易，因为８９Ｃ５１本身具有串行输入和输出口，因此可以将８９Ｃ５１串行口编程为移位寄存器方式（方式０），串行数据发送端ＴＸＤ与ＭＣ１４４９９的ＣＬＫ相接，提供移位时钟；串行数据接收端ＲＸＤ与ＭＣ１４４９９的串行数据输入端Ｄ相接，以输出串行数据；并以ＰＩ．１口线与ＭＣ１４４９的使能端相接，产生使能信号。

这种接口方式简单明了，而且编程容易。

用单片机编程扫描数字键盘输入的住户门号（如０３１），然后按＃键，单片机通过控制线打开该住户的监视器和对讲系统，以及响铃通知住户有人来访。

住户通过监视器，也可以提供对讲系统确认来人的身份，然后按下开锁键打开大门的电控锁，来访者就可以进人。

用电可擦除可再编程只读存储器（ＥＰＲＯＭ）保存每个用户的密码，更改密码方便，而且掉电也不会丢三、核心器件的选用和关键技术的实现１、８９Ｃ５１单片机２、比较器——分机状态检测３、键盘扫描和ＬＥＤ数码显示４、选择住户５、密码系统设置１１１１１２（下转第页）７９表１输入输出分机状态摘机通话挂机或分机正常开锁或短路Ｕ：Ｕ＞Ｕ＋Ｕ＋＜Ｕ＜Ｕ＋Ｕ＜Ｕ＋ｔｂａｔｂｔａＰ１．３００１Ｐ１．２０１１图２比较器的等效原理电路图分机部分Ｕ１１００ＫΩ＋１２Ｖ＋５ＶＵＩＡＰ１．２Ｐ１．３８９Ｃ５１Ｔｌ０８２１００ＫΩ１００ＫΩ１０ＫΩ１ＫΩ１００ＫΩＵａ＋Ｕｂ１２３５６ＵＩＢ＋－２＋－２００７６安防系统设计路由器之间有ＤＶＭＲＰ，ＰＩＭ－Ｄｅｎｓｅｍｏｄｅ和ＰＩＭ－Ｓｐａｒｅｍｏｄｅ，路由器和主机之间有ＩＧＭＰ组管理协议。

显示模块的功能是将原始视频流在显示终端屏幕上还原出来，要求做到高速，无延迟。

显然，如前所述ＧＤＩ技术不能满足需要。

本系统采用了ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＤｉｒｅｃｔＤｒａｗ显示优化技术，将原始视频信息高效地通过ＤｉｒｅｃｔＤｒａｗ直接写屏特性还原显示出来。

ＤｉｒｅｃｔＤｒａｗ扩展了新的视频端口能力，允许应用程序控制从硬件视频端口传送到显示内存中的ＤｉｒｅｃｔＤｒａｗ表面的数据流。

另外，ＤｉｒｅｃｔＤｒａｗ硬件仿真层ＨＥＬ（ＨａｒｄｗａｒｅＥｍｕｌａｔｅＬａｙｅｒ）能够利用ＰｅｎｔｉｕｍＭＭＸ处理器提供的加速性能。

将ＭＰＥＧ４视频编码器和解码器用于视频监控系统是可行的。

分析如下：（１）编码是基于视频帧进行的。

解码也是基于帧进行的。

仅依赖于上一帧的解码结果，与后续编码数据无关，所以可以实现视频流的实时解码。

（２）编码器的编码速度达到１０ｆｐｓ以上，能够满足对编码速度的要求。

（３）编码器具有比特率的自适应性，能够根据比特率的变化，控制编码参数，使编码满足目标比特率。

（４）视频监控的关键是在很低的网络带宽情况下，实现视频的实时编码和传输。

这要求编码器能够实现低比特率编码。

虽然通用的视频编码器和解码器还不能满足这一要求，但是基于对编码和解码核心代码的掌握，可以根据监控的实际特点对代码进行改变使之适应。

根据上面对整个系统结构和各模块功能及实现可能性分析，可知本系统框架是合理的，与之前的基于ＭＰＥＧ４的图像传输运用于数字视频监控系统相比，本系统的特色，即关键在于采用类自然语言定义多路视频复合规则的传感器消息驱动的、运用动态分割屏幕技术的多路复合部件，而且支持插件复用。

只要以上几方面能完整实现，将其运用于数字视频监控系统将会发挥重要作用，具有重要的实用价值。

２、监控终端显示模块设计六、系统可行性七、结束语【参考文献】［１］文富忠，徐定杰，孙建红．ＭＰＥＧ的发展动态及其未来预测［Ｊ］．电子技术应用，２００２，（９）：４５－４６．［２］沈承东，谭庆平．ＭＰＥＧ４视频编码算法的研究与实现［Ｊ］．计算机工程，２００２，２８：６７－８０．［３］仇玉章，孙力娟．３２位微型计算机原理与接口技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０００：７９－８５．［４］贾伯年，俞朴．传感器技术［Ｍ］．南京：东南大学出版社，２０００：６７－７０．［５］陈坚，陈伟．ＶｉｓｕａｌＣ＋＋网络编程［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２０００：８４－１０２．转自《宁波职业技术学院学报》２００７年第２期（上接第页）５１失。

每个住户可通过数字键盘更改自己的密码，可由单片机编程实现。

住户更改自己的密码，可按键盘上的＊键，然后输入自己的住户号码，再输入自己的旧密码以便确认身份，旧密码正确后才允许更改密码，输入新密码后按＃键确认并保存新密码。

本系统主要由监视系统、对讲系统、密码系统、控制系统组成。

来访者可以通过键盘输入住户号呼叫某住户，住户通过监视器及对讲系统了解来人身份，确认后可以打开大门锁，住户平时也可以通过密码来开锁进门，也可以更改密码，所有功能均由单片机控制实现。

本系统关键技术在于单片机中的软件运行方式可由用户编程，重点解决了应用中需要每户一个可修改的开锁密码的实际问题。

四、结束语【参考文献】［１］李华等．ＭＣＳ一５１系列单片机实用接口技术【Ｍ〕北京：北京航空航天大学出版社，１９９３．［２］沙占友．单片机外围电路【Ｍ〕．北京：电子工业出版社，２００３［３］李朝青，等．数字ＩＣ技术手册「Ｍ〕．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．［４］宋谦．楼宇对讲系统设计分析仁Ｊ３．安防科技，２００５（４）［５］李永东，岳继光，李炳宇．Ｐｌｃ单片机在楼宇对讲系统中的应用【Ｊ〕．电子技术，２００１（６）．［６］李炳宇，萧蕴诗，李永东．ＡＴ８９Ｃ５１单片机在多层楼宇对讲系统中的应用［Ｊ］．自动化与仪表，２００１（６）。

转自《电气应用》２００７年第１期。