現(xiàn)階段中小城市居民樓單元入口大多數(shù)是敞開著的，這方便了居民的進出,，也給居民的生活帶來了諸多的不便和不安定因素,。例如：任何人都可隨意進入居民樓道內(nèi)，在居民樓道內(nèi)隨處都能看到貼于墻上或樓梯臺階上的各類紙質(zhì)廣告,，這既影響了樓道內(nèi)的衛(wèi)生,，也影響了樓道的美觀?？梢?/font>對講門禁系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)住戶對訪客圖像的識別和雙向通話的功能,，
正好解決了居民生活的諸多不便,，已經(jīng)成為小區(qū)住宅中不可缺少的配套設(shè)施。目前的可視對講門禁系統(tǒng)大多是有線系統(tǒng),，雖然具有傳輸容量大,，可靠性高等優(yōu)點，但是有線系統(tǒng)也有其不可避免的缺點,，其靈活性差,，安裝成本高，施工難度大和維修困難,。無線可視對講門禁系統(tǒng)能夠隨意安放,，即裝即用，省去了布線,、鑿洞的麻煩,，也不會影響裝修環(huán)境與室內(nèi)美觀。人們在房間的任何位置都可以利用無線遙控自動開鎖,，避免了必須到指定位置開啟的不便,。因此，研究無線可視對講門禁系統(tǒng)取代有線可視對講門禁系統(tǒng)具有深遠的實踐意義和較高的學(xué)術(shù)價值,，可以解決現(xiàn)實生活中的實際問題,。
目前，國外對無線可視對講門禁系統(tǒng)的研究正在蓬勃發(fā)展中,，其中典型的代表有摩托羅拉設(shè)計的最新款GB3188,。該機以出眾的整體設(shè)計與優(yōu)異的性能價格比為眾多商家，特別是給物業(yè)管理,、酒店服務(wù)業(yè)、建筑業(yè)以及制造業(yè)等行業(yè)的用戶帶來了高效簡便的通行管理解決方案,，但不足之處是該系統(tǒng)沒有涉及到圖像的傳輸,。國內(nèi)對無線可視對講門禁系統(tǒng)的研究主要朝著無線可視方向進軍。北京工業(yè)大學(xué)崔振碩士設(shè)計的無線可視對講門禁系統(tǒng),，能在同一信道中兼容傳輸模擬信號和數(shù)字信號,，節(jié)省了一套無線收發(fā)設(shè)備，降低了成本,。但是,，圖像信號和聲音信號采用模擬信號傳輸，只有呼叫信號,、開鎖信號,、報警信號采用數(shù)字信號傳輸，導(dǎo)致音質(zhì)和圖像質(zhì)量不佳,，而且有干擾信號,。浙江工業(yè)大學(xué)孟利民教授設(shè)計的無線可視對講門禁系統(tǒng),，實現(xiàn)了聲音信號的數(shù)字傳輸，但是圖像信號還是采用模擬信號傳輸,，因此圖像質(zhì)量不佳,。本文設(shè)計了一種樓宇無線可視對講電路，該電路以單片機為控制器核心,，再連接外圍電路,，通過無線數(shù)字傳輸電路來傳輸視頻信號，可以達到50～200 m的無線傳輸距離,。該設(shè)計優(yōu)點是在單張拍攝的基礎(chǔ)上,，獲得圖像的連續(xù)顯示，它真正意義上實現(xiàn)了圖像信號的無線數(shù)字傳輸,。
1 整體設(shè)計方案
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由3部分組成：上位機系統(tǒng),、下位機系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。這三部分共同完成了主控制器與分控制器的信息交換,，達到樓宇監(jiān)控的目的,。主控制器和分控制器通過無線數(shù)字傳輸模塊SRWF進行數(shù)據(jù)和命令的傳輸。該通信模型屬于一對多的通信模式,?！?/p>
主控制器的主控芯片為AT89C51，通過鍵盤獲得訪問的房間號碼,，確認后,，單片機會控制打開視頻采集芯片和緩沖芯片進行工作，并在設(shè)定的通信波特率的情況下,，通過串口通信,，由單片機把數(shù)據(jù)送給數(shù)字傳輸電路，數(shù)字傳輸電路再通過無線信道把數(shù)據(jù)發(fā)送出去,。從控制器的主控芯片也使用AT89C51,，通過數(shù)字傳輸電路接收主控器的控制信息和數(shù)據(jù)信息，對接收到的數(shù)據(jù)進行分類,，若是主機發(fā)送過來的通信地址信號,，從控制器會讀取振鈴音存儲電路里的數(shù)據(jù)，從而發(fā)出振鈴音,。接下來開始接收視頻信號,，并通過LCD顯示電路顯示出來，用戶可通過按鍵控制電路決定是否與主控器進行進一步通話,。
2 硬件電路設(shè)計
2.1 主控制器的電路設(shè)計
主控制器電路由單片機AT89C51,、鍵盤掃描電路、驅(qū)動及數(shù)碼顯示電路,、看門狗電路,、無線數(shù)傳電路等幾部分組成,。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理。
其工作流程如下：先通過鍵盤掃描電路掃描用戶的按鍵信息,，以便獲得從機的通信地址,，并將按鍵信息通過4個LED顯示出來，以便用戶清楚獲知自己要訪問的從機地址,。用戶可以通過鍵盤上的增值,、減值、重輸,，確認修改其輸入值,。當用戶按下確認鍵的時候，主機存貯此時的從機地址,，并開啟視頻芯片采樣視頻信號,，同時把從機地址通過無線數(shù)字傳輸芯片SRWF發(fā)送出去。收到從機的應(yīng)答信號和準備就緒信號后,，主機在設(shè)定的波特率下開始發(fā)送數(shù)據(jù),。每發(fā)1幀數(shù)據(jù)就等待從機的應(yīng)答信號，同時對每幀數(shù)據(jù)都發(fā)送校驗幀,，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_無誤,。
2.1.1 鍵盤掃描電路
鍵盤掃描部分采用4×4鍵盤，通過P1口設(shè)置掃描電平,，先置P1口的低4位中某一位為零,，然后讀取P1口高4位的電平。P1口的低一位置零即給列線置低,，若在P1口的高4位監(jiān)測到某位為零,，則通過行列的位置即可知道按鍵的部位，在按鍵過程中存在抖動問題,，解決方法有硬件編碼鍵盤和軟件編碼方式,，鑒于成本考慮和AT89C51的高性能考慮本設(shè)計采用軟件編碼方式實現(xiàn)掃描，鍵盤掃描電路如圖2所示,。
2.1.2 LED顯示電路
LED顯示電路采用動態(tài)顯示方式顯示，由74LS248 BCD譯碼芯片和74LS138譯碼器組成,。采用74LS248的目的是為了節(jié)省I/O口資源,，以便控制更多的外圍芯片。LED的段選數(shù)據(jù)由通過74LS248譯碼過來的段選碼決定,，位選數(shù)據(jù)由74LS138譯碼產(chǎn)生,。工作的時候首先把按鍵的值轉(zhuǎn)換為BCD碼，再送入P0口的第4位,，但是對P0口時整體復(fù)制會破壞位選口的數(shù)據(jù),。此時需進行P0口數(shù)據(jù)的修正,，通過或邏輯運算把位選數(shù)據(jù)也送入P0口的第4位和第5位，再把修正好的數(shù)據(jù)送給P0口,，此時既有段選數(shù)據(jù)又有位選數(shù)據(jù),。要使顯示的數(shù)據(jù)不閃，則需要利用人眼的視覺暫留性,，將每個數(shù)據(jù)顯示之間的時間延時控制在10 ms以內(nèi),，這樣顯示的數(shù)字才不閃。
2.1.3 視頻獲取及數(shù)傳電路
視頻獲取電路由CAMERA 0V 7620芯片和IDT7205組成,，采用該組合方法是因為視頻獲取的數(shù)據(jù)量都比較大,，但單片機的工作頻率比較低。如果直接搭配則二者不能正常接收,。因此,，增加緩沖芯片IDT7205，這樣通過單片機控制其工作來達到數(shù)據(jù)量和單片機的匹配,，只有單片機允許接收時才使能IDT7205,。如果單片機監(jiān)測到視頻芯片的VSYN上跳后，就會在P0.7口輸出1,，從而開始控制IDT7205從視頻芯片獲取數(shù)據(jù),。SRWF模塊在使用之前要進行無線信道、接口類型,、接口速率,、接口參數(shù)等的設(shè)定，在設(shè)置完成后便可以進行數(shù)據(jù)傳輸,，當模塊收到單片機發(fā)來的第1個數(shù)據(jù)后自動進行無線網(wǎng)絡(luò)連接及數(shù)據(jù)同步等工作,，因此第1個數(shù)據(jù)將在5個字節(jié)時間延遲后從接收方串口輸出，如圖2所示,。
2.2 分控制器的電路設(shè)計
分控制器也采用AT89C51單片機作為微處理器,，分控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由晶振、LCD圖像顯示電路,、按鍵開鎖電路,、看門狗電路、通信接口電路,、存儲器等組成,。分控制器系統(tǒng)的硬件電路?！ ?
它的工作過程是：初始化其接收波特率,，并一直處于信息監(jiān)測狀態(tài)，當收到地址幀時,，就與本身的地址相對比,，若不同,，則丟棄此幀數(shù)據(jù)繼續(xù)檢測。若相同,，則讀取AT24C02芯片存儲的樂曲編碼,，通過P2.1口來控制喇叭發(fā)出樂曲音，從而告訴用戶,，有訪客請求進入樓宇,。當用戶按下鍵盤上的接聽鍵時，單片機會把從無線數(shù)字傳輸模塊接收過來的數(shù)據(jù)送P0口進行液晶顯示,。房主看到液晶上的圖像時,，若認識訪客，則按鍵開鎖;若不認識訪客,，則按掛機鍵,，結(jié)束視頻通話。視頻顯示電路的主要工作芯片為TFT6448B,。TFT6448B自帶數(shù)據(jù)鎖存器,，不需要擴展鎖存芯片，在選中TFT6448B后,，通過往TFT6448B的相應(yīng)行,、列、控制,、數(shù)據(jù)寄存器中寫入數(shù)據(jù),，即可實現(xiàn)單片機AT89C51對TFT6448B的控制顯示。
3 軟件設(shè)計
主機由AT89C51單片機充當,，從機為AT89C51單片機,。主機與從機的數(shù)據(jù)通信波特率定為9 600 B，每個從機都有惟一的地址號,，用來區(qū)分各從機,。單片機的數(shù)據(jù)通信由串口完成，定時器T1為波特發(fā)生器,，數(shù)據(jù)傳送格式為1位起始位,，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位,，1位可編程位(T-B8),。工作方式：將定時器T1設(shè)置為方式2，串口設(shè)置為工作方式3,。
該系統(tǒng)的通信協(xié)議是：所有從機的SM2位置1，處于接收地址幀狀態(tài),，主機發(fā)送一地址幀,，其中第8位是地址,，第9位是地址/數(shù)據(jù)的區(qū)分標志，該位置1表示該幀為地址幀,。所有從機接收到地址幀后,，都將接收的地址與本機的地址比較，對于地址相符的從機,，使自己的SM2位置O,，并把本機地址發(fā)回主機作為應(yīng)答;對于地址不符的從機，仍保持SM2=1,，對主機后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬,。從機發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后，要發(fā)送一幀校驗和,，并置第9位為1,，作為從機數(shù)據(jù)傳送結(jié)束的標志。主機接收數(shù)據(jù)時,，先判斷數(shù)據(jù)接收標志RB8,。若RB8=1，表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束,，并比較此幀校驗和,，若正確，則回送正確信號00H,，命令該從機復(fù)位;若出錯,，則發(fā)送信號OFFH，命令該從機重發(fā)數(shù)據(jù),。若接收幀RB8=0,，則將數(shù)據(jù)存到緩沖區(qū)，并準備接受下一幀信息,。主機接收到從機的應(yīng)答地址后,，確認地址是否相符，如果地址不符,，則發(fā)復(fù)位信號;如果地址相符,，則清TB8=0，開始發(fā)送數(shù)據(jù),。從機收到復(fù)位命令后回到監(jiān)聽地址狀態(tài),，否則開始接受數(shù)據(jù)和命令。
4 系統(tǒng)仿真
在Proteus的ISIS 7.1sp2軟件環(huán)境下畫出電路原理圖,，接下來就是將設(shè)計的程序在Keil C51μVision2開發(fā)集成環(huán)境上編譯成機器語言,，進入Proteus的ISIS，鼠標左鍵點擊菜單“Debug”，選中“use romote debuger monitor”,，便可實現(xiàn)KeilC與Proteus的連接調(diào)試,。首先在Proteus中雙擊單片機AT89C51，將KeilC下編程生成的.HEX文件導(dǎo)入到AT89C51中,，可在Proteus中單擊全速仿真運行按鈕,，進行現(xiàn)象查看，能清楚地觀察到芯片上每一個引腳的電平變化,，紅色代表高電平,，藍色代表低電平;如果現(xiàn)象不正確，則在KeilC中單步調(diào)試程序,，并在Proteus觀察現(xiàn)象,，哪一步不正確，則對該段的程序進行修改,，調(diào)試直到仿真完全成功為止,。
依次按下掃描鍵盤上的3個按鈕，待3個按鈕全部輸入后,，會在數(shù)碼管上顯示剛才所按的數(shù)據(jù),，按照按下的順序顯示數(shù)字，該數(shù)字表示要訪問的房間號碼,，如504表示要訪問504房間的主人,。
在Proteus里用LM4229代替設(shè)計中的TFT6448B芯片。仿真的目：用來獲得圖像顯示的編碼方式和液晶的單色位圖顯示功能,。LM4229通過CDWRITE READ三個引腳的電平來確定是讀數(shù)據(jù)還是讀狀態(tài),，或者是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。其數(shù)據(jù)引腳為8位,，可以與單片機進行直接的數(shù)據(jù)交換,，P2口為液晶顯示的控制端?！ ?
5 結(jié)語
該可視對沖電路采用了以單片機AT89C51為核心,，以SRWF-1，CAMERA OV 7620,，IDT7205等為外圍芯片的設(shè)計,。文中給出了硬件電路圖及主程序流程圖，闡述了軟硬件設(shè)計過程中對關(guān)鍵技術(shù)的處理,。該電路完全可以滿足圖像信號的連續(xù)采集,，無線傳輸圖像信號，顯示單色位圖,，振鈴呼叫的樓宇無線可視對講電路的實用要求,。本文的創(chuàng)新點在于把低速單片機應(yīng)用于數(shù)據(jù)量大的圖像信號采集和圖像短距離無線傳輸上。在設(shè)計中，圖像信號的實時性處理將成為以后需要努力研究的方向,。