可视对讲系统.docx
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可视对讲系统
摘要
随着房地产业的发展，与之密切关联的楼宇对讲产业也得到了迅速地发展，并为之形成了安防行业，楼宇可视对讲系统就属于安防产品之一。
楼宇可视对讲是一套现代化的小康住宅服务措施，它主要运用于住宅，可以是大面积的住宅小区，也可以是单栋的楼宇住宅。
楼宇对讲系统是利用语音技术、视频技术、控制技术和计算机技术实现楼宇内外业主和访客间的语音、视频、对讲和通话的系统，通过扩展可实现信息的发布、家电的控制、安防报警、录音和录像等功能。
本次毕业设计主要是运用模拟电子技术、数字电子技术以及EDA技术、传感器等知识来设计楼宇可视对讲系统的基本功能，这些基本功能包括呼叫功能、可视功能、对讲功能、开锁功能以及监视功能等。
这次毕业设计的楼宇对讲系统实现了基本的呼叫、可视、对讲、开锁等功能，通过外围电路的扩展还能实现分机与管理中心管理机的通话、求助等功能以及主机对管理机的呼叫等功能，扩展性较好，还有更广泛的研究空间。
关键词楼宇对讲系统，EDA技术，传感器
Abstract
Withthedevelopmentofrealestate,thebuildingintercomindustryhasalsobeenarapiddevelopment,andhasformedasecurityindustry.Buildingvisualintercomsystembelongstooneofthesecurityproducts.
Buildingvideointercomisamodernwell-offresidentialservicemeasures,itismainlyusedinresidentialthatcanbealargeareaoftheresidentialareaandbeasinglebuildingbuildingshousing.Buildingintercomsystemusesvoicetechnology,videotechnology,controltechnologyandcomputertechnologytoachieveownersandvisitorsofvoice,video,intercomandcalls.Itcanbeachievedbyextendingthereleaseofinformation,controlofhomeappliances,securityalarm,audioandvideofunctions.Thegraduationprojectusestheknowledgeofanalogelectronics,digitalelectronicsandEDAtechnology,sensorstoachievethebasicfunctionsofthedesignofthebuildingvisualintercomsystem.Thesebasicfeaturesincludecallfeatures,visualfunction,intercomfunction,thelockfunctionandmonitoringfunctions.
Thisgraduationdesignofthebuildingintercomsystemfinishesbasiccalls,videointercom,unlockthebasicfunctions.Whatismoreimportant,byextensionitnotonlycanmanagecentermanagementmachinecalls,helpfunctionsandhostofmanagement,butalsobytheexpansionitgetsotherfunctionsofthemachine.Ithasbetterscalabilityandmoreextensiveresearchspace.
KeyWordsbuildingintercomsystem,EDAtechnology,sensors
1引言
1.1课题背景
楼宇对讲产业与房地产业息息相关，而房地产业又与国家的宏观经济政策关系密切。
自1996年5月份以来，中央政府开始刺激经济，制订了扩张性经济政策。
至今年6月，已连续七次降低人民币存贷利率，1998年元月1日取消了贷款额限制，4月追加固定资产投资贷款指导性计划，从2700亿元增加到3700亿元，5月份调整国有商业银行的存贷比例，恢复债券回购业务。
增加同债发行，进行项目投资，扩大集团购买力，实行国货优先原则，减轻企业负担，增加企业可用资金，鼓励民间和企业投资，清理投资的行政性壁垒，加大政府向能源、交通、邮电等专项投资。
1999年6月份，中央第七次调低银行存贷款利率、银行准备金率和再贴现率，试图刺激经济，扩大内需。
至今年上半年，处于改革开放最前沿、反应迅速的深圳特区，房地产业已出现一线生机，市场开始启动。
由于经济对于宏观政策的滞后性，扩张的财政、货币政策将在今后三年内在各个领域发挥明显作用，全国的房地产业有望在今后三年逐渐恢复并正常发展，这给楼宇对讲安防产业的发展创造了良机。
1.2楼宇对讲系统的现状
1.2.1产品现状与应用
门口机的种类有围墙门机、单元门机、住户门机，从户数容量来说有直呼式、编码式之分。
现在中高档的产品一般有LCD中文操作菜单提示，大容量密码开锁功能，IC卡门禁开锁及管理功能，产品的操作更趋向于人性化、智能化。
室内终端机的种类有可视、非可视之分，可视有黑白CRT显示和彩色LCD显示之分，有普通可视对讲和多功能报警可视对讲之分。
此外一般还集成了紧急报警、信息提取功能。
高档产品还采用触摸屏菜单操作、家电控制、图像存储以及个性化的和弦铃声选择等，个别产品甚至还集成了自动抄表模块和家庭信息模块，产品已明显趋向于家庭智能终端的角色，不再是传统的可视对讲产品。
管理机一般具有监视单元门，呼叫住户，接受室内机呼叫或警情，布撤防信息。
与电脑联接后能进行信息发布、各种通信和报警的分析统计，在使用上一般采用电子地图直观显示各种住宅布局信息。
有些软件可以做到监控录像、系统诊断、远程通信、远程控制等，并且可以作为一个信息共享平台集成抄表、CCTV监控、周界防范、物业报修、家庭多媒体信息、家庭娱乐等其它子系统。
1.2.2技术现状
楼宇信息系统所涉及的电子技术面较广，从传统的模拟技术到先进的数字技术；从普通的电平控制到现代的CPU控制、电脑控制及网络通讯技术均有应用。
门口主机主要采用的技术有：
CCD摄像技术、红外线补光摄像技术，音频处理及传输技术，CPU控制、通讯技术，文字编译及显示技术等。
室内终端分机主要采用的技术有：
音频处理及传输技术，视频显示技术、CPU控制编解码及通讯技术、图象处理及存储技术、触摸屏控制技术、文字视频叠加技术、无线接收技术、TFT-LCD显示技术。
1.3楼宇对讲系统的发展趋势
楼宇对讲系统正形成为一个相对独立的产业部门,楼宇对讲系统在国内的发展虽然时间不长，但由于其市场前景看好，时至今日，生产厂商已猛增至250家左右。
楼宇对讲与电视监控、防盗报警、门禁管理、智能停车场等共同组成了安防产业。
由于社会的进步，人类生活模式和思维模式的改变，加之，随着经济的发展，社会阶层的分化加剧，社会治安情况不容乐观，所有这些对安防产业的发展都具有极大的推进。
黑白可视对讲成为市场主流，普通对讲仍具有一定的市场，彩色可视对讲市场增长缓慢。
楼宇对讲系统在中国的沿海发达省区的产品寿命周期正处于成长期向成熟期阶段过渡，而内陆欠发达地区仍处于导入期。
经济发达的不平衡性，导致楼宇对讲的寿命周期在国内各地区处于不同的阶段，从而也决定了楼宇对讲的市场主流，目前仍为黑白可视普通对讲。
在处于市场导入阶段的欠发达地区市场潜力巨大，而彩色可视对讲由于其价位高，功能有过剩之嫌，市场增长缓慢。
但是，彩色可视对讲在高级住宅或别墅的配套上将呈上升趋势。
总之，楼宇对讲系统从普通对讲，发展到黑白可视对讲、彩色可视对讲，目前，功能更趋向于多样化和综合化，与侦烟感知器、瓦斯侦测器、防盗报警器、红外、门磁探头等结合，从而发挥防盗、报警、紧急求助等综合功能。
2可视对讲系统总体设计
可视对讲系统的设计主要分为两个部分：
硬件电路的设计和软件电路的设计。
可视对讲系统的工作原理为：
当按下房号键时会间接触发主机端的铃声芯片，铃声芯片发出铃声信号经音频功率放大器的处理送至喇叭，于是主机端听见铃声。
同时主机端的铃声信号经呼叫线送至分机端，在经过电容、二极管的整流滤波后触发分机端控制芯片，从而使分机的铃声芯片受到触发，同样经音频功率放大器的处理送至喇叭，从而分机端听见铃声，与此同时分机端的控制芯片还通过控制继电器来给分机端的显示屏供电，主机端摄像头摄像的视频信号经视频线传递给分机显示屏达到可视的目的；主机和分机的送话和受话都是经过一系列三极管的处理送到喇叭；当开锁键按下的时候，三极管饱和导通从而使继电器吸合，给电容充电为电控锁提供足够大的开锁电流；当监视键按下时会触发分机端的控制芯片，相应的引脚产生高电平从而使继电器吸合为分机显示屏供电，并且通过视频线把主机的视频信号传递到分机显示屏，当关闭监视键按下时控制芯片的相应引脚输出低电平，从而把分机显示屏的电源断开，从而达到关闭监视的目的；主芯片以及其外围电路控制监视的时间。
可视对讲系统的总体设计框图如图2.1所示。
图2.1可视对讲系统的总体设计框
2.1控制芯片的选择
方案一：
选择AT89S52单片机作为控制芯片。
AT89S52是低功耗，高性能，采用CMOS工艺的8位单片机。
其片内具有8KB的可在线编程的Flash存储器。
该单片机采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储器技术，与工业标准型AT89S52单片机的握住系统和引脚完全兼容；片内的Flash存储器可在线重新编程，或使用通用的非易失性存储器编程器；通用的8位CPU与在线可编程Flash集成在一块芯片上，从而使AT89S52功能更加完善，应用更加灵活；具有较高的性能价格比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。
但是对于此次毕业设计的可视对讲系统的课题来说，控制部分比较少，控制要求单一，控制芯片只是起到相当于开关的作用，选择AT89S52会浪费资源。
方案二：
选择可编程逻辑器件PALCE16V8作为控制芯片。
PALCE16V8是一种先进的PAL制式设备建成低功耗，高速，电可擦除CMOS技术。
它的功能与兼容所有20引脚的GAL设备。
PALCE16V8将直接取代PAL16R8和PAL10H8系列设备，允许用户实现复杂的逻辑功能，方便，高效，多组合逻辑电平。
该PALCE16V8是一种普遍的PAL制式设备，它有八个独立配置的宏单元。
更重要的是这种可编程逻辑器件引脚数目较少，编程下载方便。
因此可视对讲系统选择的控制芯片为可编程逻辑器件PALCE16V8。
2.2音频功率放大器的选择
本次毕业设计的可视对讲系统的各种铃声信号、语音信号均需要音频功率放大器的处理。
方案一：
采用LM1875芯片。
LM1875采用先进的电子电路设计技术和工艺，因此它甚至能在高输出时候，低失真。
其他出众的产品特性有：
高增益（HighGain），高转换速率和宽的功率宽带，范围宽的输出电压，高电流能力和适应范围宽的电源电压。
LM1875采用TO-220封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。
该集成电路内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护。
尽管LM1875的产品特性较好但是考虑到成本问题，对于可视对讲系统来说不宜采用昂贵的LM1875芯片作为音频功率放大器。
方案二：
采用LM386芯片。
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少，电压增益内置为20，在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。
输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，使得LM386特别适用于电池供电的场合，并且LM386常见，价格合适。
总上所述选择LM386作为本次毕业设计的音频功放器件。
3硬件单元电路的设计
此次设计的楼宇对讲系统主要是由硬件电路和软件电路两部分组成。
硬件电路所用的器件包括三极管、电阻、电容、继电器、LM386放大器、铃声芯片、摄像头、显示屏等，硬件电路设计部分包括电源电路的设计，呼叫电路的设计，铃声产生电路的设计，受话电路的设计，送话电路的设计，开锁电路的设计，监视电路的设计，夜光灯电路的设计等几个部分。
软件电路部分将在后述内容中介绍。
3.1电源电路的设计
楼宇对讲系统中所用到的电源有12V电源和5V电源两种，其中需要12V电源供电的器件很多，包括三极管、继电器、铃声芯片、LM386放大器等，需要5V电源供电的器件比较少,可编程逻辑器件PALCE16V8等需要5V电源供电。
一般电子设备所需的直流稳压电源都是由电网中的50HZ/220V交流电转化而来，线性直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图3.1所示为直流稳压电源框图。
图3.1直流稳压电源框图
变压电路有升压和降压两种作用，电源电路中的变压电路一般是降压电路。
电源降压电路可以通过降压变压器或电容来实现，通常采用电源降压变压器来进行交流市电降压。
电源变压电路主要作用是将交流电压降低到所需的电压值，另外还可以进行市电隔离保证用电的安全性。
变压电路的分类：
普通变压器、在初级线圈中带抽头的变压器、在次级线圈中带抽头的变压器、次级线圈中中心抽头接地的变压器、两组独立次级线圈的变压器、两组次级线圈独立接地的变压器等等。
变压电路只需要通过变压器就可以把220V/50HZ的交流电降压成低电压的交流电，此次毕业设计其变压电路如图3.2所示。
图3.2变压电路
整流电路可以分为单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电路。
单相桥式整流电路可以分为单相桥式半控整流电路和单相桥式全控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。
单相半控整流电路的线路简单、调整方便，但是其输出电压及负载电流脉动大，且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能被充分利用等缺点，致使其性能较差，因此实际中很少采用。
而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高等优点，因此多采用单相桥式全控整流电路。
滤波电路通过电容等器件就可以实现，电路组成相对比较简单，整流滤波电路如图3.3所示。
稳压电路可以通过集成稳压芯片来实现稳压，从而输出所需的直流电压。
图3.3整流滤波电路
3.1.112V电源电路
方案一：
稳压部分采用LM7812芯片输出12V电源。
稳压集成电路芯片LM7812有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端。
用LM7812三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
但是由于此次设计的楼宇对讲系统所用到的三极管、铃声芯片、放大器等均需要12V供电，而LM7812在输出12V电源的同时，带负载能力较弱，提供的电流能力有限，因此在此次设计中不采用此种方案。
方案二：
采用LM2596T-ADJ芯片以及外围电路来输出12V电源。
LM2596系列开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。
固定输出版本有3.3V、5V、12V，还有一个输出可调版本，添加少量的外部元件就可以使用该电压调节器。
该器件内部集成有频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。
由于该器件可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
该器件还有其他一些特点：
在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。
综上所述方案二具有可实施性，能够输出满足设计所需要的驱动电流，因此选择方案二。
开关型稳压电源因具有功耗小、效率高、稳压范围宽等优点，近年来得到了广泛的应用。
开关型稳压电源的工作模式是：
交流电经整流后变成脉动直流，再经振荡器将脉动直流变成脉冲电压，最后由脉冲整流电路产生稳压的直流电压输出，开关型稳压电源有许多优点，主要表现在一下几个方面：
1.效率高。
开关型稳压电源的调整管工作在开关状态，因此功耗小，效率可以大大提高。
2.重量轻。
开关电源省去了笨重的工频变压器。
3.稳压范围宽。
4.保护功能全。
在开关电源稳压电路中，具有过压、过流和短路等多种保护电路。
5.功耗小，机内温升低。
6.滤波电容容量小。
此次毕业设计的电源电路采用开关电源稳压电路，如图3.4所示为12V电源电路。
图3.412V电源电路
12V电源的电路的工作原理：
1.稳压电路：
市电220伏交流送入变压器输入端，RT1为热敏电阻，F1为1A保险管，RV1为压敏电阻，C1，C2，C3为高频抗干扰电容，L1为抗干扰电感。
变压器变压后输出端输出交流18伏，经VD1-4桥式整流，C7，C4高低频滤波后送入稳压IC2596第1脚，H1为指示灯，R1为限流电阻，直流12V电压由IC2596的2脚输出，R3，R2，VR1为取样电阻，调节VR1的阻值即改变IC2596的4脚反馈电压的高低，从而调节IC2596的2脚输出电压的高低，VD5为续流二极管，L2为储能电感，C5，C6为滤波电容。
2．充放电电路：
接通市电后，DZ1处于反向击穿状态，经R6分压，R7限流后使VT2处于饱和状态，继电器吸合，12V电压经继电器、F3、R5为蓄电池充电。
市电断电瞬间，在C5，C6作用下，DZ1仍处于击穿状态，VT2饱和导通，继电器吸合，蓄电池经VD6、R5、F3、继电器继续为负载供电。
3.1.25V电源电路
正如前面所述需要5V电源供电的器件比较少,可编程逻辑器件PALCE16V8等需要5V电源供电，因此只需芯片LM7805和少量的外围器件即可实现，LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供直流5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路，带散热片时能持续提供1A的电流，5V电源电路如图3.5所示。
图3.55V电源电路
3.2呼叫及铃声电路的设计
3.2.1主机端铃声电路
本次毕业设计采用的铃声芯片IC3为：
WD4001，它的功能如下：
1.高品质6首和弦音乐可任意播放；
2.驱动三种多色LED，有多种LED显示组合，可循环显示，多种频率闪烁显示。
铃声芯片的种类繁多，之所以选择WD4001类型的铃声芯片的原因是这种芯片的功能已经能满足本次的可视对讲系统的设计要求，并且WD4001类型的铃声芯片价格便宜，应用比较普遍。
呼叫及铃声电路的要求是当主机的呼叫键按下时，主机的铃声芯片受到触发，从而发出铃声信号，并把铃声信号经过放大器放大后送到喇叭，从而主机端听见铃声；当主机的呼叫键按下时，分机端的主芯片引脚受到触发，从而触发分机端的铃声芯片，铃声芯片发出铃声信号同样经放大后送到喇叭，分机端发出铃声。
主机端铃声触发部分电路如图3.6所示。
图3.6主机端铃声触发部分电路
主机端铃声触发部分电路原理为当主机呼叫键按下时，三极管BG2在分机端呼叫线偏置作用下饱和导通，从而给铃声芯片IC3供电，通过二极管DW1给铃声芯片提供5V的电源电压，同时由于在呼叫键未按下时三极管BG2处于截止状态而当呼叫键按下时铃声芯片IC3的2脚的电平发生变化受到触发，铃声芯片的3脚发出铃声信号经BG4放大后将铃声信号送到图3.6的A处。
图中各电阻的阻值大小需保证三极管BG2在静态时处于截止状态，A处的铃声信号送往喇叭的主机振铃电路如图3.7所示。
图3.7主机振铃部分电路
3.2.2分机端铃声电路
分机端采用的主芯片为PALCE16V8，它是一种可编程逻辑器件。
触发电路如图3.8所示。
图3.8主芯片部分触发电路
主芯片部分触发电路的原理为：
从主机的呼叫线送过来的铃声信号，经过电阻R8，二极管V7整流,使其变成直流信号，然后经过C12滤波电容滤波，再经R10到达三极管V8的基极,经三极管V8的集电极极输出使主芯片PALCE16V8的6脚变为低电平,单片机受到低电平触发后，它的18脚输出5V高电平，从而使三极管V4饱和导通，继电器K2、K3得到足够的电压从而吸合，电源电压经K2送给显示屏，继电器K2吸合后另一路电压经过电阻R2和电阻R5到达稳压二极管V6，从而给铃声芯片N3提供电源，当单片机的6脚受低电平触发后，它的16脚也会输出高电平脉冲触发铃声芯片N3的第2脚，这时从铃声芯片N3的第3脚输出铃声脉冲经过电容C9送到放大器LM386，经过LM386放大后把铃声送到喇叭，从而分机产生铃声,铃声信号部分电路如图3.9所示。
图3.9铃声信号部分电路
3.3受送话电路的设计
这里我们先来介绍一下麦克：
麦克是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，它和喇叭正好相反，麦克是输入，喇叭是输出，它们构成了声音设备的两个终端。
很显然，主机送话电路与分机受话电路其实是一个整体，同样分机送话电路和主机受话电路也是这样的关系。
如图3.10所示为主机的送话电路。
图3.10主机的送话电路
它的工作原理为：
分机提机后在分机端的送话线的偏置作用下，三极管BG1饱和导通从而给音频功放芯片LM386供电，主机送话经MIC到电位器VR2，通过电位器VR2可以调节音量的大小，语音信号经过电容C8的处理进入音频功放芯片LM386第3脚,经过LM386处理，从它第5脚输出放大的语音信号，然后通过C10送出去。
主机的受话过程其实是主机的送话过程的逆过程，其电路如图3.11所示。
图3.11主机的受话电路
对于分机来说，它的受话送话电路如图3.12所示。
其工作原理为：
分机提机后，叉簧开关S1-B与NC接通，即主机送来的话达到分机的喇叭，于是可接听到主机的送话，叉簧开关S1-A与NC接通，这时提挂机检测三极管V10饱和导通，从而使主芯片9脚置低电平，维持三极管V4饱和导通，使分机显示屏打开。
叉簧开关S1-A与NC接通后为三极管V9提供正常偏置，分机的手柄MIC将语音信号送到电容C15，然后到达三极管V9基极经过V9的处理，从它的发射级输出，从而把语音信号送到主机的受话线上。
图3.12分机的送受话电路
3.4监视电路的设计
当分机监视键S2按下时，会触主芯片的7脚，它的18脚产生高电平，从而使三极管V4饱和导通，从而给分机显示屏供电，把显示屏打开，当S2按下的同时经R12把主机的镜头延时电路打开，给镜头供电，为分机提供视频。
当关闭监视键S3按下时，会触发主芯片的8脚，它的的18脚产生低电平从而把分机显示屏关闭，单片机的2脚、13脚、19脚及其外围电路控制监视时间，监视电路如图3.13所示。
图3.13
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