介紹了智能小區(qū)的門禁系統(tǒng),，即可視" title="可視">可視對(duì)講系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理以及軟、硬件的實(shí)現(xiàn)方式,；提出了針對(duì)智能小區(qū)可視對(duì)講系統(tǒng)的解決方案,。使用單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)與Lonworks" title="Lonworks">Lonworks結(jié)合的可視對(duì)講系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)485總線通信速率低,、通信距離短的缺陷,，提高了系統(tǒng)對(duì)總線以及監(jiān)控設(shè)備的兼容性。
隨著智能化住宅小區(qū)的出現(xiàn),，傳統(tǒng)的門鈴已經(jīng)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代的家庭,。人們希望通過一種新的方式來了解來客情況，同時(shí)確保自身的安全性,，減少不必要的麻煩,。因此各式各樣的門鈴悄然走進(jìn)千家萬戶。

從簡單的叫門工具,，到多功能、綜合型電器,，使用者的標(biāo)準(zhǔn)越來越高,，對(duì)講系統(tǒng)已成為現(xiàn)代多功能,、高效率現(xiàn)代化住宅的重要保障。隨之而生的樓宇對(duì)講系統(tǒng),，也隨著城市住宅小區(qū)的建設(shè)和發(fā)展,，不斷地推陳出新。從最初的普通單元門對(duì)講,，到可視單元門對(duì)講,，發(fā)展到聯(lián)網(wǎng)管理，智能樓宇對(duì)講系統(tǒng)已成為一種兼容性強(qiáng)大的綜合系統(tǒng),?？梢哉f，智能樓宇對(duì)講系統(tǒng)不僅僅是方便住戶和訪客的電控門系統(tǒng),，也是小區(qū)物業(yè)管理和安防管理必不可少的有效手段,，是現(xiàn)代化住宅小區(qū)必不可少的設(shè)施。

1 Lonworks總線技術(shù)

一般的可視對(duì)講系統(tǒng)大多由單片機(jī)與RS-485總線構(gòu)成,，雖然成本低,，但受到RS-485總線的限制，在無中繼的情況下,，通信距離不能太遠(yuǎn),，通信速率也不能太高，而采用中繼則會(huì)提高成本,，增大設(shè)計(jì)開發(fā)和施工維護(hù)的難度,。如果采用單純的Lonworks總線，又會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)對(duì)其他總線設(shè)備的兼容性,，增加開發(fā)成本和設(shè)計(jì)困難,。筆者采用基于單片機(jī)與Lonworks的可視對(duì)講技術(shù)，不僅可以克服以上缺點(diǎn),，而且能更好地發(fā)揮二者的優(yōu)勢,。整個(gè)系統(tǒng)由門口單元主機(jī)和戶內(nèi)可視分機(jī)組成，在網(wǎng)絡(luò)上視其為不同的通信節(jié)點(diǎn),。在普通的通信網(wǎng)絡(luò)中,，節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的訪問所采用的協(xié)議是不同的，而對(duì)于Lonworks網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的通信,，則只需要采用一種稱為LonTalk的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)語言實(shí)現(xiàn),。LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡(luò)上不同設(shè)備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。

LonTalk協(xié)議又稱為ANSI／EIA709．1控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),，它提供了一系列通信服務(wù),，使得設(shè)備中的應(yīng)用程序能夠在網(wǎng)絡(luò)上同其他設(shè)備發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文，而無需知道網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者網(wǎng)絡(luò)的名稱、地址,，或其他設(shè)備的功能,。LonTalk協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報(bào)文確認(rèn)、報(bào)文證實(shí)和優(yōu)先級(jí)發(fā)送,，以提供規(guī)定受限制的事務(wù)處理次數(shù),。對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持使得遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具能夠通過網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備相互作用，這包括網(wǎng)絡(luò)地址和參數(shù)的重新配置,、下載應(yīng)用程序,、報(bào)告網(wǎng)絡(luò)問題和啟動(dòng)／停止／復(fù)位設(shè)備的應(yīng)用程序。Lonworks系統(tǒng)可以在任何物理媒介上通信,，這包括電力線,、雙絞線、無線(RF),、紅外(IR),、同軸電纜和光纖。

同時(shí),，LonTalk支持在通信介質(zhì)上的硬件碰撞檢測,，LonTalk可以自動(dòng)地將正在發(fā)生碰撞的報(bào)文取消，重新再發(fā),。如果沒有碰撞檢測,，當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，只有得到響應(yīng)或應(yīng)答時(shí)才會(huì)重發(fā)報(bào)文,。Lonworks采用的是優(yōu)先級(jí)帶預(yù)測的p一堅(jiān)持CSMA算法來實(shí)現(xiàn)碰撞檢測,。實(shí)驗(yàn)表明，36個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián),，采用普通p一堅(jiān)持算法,，當(dāng)每秒要傳輸?shù)膱?bào)文達(dá)500～1 000包時(shí)，碰撞率由10％上升到54％,；而采用預(yù)測p-堅(jiān)持CSMA算法在500包以下時(shí)碰撞率很低,，在500～1 000包時(shí)，碰撞率穩(wěn)定在10％,。在網(wǎng)絡(luò)的MAC層中,，為提高緊急事件的響應(yīng)時(shí)間，必須提供一個(gè)可選擇的優(yōu)先級(jí)機(jī)制,，允許用戶為每個(gè)需要優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)特定的優(yōu)先級(jí)時(shí)間片(priority slot),。在發(fā)送過程中，優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)報(bào)文將在該時(shí)間片內(nèi)被發(fā)送,，優(yōu)先級(jí)時(shí)間片可分為0～127之間的任意登記,，低優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)需要等待的時(shí)間較長,。這個(gè)時(shí)間片加在p一概率時(shí)間片之前(即節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)等待時(shí)間之前)，非優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)必須等優(yōu)先級(jí)時(shí)間片完成后,，再等待P-概率時(shí)間片后發(fā)送,，這樣,，加入優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)具有更快的相應(yīng)時(shí)間,，從而也更能提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。

在智能小區(qū)的設(shè)計(jì)中,，采用Lonworks總線可以將眾多的控制線路和通信線路集成到廉價(jià)的雙絞線之上,，既節(jié)約了開發(fā)和施工成本，也方便了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和管理,。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)園區(qū),，采用星型分級(jí)網(wǎng)絡(luò)；對(duì)于較大型的小區(qū)通信系統(tǒng),，可以采用域的管理方式,。園區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。



                                        圖1 園區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

所有節(jié)點(diǎn)由AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)和神經(jīng)元芯片TMPN3150B1AF構(gòu)成核心模塊,，加上FTT一10A收發(fā)器和相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成,。神經(jīng)元芯片有11個(gè)I／O口，可由軟件靈活配置34種不同接口,，單片機(jī)較強(qiáng)的實(shí)時(shí)控制能力保證了數(shù)據(jù)間傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性,。整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，子網(wǎng)絡(luò)與子網(wǎng)絡(luò)通過Lonworks路由器進(jìn)行擴(kuò)張,。各節(jié)點(diǎn)通過Lonworks總線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信,，相互之間以雙絞線相連，通信速率為78 kb／s,，可視對(duì)講系統(tǒng)的視音頻模擬信號(hào)通過視音頻總線傳輸,。該方案采用2級(jí)總線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在同一系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行多個(gè)通話的功能,。同時(shí),，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息共享,。

3 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)是通過單片機(jī)和Lonworks聯(lián)合控制來實(shí)現(xiàn)的,。節(jié)點(diǎn)硬件原理圖如圖2所示。



                            圖2 節(jié)點(diǎn)硬件原理圖

(1)CPU,。節(jié)點(diǎn)的CPU采用工業(yè)級(jí)AT89S52和Neuron Chip家族的TMPN3150B1AF,，3150芯片不帶程序存儲(chǔ)空間，因而需要外接外部RAM,，存放包括LonTalk協(xié)議,、Neuron C庫函數(shù)和任務(wù)調(diào)度程序的系統(tǒng)映象，存放包括Neuron C編譯器產(chǎn)生的用戶應(yīng)用程序代碼和其他特定應(yīng)用參數(shù)的應(yīng)用映象。3150芯片有11個(gè)應(yīng)用I／O引腳,，這些引腳可以各種方式配置并提供具有最小外擴(kuò)電路的靈活I(lǐng)／O功能,，可通過軟件設(shè)置成34種可選的工作方式。在本系統(tǒng)中,，將其設(shè)置成方式2,，即位輸出(bit output)，用以控制繼電器構(gòu)成的視音頻切換器 ,。

(2)收發(fā)器,。選用Echelon公司的FTT-10A，通信速率為78 kb／s,，帶有變壓器隔離耦合和一個(gè)曼切斯特編碼器,，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

(3)程序存儲(chǔ)器,。選用Winbond公司的W27C512—45,，可以很方便地利用LonMaker來直接下載應(yīng)用映象，其大容量也為將來的功能擴(kuò)展提供了便利,。

由于采用了單片機(jī)與Lonworks技術(shù)相結(jié)合的辦法,，不僅兼容了戶內(nèi)傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備，同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)的通信效率和傳輸速率,，簡化了整個(gè)系統(tǒng),，減少了硬件出錯(cuò)的可能性，提高了系統(tǒng)的可靠性,，大大減輕了硬件設(shè)計(jì)的工作量,。

在工作流程上，一方面當(dāng)戶內(nèi)發(fā)生異常情況,，如產(chǎn)生超過正常濃度的煙霧以及門窗被非正常開啟等,，經(jīng)監(jiān)控設(shè)備所采集的相應(yīng)監(jiān)控信號(hào)將送入戶內(nèi)可視分機(jī)，經(jīng)51芯片判斷處理后送交神經(jīng)元芯片,，經(jīng)過收發(fā)器送上Lonworks網(wǎng)絡(luò),，并傳輸?shù)焦芾碇行倪M(jìn)行相應(yīng)的顯示和報(bào)警，從而方便小區(qū)管理人員及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施,；另一方面有訪客通過單元主機(jī)向戶內(nèi)發(fā)送請(qǐng)求,，則啟動(dòng)主機(jī)上CCD攝像頭，并使相應(yīng)的視頻切換繼電器吸合,，將訪客影像實(shí)時(shí)傳送到戶內(nèi)可視分機(jī)的顯示器上,，方便戶主辨別。當(dāng)戶主開啟與門口主機(jī)相連的電磁鎖時(shí),，切斷視頻連接,，釋放線路資源以便于其他訪客使用,。