基于單片機(jī)的樓宇直按可視對(duì)講門(mén)鈴系統(tǒng)
摘要: 該門(mén)鈴系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C2051作為控制核心,配以視頻采集調(diào)理,、呼叫鈴音產(chǎn)生調(diào)理,、主機(jī)鍵盤(pán),、音頻輸入后置調(diào)理,、開(kāi)鎖及控制,、音頻輸出前置調(diào)理,、呼叫檢測(cè),、視頻及音頻控制,、摘掛機(jī)檢測(cè)等模塊組成。
Abstract:
Key words :
城市居民樓單元入口大多數(shù)是敞開(kāi)著的,,這方便了居民的進(jìn)出,,但同時(shí)也給居民的生活帶來(lái)了諸多的不便,。例如,由于任何人都可隨意進(jìn)入居民樓道內(nèi),,因此在居民樓道內(nèi)我們隨處能看到貼于墻上或樓梯臺(tái)階上的各類(lèi)紙質(zhì)廣告,,也能看到印刷于墻上或樓梯臺(tái)階上的各類(lèi)廣告,這既影響了樓道內(nèi)的衛(wèi)生,,更影響了樓道的美觀,。本文介紹的樓宇防盜直按可視對(duì)講門(mén)鈴系統(tǒng)很好的解決了這些問(wèn)題,該系統(tǒng)特別適于居民樓單元入口處防盜門(mén)安裝使用,。
1 樓宇直按可視對(duì)講門(mén)鈴系統(tǒng)工作原理
圖1為其工作原理框圖,。該門(mén)鈴系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C2051作為控制核心,配以視頻采集調(diào)理,、呼叫鈴音產(chǎn)生調(diào)理,、主機(jī)鍵盤(pán)、音頻輸入后置調(diào)理,、開(kāi)鎖及控制、音頻輸出前置調(diào)理,、呼叫檢測(cè),、視頻及音頻控制、摘掛機(jī)檢測(cè)等模塊組成,。當(dāng)來(lái)人按下房號(hào)鍵時(shí),,呼叫鈴音產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的鈴音信號(hào)經(jīng)鈴音調(diào)理模塊調(diào)理后,一路經(jīng)主機(jī)音頻輸入調(diào)理模塊調(diào)理送喇叭供來(lái)人聽(tīng)鈴音,;另一路經(jīng)房號(hào)鍵送分機(jī)喇叭產(chǎn)生呼叫主人的鈴音,,同時(shí)送入呼叫檢測(cè)模塊,AT89C2051通過(guò) P17腳檢測(cè)到門(mén)鈴呼叫信號(hào),,其P16腳輸出啟動(dòng)視頻及音頻信號(hào)到視頻及音頻控制模塊,,同時(shí)進(jìn)行30s定時(shí)。若主人不在家或通過(guò)辨認(rèn)不接見(jiàn)來(lái)人,,則30s 后P16腳輸出關(guān)視頻及音頻信號(hào),;若決定接見(jiàn)來(lái)人,則摘機(jī),。AT89C2051通過(guò)P33腳檢測(cè)到已摘機(jī),,則終止30s定時(shí)進(jìn)入通話。主人的話音音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)前置調(diào)理模塊調(diào)理后,,由AI/O線傳到主機(jī)音頻輸入調(diào)理模塊調(diào)理后送喇叭供來(lái)人聽(tīng)話,,而來(lái)人的話音音頻信號(hào)經(jīng)前置調(diào)理模塊調(diào)理后混入AI/O線,由分機(jī)音頻調(diào)理模塊從AI/O線取出調(diào)理后送耳機(jī)發(fā)聲,,完成通話,。主人通過(guò)通話詢(xún)問(wèn)并從顯示器中觀察來(lái)人,,決定接見(jiàn)則按下開(kāi)鎖鍵,AT89C2051檢查到后其P15腳輸出開(kāi)鎖信號(hào)到開(kāi)鎖控制模塊,,經(jīng)AI/O線送到門(mén)口主機(jī)的開(kāi)鎖模塊,,控制防盜門(mén)電控鎖動(dòng)作,門(mén)被打開(kāi),。主人掛機(jī),,AT89C2051通過(guò)P33 腳檢測(cè)到掛機(jī),則P16腳輸出關(guān)視頻及音頻信號(hào),,恢復(fù)收鈴狀態(tài),。另外,主人還可按主動(dòng)監(jiān)視鍵,,來(lái)顯示來(lái)人或查看門(mén)外的情況,。
2 樓宇直按可視對(duì)講門(mén)鈴系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
圖2所示為該樓宇直按可視對(duì)講門(mén)鈴系統(tǒng)硬件電路原理圖。
2.1 呼叫鈴音產(chǎn)生調(diào)理模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
鈴音信號(hào)可用軟件或硬件模擬合成,,也可用集成音樂(lè)片,。經(jīng)綜合考慮,選用可用于線性放大器和RC振蕩器的六反相器4069,、配以圖2 a中R1~R11,、C1~C4、Q1(9014),、Q4(A940),、D2來(lái)模擬合成鈴音信號(hào)。其中C1,、C2串聯(lián)得到0.5μ電容,,與R1、R2及 4069的1,、2兩個(gè)反相器構(gòu)成RC振蕩電路以產(chǎn)生合成鈴音的所需的信號(hào),,該信號(hào)經(jīng)4069第3個(gè)反相器反相,R3限流送Q1的b極,,放大后的信號(hào)一路由 Q1的e極輸出并經(jīng)R5,、R6和4069第6個(gè)反相器組成的線性放大器放大后,與Q1的c極輸出的一路放大信號(hào)混合,,再經(jīng)4069第5個(gè)反相器反相,,然后與C3從Q1的e極取得的另一路信號(hào)混合,最后由4069第4個(gè)反相器反相得到合成的模擬鈴音信號(hào)輸出,。Q4,、R7~R11、C4,、D2為4069提供工作電源,。當(dāng)無(wú)房號(hào)鍵按下時(shí),,限流電阻R8斷路,因R7的偏壓,,Q4截止,;當(dāng)按下房號(hào)鍵時(shí),Q4導(dǎo)通,,c極輸出電壓,,一路經(jīng)R9、R10分壓,,C4濾波提供 4069的工作電壓,,起到了保護(hù)4069的作用;另一路經(jīng)D2單向截止,,R11降壓后提供呼叫時(shí)LM386等的工作電壓,。
為提高輸出鈴音信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力和傳輸距離,設(shè)計(jì)了圖2a中由限流電阻R12~R14,、Q2(9015),、Q3(8050)、D1,、C5,、C7組成的鈴音調(diào)理模塊。當(dāng)按下房號(hào)鍵時(shí),,鈴音信號(hào)經(jīng)R12限流后由Q2的e極輸入,c極輸出到Q3的b極進(jìn)行放大后從Q3的c極輸出,,一路由C5取出,,經(jīng) LM386再次放大后送主機(jī)喇叭供來(lái)人聽(tīng)呼叫鈴音;另一路由C7取出混入HJK線,,經(jīng)按下的房號(hào)鍵直接送分機(jī)喇叭產(chǎn)生呼叫主人的鈴音,。D1起單向截止作用。
2.2 主機(jī)鍵盤(pán),、呼叫及摘掛機(jī)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
主機(jī)鍵盤(pán)所有房號(hào)鍵的一端連主機(jī)的HJK,,另一端各自連對(duì)應(yīng)分機(jī)的X0X。為便于來(lái)人在光線暗淡或夜間辨認(rèn)房號(hào)鍵,,設(shè)計(jì)了由發(fā)光二極管LED構(gòu)成的鍵盤(pán)光源系統(tǒng),。其控制電路由圖2a中的Q5(A940)、限流電阻R15和R16,、偏壓光敏電阻RS構(gòu)成,。當(dāng)光線強(qiáng)時(shí),RS阻值很小,,Q5截止,,LED不發(fā)光,,降低了功耗。當(dāng)光線暗時(shí),,RS阻值很大,,Q5的c極輸出電壓,LED發(fā)光,。設(shè)計(jì)時(shí)每個(gè)LED并聯(lián),,這雖增加了主機(jī)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,但解決了同類(lèi)產(chǎn)品因LED串聯(lián),,一個(gè)損壞,,其余均不能再提供光源的缺陷。
設(shè)計(jì)的呼叫檢測(cè)模塊由圖2b中的D1,、R2,、R3、C1,、Q1(9014)及AT89C2051的P17 腳及其上拉電阻R1構(gòu)成,。當(dāng)來(lái)人按下房號(hào)鍵,由X0X線傳來(lái)的門(mén)鈴呼叫信號(hào)一路經(jīng)喇叭發(fā)出門(mén)鈴呼叫音,,另一路經(jīng)過(guò)D1反向截止,,R3與C1組成的充放電電路,由R2驅(qū)動(dòng)Q1導(dǎo)通,,使AT89C2051的P17腳的電平由高變低,,完成呼叫檢測(cè)。設(shè)計(jì)的摘掛機(jī)檢測(cè)模塊由圖2b中的壓鍵開(kāi)關(guān),、AT89C2051 的P33腳及其上拉電阻R6組成,,一旦摘機(jī),壓鍵開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài),,P33腳的電平由高變低,,完成摘機(jī)檢測(cè)。反之,,完成掛機(jī)檢測(cè),。
2.3 視頻采集調(diào)理模塊和視頻及音頻控制模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
視頻采集調(diào)理模塊選用工作電壓為DC12V,內(nèi)部自帶視頻調(diào)理的CCD攝像頭模塊,,其輸出視頻信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn),,直接由圖2a中的C18取出后送VI線,無(wú)需其它外圍電路,,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì),。
設(shè)計(jì)的視頻及音頻控制模塊由圖2b中的Q4~Q6(9014)、Q7(A940),、限流電阻R10~R15,、偏壓電阻R16,、D3~D5、繼電器,、 AT89C2051的P16腳及其上拉電阻R9組成,。視頻顯示器選用工作電壓為15V的國(guó)產(chǎn)4寸黑白扁平顯像管模塊。為控制VI線輸入的視頻信號(hào),,設(shè)計(jì)時(shí)選用單刀雙擲電磁繼電器并利用其常開(kāi)觸點(diǎn),,R15對(duì)繼電器線圈起限流保護(hù),D3起續(xù)流保護(hù),。待機(jī)時(shí),,P16腳輸出高電平,Q4導(dǎo)通,,Q5~Q7截止,。當(dāng) AT89C2051檢測(cè)到呼叫信號(hào)或按主動(dòng)監(jiān)視鍵時(shí),P16腳輸出低電平,,Q4截止,,Q5導(dǎo)通使Q7導(dǎo)通,V+線送來(lái)的18V直流電源經(jīng)Q7的c極輸出,,一是提供繼電器線圈工作電壓和視頻顯示器15V穩(wěn)壓片的輸入電源,;一是經(jīng)D4單向截止提供音頻模塊輸入電源,再經(jīng)D5單向截止由VK線給主機(jī)的攝像頭和音頻模塊提供輸入電源,。Q6導(dǎo)通,,繼電器吸合給視頻顯示器提供視頻信號(hào)。
2.4 開(kāi)鎖及其控制模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
開(kāi)鎖模塊由圖2a中的3V穩(wěn)壓管Z1,、限流電阻R37和R38,、Q8(2073)、Q9和Q10(9014)組成,。開(kāi)鎖控制模塊由圖2b中的壓鍵開(kāi)關(guān)、限流電阻R7和R8,、Q2和Q3(9014),、AT89C2051的P15腳及其上拉電阻R6構(gòu)成。待機(jī)時(shí),,即使摘機(jī)使壓鍵開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài),,但P15腳輸出高電平,Q2導(dǎo)通,,Q3截止,。因AI/O線上的直流電壓高于Z1的穩(wěn)定電壓3V,Z1被擊穿,,其反向擊穿電流使Q10導(dǎo)通,,從而使Q9的b極對(duì)地短路而導(dǎo)致Q8截止,,電控鎖線圈無(wú)電流輸入,防盜門(mén)處于上鎖狀態(tài),。來(lái)人呼叫后,,主人摘機(jī)并按下開(kāi)鎖鍵,P15腳輸出低電平使Q2截止,,Q3導(dǎo)通,,AI/O接地,Z1無(wú)反向擊穿電流輸出,,Q10截止,,Q9導(dǎo)通使Q8導(dǎo)通,其c極連接的18V直流電源由e極輸出給電控鎖線圈,,電控鎖動(dòng)作,,打開(kāi)防盜門(mén),完成開(kāi)鎖,。
2.5 輸出音頻前置調(diào)理模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
聲電轉(zhuǎn)換選用了靈敏度高的駐極體傳聲器,,但經(jīng)傳聲器轉(zhuǎn)換形成的音頻電壓信號(hào)較弱,不宜直接傳輸,,為此需設(shè)計(jì)音頻前置調(diào)理模塊,。為降低成本,采用三極管9014進(jìn)行兩級(jí)調(diào)理,。主機(jī)聲電轉(zhuǎn)換電路及音頻前置調(diào)理模塊由圖2a中的Q6,、Q7、R31,、R18~R27,、C12~C14及傳聲器構(gòu)成。由VK線上送來(lái)的受控電源經(jīng)R18~R20分壓,,C12濾波為傳聲器提供工作電壓,。傳聲器轉(zhuǎn)換成的音頻信號(hào)經(jīng)C13耦合到Q6的b極放大后,由c極直接輸出到Q7的 b極再次放大后,,由C14從Q7的e極取出經(jīng)R31混合到AI/O線,,經(jīng)分機(jī)后置調(diào)理模塊取出調(diào)理后送耳機(jī),供主人聽(tīng)話,。另外該信號(hào)還送入主機(jī)后置音頻調(diào)理模塊調(diào)理后供來(lái)人聽(tīng)自己說(shuō)話,。模塊中R21~R25為Q6、Q7的直流限流電阻,,R26,、R27分壓為Q6提供b極工作電壓。
分機(jī)聲電轉(zhuǎn)換電路及音頻前置調(diào)理模塊由圖2b中的R27~R35、Q8,、Q9,、C9~C11及傳聲器組成。其原理與主機(jī)的相同,,C9濾掉音頻信號(hào)的高頻部分,,放大后的音頻信號(hào)由Q8的c極輸出經(jīng)R32混合到AI/O線,經(jīng)主機(jī)后置調(diào)理模塊取出調(diào)理后送喇叭,,供來(lái)人聽(tīng)話,。
2.6 輸入音頻后置調(diào)理模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
輸入的音頻信號(hào),因傳輸衰減需再次調(diào)理,,為此需設(shè)計(jì)后置調(diào)理模塊,。設(shè)計(jì)時(shí),可選集成運(yùn)放或?qū)S靡纛l集成放大器,。這里選用了可用于音頻信號(hào)放大的集成雙運(yùn)放082D和專(zhuān)用音頻集成放大器LM386來(lái)設(shè)計(jì),。設(shè)計(jì)的主機(jī)輸入音頻后置調(diào)理模塊由圖2a中082D的第一個(gè)運(yùn)放、R28~R36,、LM386,、 C8~C11、C15~C17組成,。由VK線送來(lái)的受控電源一路經(jīng)C15,、C16濾波,R33,、R34分壓提供082D反相端和同相端直流工作電壓,,另一路經(jīng)R28降壓,C10,、C11濾波后提供LM386的工作電壓,。R35、R31,、R32與082D的第一個(gè)運(yùn)放接成雙端輸入求和運(yùn)放作為第一級(jí)調(diào)理,。輸入音頻信號(hào)經(jīng)R30濾直流后,由082D的同相端輸入,,經(jīng)第一級(jí)調(diào)理后由R36限流C17耦合,,再經(jīng)R29和C8濾波后,由LM386的3腳輸入,,經(jīng)過(guò) 20倍放大后由5腳輸出,由C9耦合到喇叭發(fā)聲,。
設(shè)計(jì)的分機(jī)輸入音頻后置調(diào)理模塊由圖2b中的082D,、C5~C8、R20~R27組成,。082D的第一個(gè)運(yùn)放與R24~R27構(gòu)成雙端輸入求和運(yùn)放作為第一級(jí)調(diào)理,,輸入音頻信號(hào)經(jīng)C8從AI/O線取出送第一級(jí)調(diào)理的同相端調(diào)理后,,由C6耦合到由082D的第二個(gè)運(yùn)放、R22,、R23,、C7組成的第二級(jí)比例運(yùn)放的同相端進(jìn)行調(diào)理,最后由C5耦合到耳機(jī)發(fā)聲,。其中第一級(jí)運(yùn)放直流工作電壓由Q8的e極提供,,第二級(jí)運(yùn)放同相端直流工作電壓由R20、R21 分壓提供,。
3 樓宇直按可視對(duì)講門(mén)鈴室系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
單片機(jī)軟件主要完成門(mén)鈴呼叫信號(hào),、摘掛機(jī)、按鍵檢測(cè)及相應(yīng)控制信號(hào)的輸出,,完成來(lái)人呼叫后及主動(dòng)監(jiān)視30s定時(shí)等功能,。用MCS-51語(yǔ)言編寫(xiě)的程序如下:
ORG 0000H
MAIN: MOV SP,#65H
HP: CLR 24H ;清呼叫標(biāo)志位
JNB P3.3,MONK ;摘機(jī)呼叫無(wú)效
JB P1.7,MONK ;呼叫檢測(cè)
SETB 24H ;置呼叫標(biāo)志位
LJMP DSH30s
MONK: JB P1.3,HP ;主動(dòng)監(jiān)視檢測(cè)
DSH30s: CLR P1.6 ;允許對(duì)講和視頻顯示
MOV 75H,#40 ;30s定時(shí)
DSH: MOV 76H,#150
DSH1: JNB 24H,DLY ;呼叫定時(shí)判斷
JNB P3.3,SPK ;摘機(jī)檢測(cè),若摘機(jī)則轉(zhuǎn)允許通話
DLY: CALL DELY5ms ;調(diào)5ms定時(shí)
DJNZ 76H,DSH1
DJNZ 75H,DSH
CVS: SETB P1.6 ;定時(shí)到,未摘機(jī)則關(guān)視頻和對(duì)講
LJMP HP
SPK: CLR 24H
UNLK: JB P1.4,HP1 ;開(kāi)鎖檢測(cè)
CLR P1.5 ;輸出開(kāi)鎖信號(hào)
CALL DELY5ms
SETB P1.5 ;恢復(fù)通話
HP1: JNB P3.3,UNLK ;掛機(jī)檢測(cè)
LJMP CVS
DELY5ms: MOV 73H,#13 ; 5ms定時(shí)
DLY1: MOV 74H,#191
DJNZ 74H,$
DJNZ 73H,DLY1
RET
4 結(jié)束語(yǔ)
該門(mén)鈴系統(tǒng)在唐山市唐海縣等地安裝并經(jīng)長(zhǎng)期使用表明:其操作簡(jiǎn)便,,與同類(lèi)產(chǎn)品或其它非單片機(jī)控制產(chǎn)品相比,,具有可靠性好,故障率低,,綜合性?xún)r(jià)比高,,一戶(hù)能同時(shí)安裝兩臺(tái)分機(jī),且具有呼叫后才能摘機(jī)通話和開(kāi)鎖等特點(diǎn),,這很好地解決了同類(lèi)產(chǎn)品或其它未使用單片機(jī)控制的產(chǎn)品在任何狀態(tài)下,,摘機(jī)即可通話、開(kāi)鎖,、視頻顯示以及來(lái)人可從室外主機(jī)的喇叭聽(tīng)到室內(nèi)發(fā)出的聲音等缺陷,。
參 考 文 獻(xiàn):
[1]夏方林,基于單片機(jī)AT89C51的單戶(hù)可視對(duì)講門(mén)鈴室內(nèi)分機(jī)的設(shè)計(jì),微計(jì)算機(jī)信息, 2004,10.
[2] AT89C2051單片機(jī)資料
[3] 王港元,電子技能基礎(chǔ),成都科技大學(xué)出版社,1999.
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