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。可視對講門禁系統(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計的最新款GB3188。該機以出眾的整體設計與優(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)大學崔振碩士設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)大學孟利民教授設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。該設計優(yōu)點是在單張拍攝的基礎上,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 硬件電路設計
2.1 主控制器的電路設計
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。收到從機的應答信號和準備就緒信號后,主機在設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)等的設定,在設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設置為方式2,串口設置為工作方式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答地址后,確認地址是否相符,如果地址不符,則發(fā)復位信號;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。