单片机与可视对讲门铃系统设计

摘要：可视对讲门铃以可视、对讲、连网等特点给用户带来了许多便利。文章介绍了一种新型的可视对讲门铃系统的工作原理、实现电路、程序设计及程序代码，同时给出了利用单片机实现远程通讯及编码控制的分析、处理方法，从而使单片机的功能得到更大程度的发挥。

关键词：单片机；485总线；可视对讲门铃

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0009-02

单片机在消费电子、自动化仪表、工业控制等领域已得到了广泛的应用，它以灵活的设计、低廉的成本、微小的功耗在电子器件市场中占有十分重要的地位。今天越来越多的芯片厂商在不遗余力地竞争这个应用空间。如INTEL、MICROCHIP、NEC、ATMEL等公司都已形成了自己强大的产品线，给产品的设计带来了越来越多的选择。

可视对讲门铃系统是近几年兴起的比较新颖的产品，它以可视、对讲、连网等特点给用户带来了许多便利。但许多厂家的可视对讲产品设计比较复杂，并且功能单一。作者根据自己的工作实践经验，结合单片机的特点，在此提出一种利用ATMEL单片机设计可视对讲门铃的原理及其实现方法。

1 系统功能及各部件特点描述

本可视对讲门铃系统具有以下功能：系统由可视管理中心、门口主机、用户分机、电源供应器、视频分配器、信号中继器等几部分组成。主要面向住宅小区，可实现三方互相通话、楼宇可视对讲、图像监视、住户报警及管理中心综合管理等功能。

1.1 可视管理中心

可视管理中心为安装在小区管理中心的设备，具有以下功能：（1）可管理八个区域，每个区域可接八台门口主机。（2）可呼叫用户分机，通知用户及传达信息，实现集中管理。（3）可监视所有门口情况，并可开启楼道门口大门。（4）报警功能：当用户分机报警时，从声光显示三方位提示报警。（5）报警记忆功能：所有报警住处都将被管理中心记录，并可查询。（6）免提通话功能。（7）自动识别有效/无效分机号码。（8）四英寸高分辨率黑白平板显示器。（9）灵活的编码方式，悦耳的电子铃声。

1.2 门口主机

门口主机为安装在楼道门口的设备，具有以下功能：（1）1/3"高清晰度摄像机。（2）最大容量可接512个用户分机。（3）4位数码显示号码及各种提示信息。（4）32组分户密码开锁功能。（5）门口主机优先操作功能。（6）与管理中心/用户分机双向呼叫对讲。（7）灵活的编码方式及系统设置。（8）完善的系统状态指示及信号音

提示。

1.3 用户分机

用户分机为安装在用户房内，用户可以用它与楼口的门口主机及管理中心实现对讲等功能。用户分机具有以下功能：（1）4"高分辨率黑白平板显示器。（2）高音质话音通路。（3）与门口主机/管理中心双向通话对讲。（4）遥控门口开锁。（5）报警功能。（6）门口监视功能。（7）自动定时功能。（8）未摘机检测，声音提示功能。

2 系统设计中主要应用的技术特点

本系统中大量应用了联网技术：借助现代网络通讯技术，采用了多级总线式分组编码寻址方法，有效地扩展了系统容量，最大限度避免了总线式通信系统所固有的信号占线问题，提高接通率。所有数据信号、话音信号采用总线式接线方式进行传输，视频信号采用总线与分组相结合的传输方式，克服了传统的类比系统布线复杂的缺点，并且降低了线缆的敷设成本。多级总线：将系统（联网层）的信号总线与子系统（用户层）信号总线从物理上区分开，进行分层管理。从而使联网结构层次分明。从管理中心到门口主机的数据采用485信号总线，并利用中继器进行485总线段的长度拓展；从门口主机到用户分机采用载波侦听多重访问/冲突避免协议进行通讯，提高了数据的可靠性。这种层次分明的网络结构，可以使各子系统各司其职，在大部分时间内均独立工作，有效地解决了单一总线所面临的信号占线或某一子系统故障而造成整个系统瘫痪的局面。

3 硬件电路分析

分机编码电路分析：由于采用总线制，因此要给每台用户机编码，用户分机根据自己的编码来判断总线上的信号是不是发给自己的。在硬件设计上，由于AT89C51的I/O口线共有32条之多，因此在设计上可以用一个口线来表示一个码位。在本设计中用P00、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17共9个I/O来表示9位分机编码。其中P00表示第9位，P17表示第1位。这样每个门口主机可以带的分机数量为29=512台分机。根据经验，一个楼道口的户数一般来说住宅小区不会超过20户，即使高层楼房也不会超过320户。因此，512户的容量已足够使用。分机在出厂时或在工地调试时，根据具体情况，采用8421码对各分机进行设置。

按键电路分析：分机上设计有三个按键：呼叫（call）、开锁（doorkey）、监视（monitor）。三个按键的用途分别为：call：用户呼叫小区管理中心。本键一般在用户发生紧急情况时与管理中心联系。Doorkey：用户开启楼道门口的锁。Monitor：用户监视楼道口的动静，当用户按此键时，可以通过用户分机上的监视器监视楼道门口的情况。电路分析：同样由于单片机的I/O口较多，可以用一个I/O来监测一个按键。在本设计中用AT89C51的P23、P24、P25分别监测dookey、call和monitor三个按键。总线监测及控制线路分析：在本产品的设计中，分机要监测的总线情况有两种：通讯总线忙、总线上的报警信号。

通讯总线的监测由AT89C51的P25口及R23、BG11、R22、D5、BG10、R20、R21等实现，当BUSY线上有5V的电压时，BG10、BG11导通，使P25口的电压由5V变为0V，由P25测出。当通讯总线上有12V的电压时，导致BG10、BG11、BG12导通，使单片机的P25、P26电压变低，由口P26测出。

总线的控制分析：由于用户分机与门口主机的通讯是通过总线进行的，因此，当用户要利用总线时，要通知其他分机总线的状态，在本设计中，通讯忙是由门口主机控制的，用户分机要控制的状态为报警状态，即给总线上加12V的直流电压。在硬件上，本设计是通过AT89C51的P27和R30、R20、BG13、D6、BG14实现的，当P27为高电平时，使BG14导通，通过BG13给BUSY线上加上12V电压。

数据贮存电路分析：由于本系统的功能其中之一就是用户可以用密码开锁，因此要把用户输入的数据存储起来，并且要求断电不能丢失这些数据，这就要求在门口机中要有数据存储电路。在本设计中用一个AT24C02的E2ROM来作为外存储器。AT24C02是支持以I2C的方式来读存数据的，因此在本设计中用单片机的P30、P31来作为读存数据总线。电路硬件主要由AT24C02、2R1、2R2和单片机的P30、P31组成。

语音电路分析：在本设计中，要求有两路语音电路，一路是与管理中心通话，另一路与分机通话。由于要考虑到分机直接与管理中心通话，因此这两路通话线路要有直接连通的通道。硬件上采用了模拟开关4066并由8155的PB0、PB1、PB2控制，由于8155是复用的，因此在设计上采用了一个数据锁存器，并由AT89C51的P22来控制锁存。电路图上的AUDIO FROM（TO）-C为与管理中心的通话经路，AUDIO FROM（TO）-M是与分机的通话经路。

视频通路：在本设计中，视频通路要与分机和管理中心相连，并且要控制门口机自身带的摄像头。由于门口机之间是直接相连的，因此，还要考虑到门口机之间的连接。在硬件设计上主要有摄像头电路、视频转换电路两部分组成。摄像头主要有电源和视频信号两部分，电源由8155的PB5控制，当单片机需要打开摄像头时，单片机通过8155把电源给摄像头模块加电，使模块开始工作。视频信号由8155的PB6、PB7控制的继电器把需要的视频信号加到视频线路上。电路上主要由6BG9、6BG11、6R16、6R17、JD1、JD2、6D3、6D4、6BG7、6BG8、6R13、6R14、6C3、6E1、IC4、IC2等组成。

4 本系统通讯指令实现及分机编码的识别

通讯在本系统中起着分机与门口主机、管理中心之间的联络作用，属于本软件中的核心部分，因此，首先要设计一套明确而不复杂的指令，使每一个指令都有一个确切而合理的含义。这样当在通讯时，系统各部分在收到与发现指令时，每条指令都有一个明确的发送与接收地址，并且有自己明确的含义。这些含义在分机、门口主机、中继器、管理中心等处都有一个统一的解释。

在通讯中，与同一门口主机相接的分机都有自己的编码，它们之间的身份识别都是通过其自己的编码实现的。在本设计中，分机在上电后，在进行必要的初始化后，就要读取9位编码，并存储在RAM中。因此，在使用中，如果一台分机的编码改变后，一定要重新上电。这样，在软件的编写上，就不必每隔一段时间就读取一次编码。

5 对于本系统的问题展望

在本设计中，系统的数据总线（用户分机与门口主机之间）只允许有一对相互通讯的设备同时使用，其他需要进行通讯的设备在进行通讯前要先侦测总线的状态，如果总线忙，则等待；如果总线空闲，则取得数据总线的控制权，并在上面进行通讯。具体的操作方法为：当用户分机需要通讯时，先测试BUSY线，如线上为5V电平，则说明总线忙，等待；如线上为低电平，则总线空闲，可以进行通讯。而当门口主机接到分机发出的数据时，便置BUSY线为5V电平，并同发出呼叫的分机进行通讯。

参考文献

[1] 张召强.基于单片机的远程抄表系统设计[J].电子世界，2012，（12）.

[2] 景宏磊.嵌入式图像处理与接口设计研究[J].通化师范学院学报，2008，（10）.