可視對講門禁系統(tǒng)通信設(shè)計 - 全文

　　本文設(shè)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(dá)到 50～200 m的無線傳輸距離。該設(shè)計優(yōu)點是在單張拍攝的基礎(chǔ)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(shè)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(dá)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，其整體方框圖如圖1所示。

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　　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(rèn)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(shè)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(shè)計

　　2.1 主控制器的電路設(shè)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)的硬件電路原理圖如圖2所示。

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　　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(rèn)修改其輸入值。當(dāng)用戶按下確認(rèn)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(yīng)答信號和準(zhǔn)備就緒信號后，主機在設(shè)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(yīng)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?zhǔn)確無誤。

　　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(shè)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(shè)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(fù)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。LED顯示電路如圖2所示。

　　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(dá)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(shè)定，在設(shè)置完成后便可以進行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)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(luò)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(shè)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)的硬件電路原理圖如圖3所示。

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　　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(dāng)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(dāng)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(rèn)識訪客，則按鍵開鎖;若不認(rèn)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(yīng)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(shè)計

　　主機由AT89C51單片機充當(dāng)，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(shè)置為方式2，串口設(shè)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(biāo)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(yīng)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(biāo)志。主機接收數(shù)據(jù)時，先判斷數(shù)據(jù)接收標(biāo)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(fù)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(zhǔn)備接受下一幀信息。主機接收到從機的應(yīng)答地址后，確認(rèn)地址是否相符，如果地址不符，則發(fā)復(fù)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(fù)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。主控制器和從控制器的通信程序流程圖如圖4和圖5所示。

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　　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(shè)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(biāo)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(dǎo)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(lán)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。該房間號碼會提供給單片機用來作為多機通信的地址，仿真結(jié)果如圖6所示。

　　在Proteus里用LM4229代替設(shè)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，仿真結(jié)果如圖7所示。

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　　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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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。