智能楼宇课设.docx
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智能楼宇课设.docx
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智能楼宇课设
学科基础课群课程设计任务书
学生姓名:
王双双专业班级:
通信1105班
指导教师:
郭志强工作单位:
信息工程学院
题目:
楼宇对讲系统
初始条件:
1专业基础课群基础知识
2专业实验相关知识
3multisim、protel应用相关知识
要求完成的主要任务:
设计一个包括房间号输入键盘、编码、解码、呼叫振铃,双工语音通信的电
路系统。
时间安排:
序号
阶段内容
所需时间
1
方案设计
2天
2
硬件设计
3天
3
软件设计
3天
4
系统仿真
2天
5
系统调试
3天
6
答辩
1天
合计
14天
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
摘要
随着现代社会的越来越进步,很多人逐渐的住进了小区里,那么这时候小区的安全和保护就成了很多人关心的问题,于是,楼宇对讲系统就逐渐的进入了小区承担起了保护住户安全的重任。
我们所做的这份设计就是这样的一种楼宇对讲系统,这个系统由室内机和室外机两部分组成,主要应用单片机技术,通信技术和控制技术。
来访者在楼下门外通过键盘输入所要呼叫的住户号码来呼叫住户,主任则可以借此来与来访者通话,主人同意进入按下LOCK给来访者打开大门,从而实现智能控制。
这个系统简单实用,性能优异,操作简单,适合大多数人的需要。
关键词:
对讲系统,键盘,音频放大,PIC16C54C,LM386
Abstract
Withmoreandmoreprogressofmodernsociety,manypeoplegraduallyinthearea,sothistimethesafetyandprotectionhasbecomealotofpeoplecareabout,andthen,thecommunicationsystemofgraduallyenterthecompoundassumethetaskofprotectingresidentssafe.
Whatwedothisdesignissuchakindofthecommunicationsystem,thissystemconsistsoftwoparts,indoorandoutdoor,mainapplicationsingle-chipcomputertechnology,communicationtechnologyandcontroltechnology.Thevisitorsinthedownstairsoutsidethroughthekeyboardinputtoresidentsofthecallnumbertocallresident,director,canusethistocallwiththevisitor,masteragreedtoenterpressLOCKgavevisitorsopenedupthedoor,soastorealizeintelligentcontrol.Thesystemissimple,practical,andtheoutstandingperformance,simpleoperation,andsuitableforthemostpeopleneed.
Keywords:
talkbacksystem,thekeyboard,theaudioamplifier,PIC16C54C,LM386
目录
摘要I
AbstractII
目录III
1设计介绍1
1.1概述1
1.1.1系统的功能和原理1
1.1.2系统的组成和类型1
1.1.3系统优点2
1.1.4系统性能的完善和提高3
1.2系统设计原则3
1.3楼宇对讲系统市场情况4
1.4楼宇对讲系统发展趋势4
2无线可视对讲门铃总体方案的设计5
2.1系统的工作原理5
2.2系统设计结构7
2.2.1系统结构7
2.2.2功能简介8
3系统硬件电路设计9
3.1单元电路的选择9
3.1.1单片机的选用9
3.1.2双音多频收发器11
3.1.3模拟开关12
3.1.4无线收发机12
3.2控制模块的设计与实现14
3.2.1呼叫及摘挂机检测模块设计及实现14
3.2.2视频显示及控制模块设计及实现15
3.2.3开锁和音频信号输入/出控制模块设计及实现16
3.2.4音频信号放大处理模块设计及实现17
3.3系统总电路及工作原理19
3.4硬件可靠性及抗干扰设计20
3.4.1单片机对接收模块的干扰20
3.4.2供电系统的干扰21
3.4.3数字信号传输中的抗干扰措施22
3.4.4电路板设计中的元件布置抗干扰23
4系统软件工作流程与实现24
4.1系统信号处理24
4.2软件设计工作流程25
4.3软件程序设计28
4.4软件抗干扰设计28
5PCB板设计29
5.1PCB设计步骤29
5.2PCB抗干扰设计30
6小结体会34
7参考文献36
附录一室内机设计总电路图37
附录二室外机设计总电路图38
附录三PCB板设计图39
室内机39
室外机40
附录四元件清单41
室内机41
室外机43
附录五程序及注释45
室内机45
室外机46
附录六仿真结果48
1设计介绍
1.1概述
随着社会的发展,安全、舒适和先进的居住环境已成为现代化住宅小区(或智能化住宅小区)的基础,而住宅小区楼宇对讲系统则是营造这基础的一个重要组成部分。
住宅小区楼宇对讲系统有可视与非可视型。
系统把楼宇的入口、住户及小区物业管理部门(或保安人员)三方面的通讯包含在同一网络中,成为防止住宅受非法侵入的重要防线,有效的保护了住户的人身和财产安全。
1.1.1系统的功能和原理
楼宇对讲系统是采用单片机编程技术、双工对讲技术、CCD摄像及视频显像技术而设计的一种访客识别电控信息管理的智能系统。
楼门平时总处于闭锁状态,避免非本楼人员在未经允许的情况下进入楼内。
本楼内的住户可以用钥匙或密码开门自由出入。
当有客人来访时,客人需在楼门外的对讲主机键盘上按出被访住户的房间号,呼叫被访住户的对讲分机,接通后与被访住户的主人进行双向通话。
通过对话或图像确定来访的身份后,住户主人允许来访者进入,就用对讲分机上的开锁按键打开控制大楼入口门上的电控门锁,来访客人便可进入楼内。
来访客人进入后,楼门自动闭锁。
住宅小区物业管理部门通过小区对讲系统的工作情况进行监视。
如有住宅楼入口被非法打开,对讲系统会发出报警信号和显出报警内容及地点。
1.1.2系统的组成和类型
小区楼宇对讲系统的主要设备有对讲管理主机、门口主机、用户分机、电控门锁、多路保护器、电源等相关设备。
对讲管理主机设置在住宅小区物业管理部门的安全保卫值班室,门口主机设置安装在各住户大门内附近的墙上或台上。
系统可以按用户要求进行不同的配置,如在同一幢大楼中可视与非可视系统可同时共有等。
系统的类型主要有以下三种:
1.单户型:
具备可视或非可视对讲、遥控开锁、主动监控、使家中的电话(与市话连接)电视可与单元型可视对讲主机组成单元系统等功能,室内分台式机和扁平挂壁式两种。
2.单元型:
单元型可视或非可视对讲系统主机份直按式和拨号式两种。
直按式容量较少,有14、15、18、21、27、户型等,使用与十层以下的住宅楼,特点是一按就应,操作简单。
拨号式容量较大,多为256户到891户不等,适用与十层以上的高层建筑,特点是界面豪华,操作方式同拨号电话一样。
这两种系统均采用总线式布线,解码方式有露出解码或室内机解码两种方式,室内机一般与单户型的室内机兼容,均可实现可视或非可视对讲,遥控开锁等功能,并可挂接管理中心。
3.小区联网型:
采用区域集中管理,功能复杂,各厂家的产品均有主机的特色。
一般除具有可视或非可视对讲、遥控开锁等基本功能外,还能接收住户的各种技防探测器报警信息和紧急求助,能主动呼叫辖区内任一住户或群呼所有住户实行广播功能,有的还与三表(水、煤、电)抄送。
IC卡门禁和其他系统构成小区物业管理系统。
三种方式是从简单到复杂、分散到整体逐步发展的。
小区联网型系统是现代化住宅小区管理的种标志,是可视或非可视楼宇对讲系统的高级形式。
1.1.3系统优点
总线制,有自保护功能,极为可靠,维护方便。
分机为独立保护分机,短路等故障仅影响本分机而对本层其它用户不造成任何影响。
门口机与室内分机等,款式大方、美观、豪华。
系统具有安全性和抗破坏性:
因总线不进户基本杜绝总线短路机会,进户线短路不影响其他用户和系统;系统待机时总线及进户线均不带电;总线短路自动保护并有相应提示音;电控锁输出保护不烧线圈不怕短路;电源设交流在线指示,输出短路保护;多种电自动关机功能,节电又安全。
高度兼容性:
各系统分机性能一致均可互相使用,分机不用选号,安装更换方便,也给物业生活上省了不少麻烦。
简洁性:
非可视系统三芯总线二芯进户线,低功耗设计。
可维护性:
多种故障和错误自动声光提示。
准确快捷,即使不用万用表也可判断多数故障所在,一体化和模块化设计的部件更换简单方便。
1.1.4系统性能的完善和提高
以单元型可视对讲系统为例,从技术上,一般都采用以下措施来提高产品性能与档次:
1.采用认同红外拾取技术,人来自动上电,解压能源,延长寿命,增加可靠性。
2.具备夜视功能:
当外部光照降到一定程度时(或调节起控点,以适应不同使用环境),系统自动启动红外辅助光源照明(人眼不可见),帮助摄像机拾取清晰影像;同时启动键盘操作照明装置,一般以LED或白光灯以及荧光方式点亮键盘,以方便夜间操作。
3.低功能待机:
待机时CCD对讲电路处于休眠状态,系统功耗小于20mA,系统寿命大大延长。
4.双工对讲:
使语言清晰宏亮连贯;如采用特殊处理电路,声像串扰小、不自激、不失真。
5.采用总线式布线,使信号大大减少,走路工作量大大降低,且易标准化和施工。
另外,总线式的量一个特点是:
分户线上有隔离或保护装置,在总线没有破坏的情况下,某一用户分机损坏,不会影响系统正常使用。
6.还可采用最新数码语音技术,提供语音使用帮助或全程提示问候,使产品人性化,并可更换语音内容。
7.为适应以下系统升级需要,可视对讲系统应具有以下扩展功能:
可连接管理中心,组成小区区域联防系统;
可预设火灾、匪警、紧急求救等自动报警功能等。
1.2系统设计原则
1.采用先进、成熟/实用的技术。
在技术上要追求先进,使用是要简便实用。
2.系统应具备集中统一的管理能力,使物业管理提供方便。
根据我国现行的管理体制,公共安全管理是集中统一管理的,因此,要求系统应具有多级集中统一的管理中心,并实施科学化的管理,是安全防范技术发挥最佳效用。
3.系统应具有开发性。
可扩性。
兼容性和灵活性。
随着产品和技术的进步,系统也要不断的升级和提高。
因此,要求系统具有结构开放。
信息传输兼容性强。
终端互换性高、系统网络清晰和组网简单等特点。
4.系统设计和产品选择应标准化、规范化。
随着经济全球化进程的加快,先进的技术和设计思想将会不断被引进,与国际接轨乃大势所趋。
因此,系统设计和产品选择必须走标准化,规范化的道路。
5.系统本身的安全性、可靠性、容错性。
系统本身的安全性非常重要,应具有很强的防破坏能力。
由于系统面临用户的数量众多,设备的可靠性是非常重要的指标。
同时,用户的层次和素质不齐将导致系统在使用过程中产生误操作。
因此,要求系统具备有较强的容错性和自检功能。
6.合理的性能价格比。
在系统设计时,应多为用户着想,在上述前提下,尽量提高性能价格比。
1.3楼宇对讲系统市场情况
楼宇对讲系统在欧美国家、香港、台湾等地区已采用近20年,国内起步较晚,自1992年起,随着中国安防行业的兴起和房地产的发展,国外楼宇对讲系统开始进入中国市场。
通过十余年的发展,国内楼宇对讲企业迅速成长起来,并且占有了80%的国内市场,形成了一批品牌企业。
目前全国存在及百个可视对讲品牌,其中年销售额在500万以上的约30多家,但销售额上亿的仅亿两家。
据有关资料显示,2004年可视对讲产品中国内地市场总额将达到50亿,年递增速度约15%-30%,已形成初具规模的产业。
据对深圳市近300多家房地产楼盘的调查显示,深圳2004年开发的新楼盘,96%安装了安防系统。
由此显示,楼宇对讲系统,如今已成为房地产项目不可缺少的设备之一,市所有系统种安装率最高的系统。
楼宇可视对讲产品市场受房地产行业发展影响很大,中国作为发展种国家,房地产的发展以及智能楼宇概念的提出,必将带动楼宇对讲产品市场的快速发展。
但是,行业的发展仍然存在很多问题,比如,企业规模普遍小,如同仍然没有一家上市公司;产品技术含量低,同质化严重,价格战仍然是厂家的主要市场手段,导致行业利润过低等。
1.4楼宇对讲系统发展趋势
可视对讲行业发展到今天,产品从简单的通话、开锁等功能发展到现在有了简单的信息发布、防盗报警等功能,从黑白可视对讲发展到彩色可视对讲,应该说有了不小的进步。
但是,随着人民对小区的安防管理和物业管理要求的不断提高,楼宇对讲系统也将不断发展,从而不再是简单的对讲系统。
数字化发展,走向系统集成融合。
智能化发展,优化的,符合IT规律的系统结构。
2无线可视对讲门铃总体方案的设计
2.1系统的工作原理
图2-1所示为该可视对讲门铃室内分机的工作原理框图。
室外分机的原理图与此图类似。
本图中以单片机AT89C2051作为系统控制核心,配以呼叫检测模块、摘挂机检测模块、视频显示及控制模块、开锁和音频信号输入/控制模块、音频信号输入放大模块、音频信号输出前置放大模块以及按键组成。
图2-1室内分机的工作原理框图
当来访者按门铃开关传来呼叫主人的门铃信号时,AT89C2051的P1.7脚通过呼叫检测模块检测到门铃呼叫信号,其P1.4脚输出开启视频显示控制信号到视频显示及控制模块;其P1.6脚输出允许通话控制信号到音频控制模块,同时进行30s定时。
若主人不在家或通过辨认CRT显示器中显示的来访者决定不接见,则30s后AT89C2051通过P1.4和P1.6脚分别输出关闭视频显示信号和禁止通话信号;若主人决定接见来访者,则摘机。
AT89C2051通过P1.5脚检测到已摘机,则终止30s定时。
主人的话音音频信号经过前置放大模块放大后,经CN的4脚AIO线传到门口室外机供来访者听话,而来访者的话音音频输入信号经放大模块从AIO线取出放大后送耳机发声,完成通话动作。
主人通过通话询问并从显示屏中观察来访者的表情,进一步判明来访者的身份和意图,判明后主人按下开锁键“UNLOCK”,AT89C2051经P1.6脚输出的开锁信号经由AIO线传到门口室外机,控制防盗门的电控锁的电磁铁动作,门被打开。
客人进门后,防盗门依靠闭门器的作用再次关上。
主人挂机,AT89C2051通过P1.5脚检测到已挂机,则由P1.4和P1.6脚分别输出关闭视频显示信号和禁止通话信号,恢复收铃状态。
另外,主人还可通过按主动监视键“MORNITOR”,来开启显示屏显示来访者或查看门外的情况。
该系统是一个在无线条件下,应用了单片机编程技术,双工对讲技术、摄像及视频显示技术而设计的一种无线可视对讲智能系统。
该系统采用模数混合技术,即语音数字,视频模拟,是将来全数字无线可视对讲门铃系统的一个过渡。
视频信号为无线模拟传输;音频信号及控制信号为无线数字传输,所以其工作原理也要分别从模拟和数字两路来阐述。
首先是模拟传输的这一路。
这一路传输的是视频模拟信号,为单向传输。
在室外,视频信号经过摄像头的采集和处理,传到射频发射模块的视频输入端,由射频发射模块发射出去在室内,由相应的射频接收模块接收这路视频模拟信号,然后从射频接收模块的视频输出端送至显示屏,显示图像。
另一路就是数字传输的一路。
这一路数字传输的信号包括音频信号和控制信号,均为双向传输。
在室内,模拟语音信号经过语音芯片的处理转换为数字信号以及控制操作经过单片机的处理转换为相应的控制信号(监视、摘挂机及开锁信号),经过的处理和打包,再传到无线数字传输模块,通过模块的天线发射出去。
在室外,由另一块无线数字传输模块接收这路数字信号,然后进行解包和处理,然后分别把音频信号和控制信号传到语音芯片和单片机中,音频信号经过语音芯片处理后送至扬声器,控制信号经过单片机的处理去控制各部分协调工作。
另一个方向(从室外到室内)的音频信号和控制信号(呼叫信号)也是通过类似的方式进行发送和接收。
无线可视对讲门铃系统是新一代电子安全防范系统,是现代花园、山庄、别墅理想的安全防范装置。
家人可以在室内,通过屏幕看图像、语音对讲,远距离了解门外的情况,准确判断来访者的身份,决定是否开门接待,保障家庭的人身和财产安全。
2.2系统设计结构
2.2.1系统结构
该系统由两部分组成:
室内机部分和室外机部分。
室内机结构图其主要由室内机控制器、无线收发机、显示设备、通话设备、门铃和报警、开锁等控制信号输入键组成。
室内机控制器的作用与门口机控制器作用类似,无线收发机用于接收门口机传来的信号,发送音频信号和各种数字信号给门口机,显示设备用于显示门口视频,户主可根据不同的情况选择不同的控制按键。
室内机结构图如图2-2示
图2-2室内机结构框图
门口机结构图如图2-3示,其主要包括:
门口机控制器、无线收发机、键盘、摄像头、喇叭、麦克、报警装置等几部分。
无线收发机用于发射视频信号、音频信号和各种数字信号给室内机和监控中心,并接收室内机发送过来的音频信号和各种数字信号。
该系统中视频信号为单向传输,在室内可以观察到门口的情况,在门口无法查看室内情况,所以门口机接收到的信号中没有视频信号;键盘用于输人房间号;摄像头用于捕捉门口视频信号;喇叭和麦克用于户主和访客进行语音交流;报警装置用于当户主遇到特殊情况时报警。
图2-3门口机结构框图
2.2.2功能简介
(1)通话功能
在没有门铃信号时,可视电话门铃上的电话机和普通电话机一样使用。
有门铃信号时,可通过对讲按钮选择和来访者对或和外线通话。
(2)监视功能
有门铃信号时,系统自动启动监视器电源和摄像信号电源,进人监控状态,并延时30秒钟后自动复位。
若30秒钟内有其他操作,则取消30秒计时,延长监控时间,直至人工复位。
无门铃信号时,可通过监控按钮,选择监控状态与非监控状态。
(3)记录功能
若家中无人,可提前设置录音或录像功能。
设置录音功能后,当有来访者按门铃时,系统的语音片自动发出“主人不在,请简短留言”的声音若干次,并自动录音90秒钟。
若设置录像功能,则对所监视信息自动定时录像。
(4)控锁功能可利用控制面板上的门锁按钮控制家门电锁的开闭。
3系统硬件电路设计
3.1单元电路的选择
3.1.1单片机的选用
AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。
它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。
通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMELAT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供高度灵活和成本低的解决办法。
此外,从AT89C2051内部结构图与8051内部结构基本一致(除模拟比较器外),引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。
AT89C2051是一个功能强大的单片机,但它只有20个引脚,15个双向输入/输出(I/O)端口,其中P1是一个完整的8位双向I/O口,两个外中断口,两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口,一个模拟比较放大器。
主要性能参数如表3-1所示。
表3-1AT89C51性能参数
兼容MCS51指令系统
2k可反复擦写(>1000次)FlashROM
15个双向I/O口
6个中断源
两个16位可编程定时/计数器
2.7-6.V的宽工作电压范围
时钟频率0-24MHz
128x8bit内部RAM
两个外部中断源
两个串行中断
可直接驱动LED
两级加密位
低功耗睡眠功能
内置一个模拟比较放大器
可编程UARL通道
软件设置睡眠和唤醒功能
图3-1AT89C2051芯片管脚图
AT89C2051是一种20引脚的双列直插式IC芯片,引脚是单片机的硬件外特性,用户通过引脚连接外部器件就能组建单片机系统。
AT89C2051芯片管脚如图3-1。
各管脚的功能如下:
1.VCC:
电源电压。
2.GND:
地。
3.P1口:
P1口是8位双向I/O口。
口引脚P1.2~P1.7提供内部上拉电阻。
P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。
当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
4.P3口:
P3口的P3.0~P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流。
P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表3-2所示。
表3-2P3口的引脚功能
P3口引脚
功能
P3.0
RXD(串行输入端口)
P3.1
TXD(串行输出端口)
P3.2
INT0(外中断0)
P3.3
INT1(外中断1)
P3.4
TO(定时器0外部输入)
P3.5
T1(定时器1外部输入)
P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
5.RST:
复位输入。
RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6.XTAL1:
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
7.XTAL2:
作为振荡器反相放大器的输出。
从上述引脚说明可看出,AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号,因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备,也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。
3.1.2双音多频收发器
本系统使用的双音多频(DTMF)收发器是集成度高、功耗低、功能强的集成芯片——MT8880。
MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF收发器。
信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准:
发送部分采用开关电容进行D/A转换,信号失真小、精度高
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