基于AT89C51单片机的可视对讲门铃设计

基于AT89C51单片机的可视对讲门铃设计
（盐城工学院电气工程学院江苏盐城）
摘要：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.客人可以通过门口的选择欲访问的用户,通过摄像头将来访者的音频视频信号传输到扬声器跟显示器上，实现系统的可视对讲功能。

关键词：单片机；可视；对讲；智能。

The visible interphone based on AT89C51 doorbell design
Bian Feng Ting
Abstract：Adopt 89C51 MCS51 series microcontroller as the core, and peripheral match with memory, voltage comparator, keyboard and monitor, design, LED - that gives a kind of programmable, high-performance landing-answer system, can complete the keyboard processing, interphone, electronic lockpicking functions of control. Guests can choose to visit by the door of the users, through the audio video camera will visitors with the signal transmission to the speaker on the display, and enhanced the system visible interphone function .
Key words: MCU；visible；talkback ; intelligence.
1课题研究的意义
1.1科技创新发展概况和发展趋势
楼宇对讲系统在欧美国家、香港、台湾等地区已采用近20年，自1992年起，国外楼宇对讲系统生产制造商陆续到中国开拓市场。

至今，在大陆外国品牌近10个，国内楼宇对讲企业发展迅速，以深圳白兰公司为代表的国内楼宇对讲系统的市场占有率达80%左右。

楼宇对讲产品进入国市场最先是从单户机型开始的。

最早的楼宇对讲产品功
能单一，主要有单元对讲、可视单户门铃等，在90年代初期，国内市场年需求量不足十万户。

1995-1997年是国内市场第一个发展期，广东地区出现了数家专业生产厂家，如深圳视得安、广州市安居宝、中山奥敏、福建有振威、西安有交大开元等，这些厂家产品开始规模生产，技术也不断进步，单元楼宇型对讲及可视对讲用户呈现持续增长势头，集中在房地产市场启动较早的广东、上海等经济发达城市，90年代末，楼宇对讲产品进入第二个高速发展期，大型社区转自互联网及综合性智能楼宇对讲设备开始涌现，深圳卫锐通、福建立林、珠海进帧、太川公司等也相继推出各自的产品。

2000年以后各省会城市楼宇对讲产品的需求量发展迅速，相应生产厂家也快速增加，上海、山东、辽宁、河北、福建、广东、北京等地都有新的制造厂商出现。

2004年全国可视对讲用户超过200万户，对讲混装用户达到600万户，从地域上分布，2000年以前主要分布在广东及北京、上海等发达城市，2000年以后开始大量进入各省会城市，现有向周边中小城市扩展的势头。

从需求市场来看，该产品已进入需求量平台区。

通过2008年北京安防展的情况发现，全TCP/IP技术、半数字对讲产品已经相当普遍。

诸多厂家的模拟和数字相结合的半数字产品引人注目，而部分厂家推出的全数字对讲产品则成为2008年北京安防展对讲系列的突出亮点，可见，数字化对讲产品已经成为了对讲厂家技术发展的重要指标。

如松本智能的数字家园880系列就是全IP网络传输的数字楼宇对讲系统，从室内分机至门口机，再到管理中心(PC机)均采用TCP/IP数字传输，由于网络构架基于IP网络，具有最快的网络通讯速度及全方位的户户通话功能，另外还具备非常强大的系统扩展功能。

现阶段，尽管传统的模拟对讲系统仍占有较大的市场份额，但它的缺点也日渐突出。

比如在布线结构上，模拟系统将信号传输网络分为主干总线(联网)和分支总线(单元)。

设备从管理机、小区门口机、单元门口机、住户二次确认门口机、室内分机形成自上向下的分级总线结构。

管理机至小区门口机、单元门口机是小区联网主干总线，而单元门口机到住户二次确认门口机、室内分机是二级分支总线。

无论是主干总线还是分支总线，语音、视频、控制等信号线都需要单独敷设专用线缆，所以线缆种类和数量会较多，这都给系统造价和工程带来麻烦。

现在，半数字方式的联网方式已经比较普遍，即TCP/IP组网到单元门口机，
单元门口机到住户门口机及室内机仍采用传统总线方式。

据了解，其原因在于TCP/IP联网在布线、组网、信号传输、系统可扩展性、功能可扩展性、系统易维护性、联网抗干扰性、多通道通讯能力等等方面都具有明显的优势。

再比较全数字TCP/IP门铃对讲系统，布线少且简单得多，各种信号(音视频、控制)全数字化综合在一起仅用一根网线传输，简化了布线，使系统设备的安装、调试、维护都变得简单。

TCP/IP联网不仅能实现声音、图像、控制等信号的传输，还实现了幢楼、小区对讲设备全部网络化。

因系统技术基于数字化和网络化，系统可采用集成音视频编解码模块的ARM平台，其强大的数据处理能力及上百兆的带宽使得原先多种类信号变成为单一的数字信号，使信号传输变得“简单”，信号质量大幅提升，抗干扰能力极大提高，并能实现与小区周界报警、门禁控制、一卡通、社区服务等系统进行无缝整合。

与传统的总线制模拟对讲相比，突出感受到IP数字对讲具有如下特点：传输距离不受地域限制，扩展升级极方便；传输的音视频、控制等信号效果远远优于传统总线方式；可实现家庭报警、家电控制、远程监控、社区服务等多种功能集成；安装调试方便，缩短了工程周期，节省了工程开支。

从需求市场来看，总线结构技术层面产品已进入需求量平缓期，但总体市场需求仍然是持续升温。

楼宇对讲产品的需求量始终和房地产业的发展紧密相关。

近年来，大城市新建商品楼盘90%以上都设计了这一系统，从发展趋势上来看，楼宇对讲系统是新建住宅小区的必配系统。

另外，一些旧楼、单位住宅等亦需要改造配置该系统，多数县城一级新建楼盘还未涉及这一系统。

由此可见，目前市场仍有许多空白点需开拓。

可视对讲产品的发展将向安全、稳定、实用、标准、开放、时尚等方面发展，只有满足需求的产品，才能引领可视对讲产品的发展潮流。

楼宇对讲系统在欧美国家、香港、台湾等地区已采用近20年，自1992年起，国外楼宇对讲系统生产制造商陆续到中国开拓市场。

至今，在大陆外国品牌近10个，国内楼宇对讲企业发展迅速，以深圳白兰公司为代表的国内楼宇对讲系统的市场占有率达80%左右。

1.2本课题研究的目的、意义（突出说明对科技、经济和社会发展的作用）
可视对讲系统是一套现代化的小康住宅服务措施，提供访客与住户之间双向可
视通话，达到图像、语音双重识别从而增加安全可靠性，同时节省大量的时间，提高了工作效率。

更重要的是，一旦住家内所安装的门磁开头、红外报警探测器、烟雾探险测器、瓦斯报警器等设备连接到可视对讲系统的保全型室内机上以后，可视对讲系统就升级为一个安全技术防范网路，它可以与住宅小区物业管理中心或小区警卫有线或无线通讯，从而起到防盗、防灾、防煤气泄漏等安全保护作用，为屋主的生命财产安全提供最大程度的保障。

它可提高住宅的整体管理和服务水平，创造安全社区居住环境，因此逐步成为小康住宅不可缺少的配套设备。

数字楼宇对讲系统的设计与组装调试是一门既有理论又有实践技术的综合
学科，并目是一个技术复杂、规模庞大的系统，它是工程理论与工艺技术相结合的产物。

楼宇对讲系统最早起源于欧洲，主要是意大利和西班牙等南欧国家。

早在20世纪六十年代，楼宇对讲系统就开始大规模在发达国家制造和使用特别是在欧洲。

目前，欧美发达国家的智能建筑90%以上都安装了楼宇对讲系统。

在我国大陆,20世纪80年代末才开始兴起这一行业，目前正处在一个百花齐放、百家争鸣的大好发展时代。

而在这一智能化的系统中位于室内的室内分机是对讲系统中使用数量最多、影响最广、占据成本较大的关键设备，也是生产厂家最为关注的设计产品之一。

因此，研究基于AT89C51单片机的数字楼宇可视对讲系统的设计具有重大的意义。

参考文献
[1]三润，楼宇对讲市场的发展趋势、特性及策略分析,互联网.2010.
/newshow.asp?Id=129&tt=0&ph=03.
[2]卢福山. 从可视对讲系统的发展趋势看建筑智能系统一体化[J]. 安防科技, 2003,(03).
[3]可视对讲系统在住宅中的应用[J]，电脑知识与技术, 中知网，2006（3）.
[4]家庭信息化未来不是梦[N].新华社北京电.2003(2).
[5]程小林.可视对讲系统在智能小康住宅中的应用[J].电脑知识与技术，2006
（9）.
2、课题研究内容
2.1具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题
2.1.1 AT89C51单片机简介
单片机发展至今已有20 余年的历史, 形成了约50个系列400余种机型，设计者不可能对每一种芯片都熟悉, 因此在选择芯片时切勿追赶时髦，使用从未接触过的芯片。

单片机控制系统的核心器件是单片机芯片, 它提供的功能和资源对整个应用系统所需要的支持电路、接口硬件设计以及软件程序设计起着关键的作用。

ATMEL89系列单片机具有下列优点:
(1)内部含Flash存储器
在系统开发过程中, 可以十分容易进行程序的修改, 大大缩短了系统的开发
周期。

同时, 在系统工作过程中, 能有效地保存一些数据信息, 即使
外界电源损坏也不影响到信息的保存。

(2)输出引脚和指令系统与80C51 兼容
用89系列单片机取代80C51 时,可以直接进行代换。

(3) 静态时钟方式
用89系列单片机采用静态时钟方式, 所以可以节省电能, 这对降低产品的功
耗十分有利。

（4）错误编程亦无废品产生
错误编程之后仍可以重新编程, 直到正确为止, 故不存在废品。

（5）可进行反复系统试验
经过反复系统试验, 可以保证用户的系统设计达到最优。

而且随用户的需要和发展, 还可以进行修改, 使系统不断适应用户的最新要求。

AT89C51 是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机, 其输出
引脚和指令系统都与MCS-51兼容, 双列直插封装如图1所示。

图表1
2.1.2无线可视对讲门铃系统
无线可视对讲门铃系统是新一代电子安全防范系统，是现代花园、山庄、别墅理想的安全防范装置.家人可以在室内，通过屏幕看图像、语音对讲，远距离了解门外的情况，准确判断来访者的身份，决定是否开门接待，保障家庭的人身和财产安全.该系统采用模数混合技术，即语音数字，视频模拟，是将来全数字无线可视对讲门铃系统的一个过渡，该系统的主要功能特点如下:
1)本装置安装简单，配置方便。

2)来访者可通过室外机上呼叫按钮，通知室内。

3)叫门音量，图像彩色及对比度可调节。

4)为区分室外机呼叫室内机及室内机之间呼叫这两种不同的情况，设置有2种不同的振铃声，住户可通过室内机发出的振铃声来判别访客的位置。

5)室外机呼叫时，室内机发出振铃声，同时显小屏自动打开，显小来访者影像。

主人拿起室内机话筒，可实现与室外来访者对讲。

6)本装置在设计时可实现楼内每部电话机之间通讯。

7)在室内机上可控制开启大门电锁。

8)室内机可并接四台，并可选择可视和不可视。

9)室内机的安装方式采用壁挂式。

10)室内机上安装有监视键，当按下此键，可监看室外动静。

11)室外机具有红外辅助夜视功能，可在自然照度不够的情况下，同样产生清晰的图像。

12)用高质量摄像头、显示器，清晰度高，畸变小。

13)室外机安装方式采用埋嵌式。

14)当室外机被盗时或断线时，室内机会自动报警。

可视对讲门口机系统主要由小区管理机、门口机、用户分机三大部分以及其他附件(如中继器、隔离保护器)组成，系统示意图如图所示。

门口机安装在楼宇的人口处，具有呼叫按键、与用户机对讲、摄录视频及音频功能。

用户机安装在用户室内，具有图像显示、对讲、电控开锁功能。

隔离保护器主要是用来将各分机和主机之间在电气上隔离，以实现分机的状态(如短路)与系统无关，从而提高系统运行的可靠性。

中继器是将门口机摄录下的声音和图像分配放大，传送至各住户或警卫室。

图2
图表2 系统设计图
室内对讲机的作用是:通过室内对讲机，屋主可以看到访客或警卫的影像并实现双向对讲。

本系统中所选用的门口机具有以下特色:
a.可自动对应至20个门口机，或20道门禁控制;
b.可自动对应至10个警卫机，或10层安全控制;
c.可双向主/被动与任何门口机或警卫机连线可视对讲;
d.各户可加装可视小门口机并目‘可控制各户电所;
e.各户可加装室内分机并可室内对沸室内对讲机又可分为保全型和非保全型，保全型室内机可以连接各种报警探测设备及告警设备，如红外线报警探测器、煤气泄漏报警器、门磁开关、紧急钮、警灯、警号等，从而构成一个完整的智能家居报警网路，并可以通过可视对讲网路与管理中心或警卫室相连，随时保持紧
密联系，从而给予户主最大的安全感.
2.2、课题特色和创新之处
数字楼宇对讲系统采用当前最新的数字音频压缩，DSP，嵌入式及流媒体网
络传播等技术，结合家庭智能网关系的特点，实现利用小区的以太网络，进行音频、视频的网络流传送、集成报警、门禁、智能家电等控制功能，提供短信，公告增值服务。

本模块是基于TCP/IP协议的可视对讲系统（包含户内机/门口机/围墙机/管理机），提供核心控制与调度、音频处理与压缩、网络控制与传输。

以
及周边设备（如RS232/RS485）控制等功能。

数字楼宇可视对讲系统主要特点是门口机、室内分机、管理中心控制主机的音频信号均采用数字压缩处理后再通过网络传送级接收，设备之间均采用网络连接方式，安装及联网方便快捷（可直接并入小区内现存的到户网络，无须另行布线）。

室内机还提供三路视频信号输入接口，可外接三路的视频信号（如摄像机等视屏设备）；一路的音频信号输入接口；一路的报警输入输出接口（输入输出可
定义），可接红外/微波探测器、幕帘式探测器、门磁等报警输出控制设备；一路
音频视屏输出，可直接接彩电、背投等进行大画面显示；分机具有画中画功能，可同时显示门口机及墙外机的视频图像。

系统还支持互联网接入功能，支持远程异地联网监控功能，直接通过IE方式即可进行图像及声音的浏览、报警的布撤防功能。

参考文献
[1]朱光忠,黄云龙,范一鸣.AT89 C51单片机在可视对讲门铃中的应用. 维普资讯，2002，(6).
[2] 朱伟，韩服善. 基于AT89C51单片机的可视对讲门铃设计[A] . 中知网，2009，(18).
[3] 马鸿雁. 可视对讲门前机系统的研制[A].北京建筑工程学院学报，2002，(1).
[4]沈国荣，楼宇可视对讲智能系统设计研究[A].中国建设教育，2009（10）.
[5]孟利民，张明珊.无线可视对讲门铃系统中语音通信的设计与实现[A].浙江工业大学学报,2005(1).
[6]李立晓.住宅防盗报警及可视对讲系统设备安装[B].施工技术,2001(8).
[7]李强华,张根宝,段力.基于单片机控制的楼宇对讲系统的设计[M].电气应
用，2007（1）.
3、课题产品市场概况
3.1课题产品市场概况及需求情况：简要介绍课题产品国内外市场容量，发展状况，未来发展趋势
楼宇对讲产业与房地产业息息相关，而房地产业又与国家的宏观经济政策关系密切。

自1994年通货膨胀率达21.4%至1996年5月，中央政府实行紧缩性财政、货币政策，致使从1996年开始三年的内生性通货紧缩，首当其冲的就是中国的房地产业；近三年，中国房地产业黯淡无光，普遍不景气；国内楼宇对讲系统除规模较大的厂商，如深圳白兰发展迅猛（成长率高达100%）外，其他规模较小的厂商发展呈萎缩状态.自1996年5月份以来，中央政府开始刺激经济，制订了扩张性经济政策。

至今年6月，已连续七次降低人民币存贷利率，1998年元月1日取消了贷款额限制，4月追加固定资产投资贷款指导性计划，从2700亿元增加到3700亿元，5月份调整国有商业银行的存贷比例，恢复债券回购业务。

增加同债发行，进行项目投资，扩大集团购买力，实行国货优先原则，减轻企业负担，增加企业可用资金，鼓励民间和企业投资，清理投资的行政性壁垒，加大政府向能源、交通、邮电等专项投资。

1999年6月份，中央第七次调低银行存贷款利率、银行准备金率和再贴现率，试图刺激经济，扩大内需。

至今年上半年，处于改革开放最前沿、反应迅速的深圳特区，房地产业已出现一线生机，市场开始启动。

由于经济对于宏观政策的滞后性，扩张的财政、货币政策将在今后三年内在各个领域发挥明显作用，全国的房地产业有望在今后三年逐渐恢复并正常发展，这给楼宇对讲安防产业的发展创造了良机。

可视对讲行业发展到今天，产品从简单的通话、开锁等功能发展到现在有了简单的防盗报警、信息发布等功能，从黑白可视对讲发展到彩色可视对讲，应该说有了不小的进步。

但是，随着人民对小区的安防管理和物业管理的要求的不断提高，仅仅提供以上功能已经不能满足智能小区继续发展的需要。

经过市场调研，发现市场
对可视对讲产品的主要需求有：
（1）安全性
可视对讲产品属于安防产品，其基本功能仍然是满足家庭和社区对安全的需要。

因此，用户希望可视对讲系统在提供可视通话和远程开锁的同时，提供进一步的安全功能。

如主人不在时可远程监视家里老人和小孩的活动情况，住户家里发生火警、煤气泄露或有窃贼进入住户家里时能即刻通知管理处或住户本人（比如以短信方式）。

（2）稳定性
可视对讲产品属于要求24小时运行的安全系统，因此用户要求产品有卓越的稳定性，只有稳定才能保证安全。

（3）实用性
只有实用的产品才有旺盛的生命力。

市场现有产品实用性不高，有的家庭装的可视门铃一两周可能都只会用一次，原因在于功能太简单，不实用。

如果让住户自主选择购买与否，相信很多消费者会选择“不”。

要使可视对讲产品能够受到家庭的欢迎，其实用性是关键。

如果能通过可视门铃浏览自己的照片集，查阅常用的电话，收取每月的费用支出信息等，其设备利用率和被关注程度将大大提高，也只有提高了设备利用率，该产品市场才能真正繁荣。

（4）标准化和开放性
目前可视对讲产品基本上没有标准可言，不同厂家的产品不能互相兼容，可视对讲子系统也基本不能和其它弱电子系统互联，原因就在于没有标准。

没有标准，就缺乏开放性，系统就无法互联，就无法长期保证产品的保修和服务，产业也不能健康发展。

因此，市场非常期待标准化和开放的产品出现。

国标《建筑及住宅社区物业管理数字化应用》征求意见稿的推出，是值得业界欢呼鼓舞的一件大好事，它为产业的健康发展指出了方向。

比如，《标准》征求意见稿指出：
综合安防管理要将建筑及社区内的周界报警子系统、巡更管理子系统、闭路电视监控子系统、家庭安防报警子系统、车辆管理子系统，以及公共广播子系统集成在统一的网络化集成综合安防管理平台上（SMS）。

通过建筑及社区内
集中和分布的安全及防盗报警监控管理中心（包括远程报警监控管理中心），实施对报警信息的监视、报警确认、操作控制、报警信息记录与查询。

《标准》强调综合安防管理（包括可视对讲系统）要将各子系统集成，标准化和开放性是关键，在大的方向上，IP协议将是集成各子系统的关键标准所在，也是最容易实现集成的途径。

（5）时尚化
市场现有对讲产品就外观和应用而言，和手机、彩电、游戏机等消费电子产品相比，都很难谈得上时尚。

作为家庭用的消费电子产品，可视对讲产品必须走时尚化的道路，实现外观上新颖别致，应用上丰富多彩，产业才能得到健康繁荣。

楼宇对讲系统将是智能建筑小区的基本配置，在新建商品住宅设计中，一些大中城市已强制在新建楼盘中配置该系统，布线及产品接口统一标准。

各生产厂家采用不同的传送方式和信号接口，产品相互间不能兼容，使得工程施工、售后服务无法社会化，许多已过保修期的系统难以维护。

相关部门已注意到这一问题，故布线和产品接口的标准化已是大势所趋。

今年以来政策法规的完善使产品进一步加强了质量的可靠性与产业的强势化。

7月1日新颁布了由深圳某公司协同公安部TC-100标准化委员会制订的楼宇对讲系统行业标准（简称“GA/T-72-2005”，属公安部行业标准，制定共经历了三年时间），该标准和原标准最大区别在于加入了EMC（电磁兼容）指标和声对声测试。

综上所述，可视对讲产品的发展将向安全、稳定、实用、标准、开放、时尚等方面发展，只有满足需求的产品，才能引领可视对讲产品的发展潮流。

虽然目前市场上数字楼宇对讲产品应用还没有普及开来，但根据记者对近十家主流楼宇对讲企业的访谈显示，数字化趋势已经成为楼宇对讲企业共同认可的未来发展方向。

狄耐克相关负责人表示，目前楼宇对讲行业正由传统的模拟楼宇对讲系统逐步向数字对讲系统发展，虽然在市场份额上数字产品还远远低于传统模拟对讲系统，但是数字对讲的前景依旧广阔。

冠林的霍震认为，目前整个楼宇对讲市场还是模拟需求居多，虽然很多厂商数字化产品的产量不大，但数字化是产品发展趋势。

目前有很多对讲厂商投身智能家居行业，不仅因为楼宇对讲厂商在智能家居的推广上有天然的渠道优势，同时对讲市场的竞争非常激烈，许多对讲厂商都在寻求创新之路。

如何抢占技术高地，争夺这一高端市场，是各家厂商的竞争热点。

广东泛达相关负责人指出，随着近几年TCP/IP技术和无线数字技术的逐步成熟和市场发展的需求，半数字可视对讲系统、纯数字可视对讲系统、无线数字智能家居系统（无线移动智能家居系统）、基于电信业务平台的智能家居系统将逐步得到发展，将成为未来不同时期市场的主流。

多功能使楼宇对讲行业向智能家居方向延伸。

目前智能家居行业主要分为以楼宇对讲厂家主导的集成控制阵营和以家电厂家为主导的终端控制阵营。

IP 楼宇对讲功能上的丰富可以看作是楼宇对讲行业向智能家居系统延伸的初级阶段，而在高级阶段，智能家居系统将突破楼宇对讲中融合智能家居的界限，建立一个系统化的家庭综合管理系统。

低碳建筑概念的提出使房地产行业对建筑部品的低碳节能提出了更高的要求。

很多楼宇对讲企业已经在低碳趋势下动作频频，在技术和功能上做出努力，也推出了一系列低碳的产品。

狄耐克用稳定的程控交换机技术，开发出低碳节能的无电待机系统，将编解码控制和信号通讯均设计在楼层交换机中，可视分机待机状态不通电，实现分机无电待机。

以对讲系统每天呼叫20次，每次30秒计算，在50年内的通电使用时间相当于其他每日24小时通电产品127天的使用时间。

极大的延长了系统的使用寿命，做到低碳节能。

而赋安则对节能系统产品做了进一步的研发，使节能系统产品在施工布线方面既支持使用网线（5类线），又支持普通平行线。

用户可以根据实际情况选择布线。

赋安在产品设计时采用低功耗设计，从器件选型和电路设计上都下了很大的功夫。

他们的节能室内分机做到了真正意义上的零待机功耗，智能室内分机待机时功耗也只有20多毫安。

这样在系统配置时，产品所使用的电源很少，高层楼房一个单元使用一个电源基本上就可以了。