摘 要： 在分析家居title="門禁系統(tǒng)">門禁系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)上,，結(jié)合實(shí)際情況,，提出了基于家庭自動(dòng)化專用modem ST7537HS1和AT89C51單片機(jī)的多功能可視對(duì)講門禁系統(tǒng)的總體方案與系統(tǒng)構(gòu)成，并討論了系統(tǒng)的硬件組成,、工作原理及其軟件實(shí)現(xiàn)方法,。該系統(tǒng)利用現(xiàn)有的220 V電力線作為通信總線，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸線路與動(dòng)力線路的合二為一,。
關(guān)鍵詞： 可視對(duì)講,；門禁；ST7537HS1,；電力線載波,；指紋識(shí)別
隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，可視對(duì)講系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代城市新建小區(qū)的居民樓中,，它可以較好地改善現(xiàn)代居民居住環(huán)境的安全問(wèn)題,。但是對(duì)于那些老小區(qū)，原來(lái)施工建設(shè)時(shí)并沒(méi)有考慮設(shè)置門禁系統(tǒng),，如何較好地保障這些小區(qū)居民的良好環(huán)境和安全就成了一個(gè)急需解決的問(wèn)題,。
目前比較流行的門禁系統(tǒng)大都采用485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，少部分廠家采用了抗干擾能力較強(qiáng)的工業(yè)控制總線(如CAN等)[1],。這些總線方式最大的問(wèn)題就是必須重新布線,，這給安裝工作帶來(lái)了很大麻煩，成本也比較高,。本設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有的電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸,，實(shí)現(xiàn)了一套具有指紋識(shí)別、智能開鎖,、可視對(duì)講,、語(yǔ)音留言、智能報(bào)警的多功能家居門禁系統(tǒng)。
1 ST7537HS1調(diào)制解調(diào)器簡(jiǎn)介[2]
家庭自動(dòng)化調(diào)制解調(diào)器ST7537HS1是用模擬CMOS技術(shù)制作的,，在半雙工模式中利用載頻123.45 kHz傳送和接收數(shù)據(jù)的家庭專用調(diào)制解調(diào)器,，它的速率可達(dá)1 200 b/s。由于移幅鍵對(duì)噪聲和擴(kuò)頻很敏感,，線路復(fù)雜,、價(jià)格昂貴，所以ST7537利用移頻鍵來(lái)傳輸,。把從電力線過(guò)來(lái)的傳輸和接收數(shù)據(jù)所必須的各種功能塊都包含在芯片上,，除了這個(gè)集成電路以外，外部器件僅需有線驅(qū)動(dòng)器,、變壓器,，再加上準(zhǔn)備和解釋數(shù)據(jù)信息的微控制器。傳輸數(shù)據(jù)與額定內(nèi)部信息數(shù)據(jù)以1 200 b/s異步進(jìn)入FSK調(diào)制器,。在調(diào)制器中,，數(shù)據(jù)變換為2個(gè)頻率(133.05 kHz表示“0”，131.85 kHz表示“1”),，這2個(gè)頻率由廉價(jià)的頻率為11.059 2 MHz的晶振產(chǎn)生,。
在發(fā)送部分，從FSK調(diào)制器來(lái)的調(diào)制信號(hào)經(jīng)開關(guān)電容帶通濾波器濾波后限制輸出頻譜和減少諧波器件的輸出電平,。傳輸通道最后需要一個(gè)從電源放大器發(fā)出反饋信號(hào)的運(yùn)算放大器,。
在接收部分，進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)入RAI輸入口后,，信號(hào)被開關(guān)電容帶通濾波器首次濾波,。這個(gè)濾波器以載頻為中心，帶通范圍大約為12 kHz,。濾波器的輸出信號(hào)以20 ｄB增益級(jí)放大,，放大了的信號(hào)進(jìn)入混頻器進(jìn)行降頻變頻。最后,，中心頻率為5.4 kHz的中頻帶通濾波器使信號(hào)在進(jìn)入FSK解調(diào)器前改善了信噪比,，此中頻濾波器輸出口通過(guò)一個(gè)能取消接收信道偏移的外部電容與FSK解調(diào)器入口相連。此外,，ST7537還有2個(gè)重要的功能：載波檢測(cè)和監(jiān)控功能,。
2 系統(tǒng)概述[3]
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
可視對(duì)講門禁系統(tǒng)是一個(gè)基于多單片機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。
由系統(tǒng)框圖可以看出,，系統(tǒng)主要由門口機(jī)和室內(nèi)機(jī)組成，門口機(jī)和室內(nèi)機(jī)之間通過(guò)電力線通信,。安裝該裝置時(shí),，只需將電力線接口模塊插到電網(wǎng)中即可使用,，簡(jiǎn)單方便，無(wú)需重新布線,。
2.2 系統(tǒng)的工作過(guò)程
系統(tǒng)的工作過(guò)程為：當(dāng)來(lái)人在樓宇入口通過(guò)室外機(jī)按下住戶房號(hào)鍵時(shí),，控制器將其轉(zhuǎn)變成ID碼發(fā)送給室內(nèi)機(jī)，室內(nèi)機(jī)接收到與自己相同的ID碼后進(jìn)入工作狀態(tài),，控制電子門鈴產(chǎn)生鈴聲,，同時(shí)開放可視對(duì)講,，并且對(duì)視頻信號(hào)和音頻信號(hào)進(jìn)行30 s定時(shí),。若主人不在家，則30 s后啟動(dòng)模擬摘掛機(jī)電路并播放提示音提示訪客留言,；若通過(guò)視頻辨認(rèn)不接見來(lái)人,，則關(guān)閉視頻及音頻信號(hào)；若決定接見來(lái)人,，則摘機(jī),。若室內(nèi)機(jī)檢測(cè)到已經(jīng)摘機(jī)，則終止30 s定時(shí)進(jìn)入通話狀態(tài),。主人的話音通過(guò)室內(nèi)機(jī)的麥克風(fēng)傳輸?shù)介T口機(jī)的通話控制模塊處理后送揚(yáng)聲器,；而來(lái)人的話音則通過(guò)門口機(jī)的麥克風(fēng)傳輸?shù)绞覂?nèi)機(jī)通話控制模塊后送揚(yáng)聲器，完成通話,。主人若接見來(lái)人,，則按下開鎖鍵，室內(nèi)機(jī)檢查到后,，輸出開鎖信號(hào)到門口機(jī)的開鎖模塊,，電控鎖動(dòng)作，門被打開,。主人掛機(jī),，室內(nèi)機(jī)檢測(cè)到掛機(jī)信號(hào)，則輸出關(guān)閉視頻及音頻信號(hào),，復(fù)位到初始狀態(tài),。
除以上基本功能外，系統(tǒng)還具備語(yǔ)音留言,、指紋開鎖,、智能報(bào)警和設(shè)置無(wú)人狀態(tài)等功能。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1 硬件設(shè)計(jì)
3.1.1 門口機(jī)設(shè)計(jì)
門口機(jī)安裝在樓宇的入口處,，如圖2所示,。具有指紋開鎖、呼叫按鍵,、對(duì)講,、攝錄像等功能,，它以AT89C51單片機(jī)作為核心，配以指紋識(shí)別[4],、視頻采集與控制,、矩陣按鍵、電力線接口,、電控開鎖等模塊組成,。系統(tǒng)采用TI公司的定點(diǎn)DSP芯片TMS320C642完成指紋信息的采集、預(yù)處理和識(shí)別,。指紋傳感器采用FPS2000,。視頻采集的攝像頭選用CCD(Chang-Coupled Device)攝像頭，工作電壓為12 V直流電壓,，由系統(tǒng)電源供電,，裝在單元樓門特制的防護(hù)門上。矩陣按鍵選用3×4行列式非編碼鍵盤,，用鍵盤掃描方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)單元12個(gè)住戶按鍵的選擇控制,，從而控制相應(yīng)繼電器的閉合和斷開，實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)和音頻信號(hào)的采集傳輸,。用戶可以通過(guò)指紋開鎖,，也可通過(guò)室內(nèi)機(jī)發(fā)送開鎖信號(hào)實(shí)現(xiàn)開鎖。
3.1.2 室內(nèi)機(jī)設(shè)計(jì)
室內(nèi)機(jī)安裝在用戶室內(nèi),，具有對(duì)講,、圖像顯示、報(bào)警,、錄放音,、電控開鎖等功能如圖3所示。主要由視頻顯示模塊,、電控開鎖,、語(yǔ)音通路、語(yǔ)音錄放,、模擬摘掛機(jī)和振鈴電路,、報(bào)警模塊等幾部分組成。視頻顯示采用7″彩色液晶顯示,。語(yǔ)音錄放使用ISD25120完成播放語(yǔ)音提示和留言信息存儲(chǔ),。當(dāng)家中無(wú)人時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)模擬摘掛機(jī)并自動(dòng)播放語(yǔ)音提示訪客留言,。當(dāng)系統(tǒng)掛機(jī)后來(lái)客長(zhǎng)時(shí)間在門口逗留可發(fā)出報(bào)警音,。
3.1.3 電力線接口模塊設(shè)計(jì)[2]
電力線接口模塊由線驅(qū)動(dòng)器和線接口組成，其主要功能為：
(1)發(fā)送模式中,，將ST7537送來(lái)的傳送信號(hào)(ATO)放大和濾波,；
(2)接收模式中,，從電力線給ST7537的接收口提供接收信號(hào)；
(3)有抵制尖峰脈沖和過(guò)載的保護(hù)電路,。
電力線接口模塊框圖如圖4所示,。
圖4中，線驅(qū)動(dòng)器起放大ST7537的輸出信號(hào)（ATO）的作用,。為了使線驅(qū)動(dòng)器適用于電力線,，使用了線接口。在線接口中,，使用了變壓器,，其功能為：
(1)把其他電路與電力線隔離開；
(2)把傳輸信號(hào)送到電力線上去,；
(3)從電力線中提取出接收信號(hào),；
(4)濾除傳輸信號(hào)中的諧波,。
電力線接口模塊的電路原理圖如圖5所示,。
圖中復(fù)合晶體管Q6、Q4,、Q3,、Q1組成推挽式放大器。電阻R1,、R8可使放大器獲得最佳性能,。當(dāng)RX/TX=0(接收模式)時(shí)，ST7537輸出信號(hào)PABC=1和PABC=0使雙極型晶體管Q5和Q6截止,，切斷了功率放大器的電源,，功放不工作。
變壓器由1個(gè)主繞組和2個(gè)副繞組組成,。繞組比例為4：1：1,，其參數(shù)為：L1繞組9.4μH；L2繞組140 μH,；C4=7.2 nF(在實(shí)際工作中選擇6.8 nF最接近這個(gè)值),。為了防止非線形畸變，C11的線性必須非常好,，C12濾除從電力線過(guò)來(lái)的50/60 Hz的信號(hào),，并有短路保護(hù)功能。當(dāng)相位不知時(shí), 使用附加電容C13加到C12上去,，組成放電回路,，避免發(fā)生觸電危險(xiǎn)。
為了避免尖峰信號(hào)對(duì)電路的破壞,，采用了一個(gè)雙向穩(wěn)壓管,，當(dāng)電壓值等于大于穩(wěn)壓管電壓時(shí),，穩(wěn)壓管就會(huì)短接到地，從而保護(hù)接口電路的器件不會(huì)被燒壞,。
系統(tǒng)主電源采用220 V交流供電,，經(jīng)過(guò)變壓器、二極管等器件組成整流穩(wěn)壓電路后,，輸出 12 V/2 A直流電,，對(duì)用戶分機(jī)和門口機(jī)進(jìn)行供電。同時(shí)還配置有不間斷電源,，在遇到短時(shí)間的停電時(shí)仍能保證可視對(duì)講門口機(jī)的正常使用,。
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用單片機(jī)匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，分室內(nèi)機(jī)和門口機(jī)兩部分,，由系統(tǒng)不同狀態(tài)的處理和切換組成,，主要實(shí)現(xiàn)待機(jī)、信號(hào)采集,、開鎖控制,、語(yǔ)音錄放、報(bào)警等功能[5],。指紋識(shí)別采用專門的DSP芯片完成,。門口機(jī)和室內(nèi)機(jī)的程序流程圖如圖6所示。
該可視對(duì)講門禁系統(tǒng)采用了ST7537家庭自動(dòng)化調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)了信號(hào)在電力線中的傳輸,，不需要另外鋪設(shè)通信線路,，也不占用頻帶，是一種現(xiàn)有條件下實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講門禁的簡(jiǎn)單有效方法,。
參考文獻(xiàn)
[1] 俞紅杰,，王涌.基于CAN總線的可視對(duì)講系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].江西科學(xué)，2007,，2(1)：62-64.
[2] ST7537HS1 home automation modem SGS-THOMSON microelectronics,，1995.
[3] 陳小東.住宅小區(qū)帶門禁可視對(duì)講系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述[J].山西建筑，2008,，8(23)：182-183.
[4] 陳偉立,，韓成浩.基于指紋識(shí)別技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)式門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(3)：78-80.
[5] 李太玲.對(duì)講系統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),，2008 (1).
[6] 張毅剛.MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].黑龍江哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,，1997.