基于单片机的楼宇对讲系统的设计.docx
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基于单片机的楼宇对讲系统的设计
诚信申明
本人申明：
我所呈交的本科毕业设计，是在导师指导下，针对大学的专业知识综合在一起进行的研究工作并作出了全面的总结。
据本人所知道的，在本论文中除了特别加以标注和特别致谢所罗列的内容外。
本论文中所出现的创新的地方，绝对存在其他人已经发表过的研究，也不存在曾经获得各种教育机构的学位或证书而所使用的材料。
同时在论文中对本课题中出现的其他人的研究论证都有在作出了说明，在此我深表谢意。
若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名：
年月日
基于单片机的楼宇对讲系统的设计
——52片机在楼宇对讲控制系统中的应用
***
自动化专业自控****班 学号 *********
指导教师 ***讲师
摘 要
随着计算机技术科学与技术的快速发展，以及信息技术，信息化，智能化浪潮是到世界的各个角落，计算机的应用已经渗透到过敏经济与人们生活的各个角落。
自从小区楼宇对讲系统进入到中国大陆，该系统已经开始全面的改变着人们的社会生活，使我们的生活了翻天覆地的变化。
对于高层楼宇对讲系统，适应了信息社会，要遵循社会的进步。
现如今单片机已经发展到了新一代的微控制产品。
目前，安防系统具有完善的管理体系并且具备了可选择性的综合信息服务系统，同时系统的设备也比较成熟，先进。
随着建筑产业基金的投资和技术的快速发展，通过对系统的一步人步可扩展和升级，楼宇对讲系统的不断完善和提高。
同时以安全系统、智能控制系统、物业管理系统、社区信息平台和综合信息服务体系作为依托。
提供高安全性，舒适性，环保，方便的生活空间的住宅和别墅住房。
在写作过程中，通过理论研究和实际观察访问，以进一步确定该系统的实施，体现了理论与实践，科学的理论付诸实践。
关键词：
楼宇对讲机单片机
Thedesignofbuildingintercomsingle-chipcontrolbasedon
——The52singlechipmicrocomputerinthebuildingintercomsystem
Abstract
WiththerapiddevelopmentofInternettechnologyinrecentyears,nformation,intelligencetideisintoallcornersoftheworld,sinceenteringtheresidentialbuildingintercomsystem,whichbeganfull-changingpeople'ssociallives,sothatwethebiglifechangesoccurred.Forrisebuildingintercomsystem,adaptedtotheinformationsociety,tofollowtheprogressofsociety-tobecomethenewcentury,realestatedevelopmentandpropertyinvestmentindustryleadingdirection.Becauseofpeople'slivingstandardsimprove,managementofresidentialareasofquality,safetyandinformation,andhereagain,greatlypromotedthedevelopmentofbuildingintercom.
Fornow,securitysystems,soundmanagementsystem,withachoiceintegratedinformationservicesystem,whilethesystemequipmentismoremature,advanced;Withtherapiddevelopmentoftheconstructionindustry,investmentfundsandtechnology,peoplestepsteponthesystemcanbeexpandedandupgradedtomakeintercomsystemhasbeenconstantlyrefinedandimproved,Withsecuritysystems,intelligentcontrolsystems,residentialpropertymanagementsystems,Communityinformationplatformandintegratedinformationservicesystemasthebasis,Withhi-techtoolsconstitutethecellconstantspeedInternetinformationserviceplatformforresidentialhousesandvillasprovideefficientandsafe,comfortable,environmentallyfriendlyandconvenientlivingspace.
Inthewritingprocess,throughtheoreticalresearchandpracticalobservationvisits,tofurtherdefinetheimplementationofthesystem,embodiedtheorywithpractice,thescientifictheoryintopractice.
Keywords:
BuildingIntercomSCM
目 录
前 言
随着互联网技术和信息技术的飞速发展，信息，情报是波到世界的每个角落，从屋子的楼宇对讲系统，它开始了全方位的在人们的社会生活的变化，使我们的生活发生了很大的变化。
对于楼宇对讲系统的兴起，适应了社会的信息化、跟随了社会的进步——成为新世纪房地产投资开发和物业行业的主导方向。
由于人民生活水平逐步提高，获取和管理越来越受到人们的重视住宅小区的质量，安全和信息，这里又极大地推动了楼宇对讲发展。
安全的防范体系，管理的合理，具备综合性信息服务系统成为现如今的需求。
系统软硬件的选择同时更具有成熟性和先进性。
随着建筑产业基金的投资和技术的快速发展，通过对系统的一步一步的可扩展和升级，楼宇对讲系统的不断完善和提高。
如今已经形成了以安防系统、智能控制系统、小区物业管理系统、社区信息平台以及综合信息服务系统为参考，通过高新的科技手段不断的升级小区高速互联网络信息服务平台。
提供高安全性，舒适性，环保，方便的生活空间的住宅和别墅住房。
就当前来讲，安全的防范体系，管理的合理，具备综合性信息服务系统成为现如今的需求。
系统软硬件的选择同时更具有成熟性和先进性。
随着建筑产业基金的投资和技术的快速发展，通过对系统的一步一步的可扩展和升级，楼宇对讲系统的不断完善和提高。
就当前来讲，安全的防范体系，管理的合理，具备综合性信息服务系统成为现如今的需求。
系统软硬件的选择同时更具有成熟性和先进性。
随着建筑产业基金的投资和技术的快速发展，通过对系统的一步一步的可扩展和升级，楼宇对讲系统的不断完善和提高。
如今已经形成了以安防系统、智能控制系统、小区物业管理系统、社区信息平台以及综合信息服务系统为参考，通过高新的科技手段不断的升级小区高速互联网络信息服务平台。
提供高安全性，舒适性，环保，方便的生活空间的住宅和别墅住房。
第二十一世纪的到来，现代高技术，高技术的迅猛发展，以难以想象的速度变化和影响人们的思维和生活方式。
随着我国改革开放的不断深入，为适应信息时代的要求，人民的生活条件和环境的改善，科学的信息管理已成为一个新概念。
我们以现代的信息传输技术、网络技术以及信息系统集成技术进行了精密的设计、精心建设以及优化集成来提高住宅高新技术的含量，用来适应二十一世纪现代居住的生活标准。
楼宇对讲系统发展已有十来年的历史，其中数码式系统因接线简单，可控户数多而在要求较高的场合广泛应用。
系统主机是一个标准的数字电路，从早期的控制到现在基本上采用微机控制，控制设计可以完成键盘处理，对讲机，电控锁功能。
第1章 楼宇对讲的概述
第1.1节 选题背景及意义
楼宇对讲系统在我国的发展虽然没有很长时间，但是由于它的市场前景早已被商家们所看好。
时至今日，生产厂家已经不计其数、难以考察。
视频监控，对讲和访问控制，智能停车场和防盗报警等共同组成了一个安全的行业。
随着社会的发展，人们的生活方式和思维方式的变化，人们的生活水平的发展，社会治安形势不容乐观，对讲、监控等很多的服务已经成为保安行业重要的先进技术的支撑手段。
今天，楼宇对讲系统是智能社区的重要组成部分，不仅是游客和该地区居民提供双向通信，控制他们的家庭可以远程防盗门开关，还可以在遇到危险时行紧急报警。
通过网络连接各部件的对讲系统通常包括：
管理中心机，门机，家用门机，室内机，墙机等。
随着人们的不断研发，为了用户对附加功能需要求的不断的增加，现如今，对讲系统已经形成防盗报警，门禁一体化，图片信息，图像的采集、存储和调用记录等诸多人性化功能。
根据在信道中传输的信号类型可以分为模拟型和数字型两种。
数字系统的传输是数字信号，如语音，图像和数字信号，而数字信号是频率带宽和处理器速度。
在一般情况下，不可避免的数字信号传输的语音或图像信号的延迟，语音或视频的间歇现象。
如果处理器的速度和优良的压缩算法和足够的带宽的技术，如：
DSP和FPGA的使用作为处理器，在高30米的速度运行环境。
但有一个好的产品市场价格的因素的重要地位，由于芯片的和优良的压缩算法的高性能数字系统，所以一般需要很高的价格，市场价格的数字系统比模拟系统的高很多，这是一个数字系统是市场营销的原因很难。
但模拟通信对讲系统与市场和前景，在仿真系统的优点是便于调试，延迟，价格低，抗干扰等。
第1.2节 近年来国内外的研究现状
自从世纪90年代初期楼宇对讲系统兴起于西方国家，在这些地区己经使用了近20多年，在国外，先进的对讲产品主要出现在日本和韩国。
1992年起，国外的一些对讲产品制造商，陆陆续续的来到中国开拓市场。
在中国的单元式楼宇对讲系列产品进入市场的第一，功能单一，只能实现一些游客的基本功能，系统简单。
第二十一个世纪以来，具有科研生产经营能力集中在建筑智能化产品和网络的发展，不仅实现了多个门口机和多个管理系统，而且还集成了小区服务等功能，此外，一些制造商还集成了监测，远程抄表、巡更系统，产品性能有了很大的提高。
在日后我们的主要的方向已经成为成为了对讲系统的网络化、信息化、数字化以及智能化是楼宇对讲。
第1.3节 课题研究的内容
本设计是采用小区单元式的对讲系统，课在各个单元门口和住户家中分别安装，可用以实现对访客验明身份，住户主人可以遥控开启住宅放到门，由此可以很有效地防止不法分子进入住宅楼和住户家中实施犯罪。
通过对本设计的研究与实践，不仅可以使我们从课本上学到知识具体化，而且在现实中还能得到广泛的应用，防止不法分子进入住宅内。
在本设计中，主要研究的内容是通过单片机以实现语音通话的功能。
当单片机复位后，它会进入正常的工作状态，之后不断的扫描单元门口传来的信号，当其接收到主机传来的房号编码信息后，它会把房号编码信息改变成串行信号，并通过电路可将家庭延伸，一个74ls688比较器的延伸，从单片机的信号以预定的代码相比较，如果两者相等，比较器输出一个控制信号，传达到预设的驱动，从而驱动对应的开关打开音频电路实现通话。
这一次通过单片机74ls688比较器的状态确定的分机存不存在，是否短路，开放和空。
当检测到分机的存在时，单片机会送出一个振铃信号，此时分机会振铃；当检测不到时，则单元主机复位并且发出提示音；连续检测单片机74ls688比较器，从而区分扩展是否回答，因为没有人回答在预先设定的时间，自动关闭复位；当在预设时间有应答，单片机将停止发送振铃，并打开电路；当主机收到开锁指令之后，会输出一个开锁的信号，从而驱动门锁执行开锁动作。
本系统主要是由对讲和控制系统组成的。
来的人可以通过键盘，输入单元存在的房号进行呼叫对应的住户，住户通过语音对讲可以对来人的身份进行辨别，确认为访客后可以执行打开门锁。
本设计遵循成本低、操作方便、结构简单的原则。
户可以打开安全门的远程控制，同时，如果有突发事件，市民也可通知保安人员得到支持和及时的治疗。
第2章 硬件部分的选择
第2.1节 单片机的选择
单片机指的是集成在同一块芯片的一个完整的系统。
即使所有功能都集成在同一快小小的芯片中，但是他有完整的内存、外存、CPU和外部总线系统。
同时集成定时器、时钟、通讯接口等外围的设备。
并且现在有很强大的单片机甚至还可以将图像、网络、声音等输入输出系统都集在一起。
根据设计的需求以及对单片机功能，本设计将采用的美国ATMAL研究52单片机。
AT89C52单片机是一款高性能，低电压的CMOS8位微控制器，此单片机是由美国ATMAL研究出的，可编程只读存储器芯片包含4K反复擦除（PEROM）、随机存取数据存储器（RAM）和128bytes。
52单片机提供常用的标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但RAM，定时/计数器串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作指导下一硬件复位[1]。
AT89C52主要性能参数：
●它与MCS-51产品指令系统完全兼容
●4k字节可重擦写的闪速存储器
●1000次擦写周期
●全静态操作：
0Hz~20MHz
●三级加密程序存储器
●256*8字节内部RAM
●32个可编写I/O口
●2个十六位定时、计数器
●6个中断电源
●可编程串行UART通道
●低功耗空间和掉电模式
第2.2节 语音电路的全双工与半双工选择
通信的半双工是，只有同一根传输线的使用，它既作发送又作接受，虽然不同的信号可以同一根传输线上两个方向传送，但是，通信的双方不可能能同时接受与发送信号，此传送方式就是指半双工。
当采用半双工方式通信时，系统两端的接收器和发送器通过收收和发送开关转接到同一根通信线上，从而进行了方向的切换，因此它会产生一些产生时间延迟，但是它的电路设计起来相对简单，并且还节省了资源。
很适合在楼宇中用来对讲的使用[2]。
当数据的发送和接收出现分流时，分别会由两根传输线同时，这时的双方都能够在同时进行发送操作以及接收操作，全双工通信就是这样的传送方式。
全双工方式时，这里的通信系统两端都设置了接受和发送器，所以它能控制数据在同一时刻两个方向上通信。
全双工通信方式不需要进行方向的切换，所以它没有切换操作，因此不会产生的时间延迟。
全双工通信方式要求通讯两端都有接受和发送器，并且还需要2根数据传送线传送通信信号。
虽然全双工通信方式看起来比较方便，但是全双工通信时的电路在设计时会比较复杂，并且在楼宇对讲中应用起来会很浪费[2]。
由于本设计只是在楼宇中小范围的进行信号的传输，因此在信号的传输方式上本设计采用的是半双工的通信方式。
第2.3节 有线系统与无线系统的选择
有线系统是指，所有的部件都会是用看的见的电线进行连接起来出现在系统中，在需要距离比较长时，采用有线的方式会比较浪费，而且在现场接线时的工作量会相对比较大，但是采用有线的方式工作性能相对稳定、可靠、抗干扰能力强，所以有线的传输方式适合中小型电路中应用。
无线系统就是没有看到在系统线路连接，接收和发射装置主要是依靠无线信号进行传输。
虽然有线的方式使用和现场操作以及维护起来比较方便，但无线的电路设计比有线的复杂很多，并且性能不一定可靠，抗干扰能力比较弱。
在语音通话完成设计的三个主要功能，开锁和报警功能，和对讲系统，当使用无线方式传输的要求会很高，特别是语音呼叫功能，要求无线系统可以依靠和抗干扰能力强，且成本将是非常高的无线传输在住宅建筑中的使用。
因为，本设计采用的是有线通信的方式
第2.4节 硬件选择的总结
在每个单元门和用户安装家用对讲系统楼宇对讲系统，用于实现用户之间的对讲从而身份识别讲，住户可以通过远程控制系统开放的房子的门，从而防止不法人员进入单元楼。
通过对本设计的研究与实践，可以使从课本上学到的只是具体化，体现在现实生活中。
在现实中能够广泛的应用，防止非法人员进入到住宅内，能够有效的起到防盗的作用。
本设计主要实现的功能流程是，当单片机复位后，它会进入正常的工作状态，之后不断的扫描单元门口的键盘，当其接收到键盘传来的房号编码信息后，它将实数改变代码信息转换成串行信号，和电路可将家庭延伸，一个74ls688比较器的延伸，从单片机的信号以预定的代码相比较，如果两个都是平等的，此时比较器会输出一个控制信号，传达到预设的驱动，从而驱动对应的开关打开音频电路实现通话。
这一次是由单片机74ls688比较器状态扩展名确定存在或不存在，是否短路，开放和空。
当检测到分机的存在时，单片机会送出一个信号驱动振铃，此时分机会振铃；当检测不到时，则单元主机复位并且发出提示音；连续检测单片机74ls688比较器，从而区分扩展是否回答，因为没有人回答在预先设定的时间，自动关闭复位；当在预设时间有应答，单片机将停止发送振铃，并打开电路；当主机收到开锁指令之后，会输出一个开锁的信号，从而驱动门锁执行开锁动作。
由于在功能流程中的功能，根据对完成功能要求采购所需要的硬件。
本设计是采用小区单元式的对讲系统，课在各个单元门口和住户家中分别安装，可用以实现对访客验明身份，住户主人可以遥控开启住宅放到门， 由此可以很有效地防止不法分子进入住宅楼和住户家中实施犯罪。
通过对本设计的研究与实践，不仅可以使我们从课本上学到知识具体化，而且在现实中还能得到广泛的应用，防止不法分子进入住宅内。
综合上所述，本设计的主控部分采用AT89C52单片机，语音部分采用半双工的通信，而硬件连接时由于要求不高将采用有线的方式传输信号。
这样就从设计要求和性能方面都能达到不错的效果。
第3章 硬件的电路设计与实现
本设计主要是由系统软件设计和硬件电路的设计两部分组成，在硬件电路部分中，主要是介绍硬件电路的组成、硬件电路的工作原理和在硬件设计时所用到的元器件。
由设计要求，电路分为主板和副班。
所用到的元器件如下表3.1、3.2：
表3.1 主板原件清单
名称
数量单价
CPU
STC89C52RC
1
晶振
12MHZ
1
电阻
1K
3
收发器
MAX485
1
电容
30pf
2
40引脚插针
1
4.7K电阻
2
按键
2
DCJACK电源坐子
1
红LED灯
1
功放模块
1
9PIN排线
3
电路铜板
1
USB电源线
1
0.36MM接线座子
3
O.25W喇叭
1
麦克风
1
表3.2 副板原件清单
名称
数量
8550三极管
4
5.06接线座子
3
电阻
1K
4
按键
2
收发器MAX485
1
电路铜板
1
导线若干
1
继电器
1
主控电路的主芯片采用AT89C52RC单片机，当有信号输入52单片机的，此时分机的振铃电路会开始工作，这时可以通过住户分级的按键操作控制实现各分电路的工作，从而实现设计的要求。
第3.1节 控制电路的设计
3.1.1低功耗收发器MAX485
MAX485是一个低功耗收发器，它用于RS-485与RS-422通信，MAX485中具有一个接受器和一个驱动器器。
并且MAX485中是一个不受限制的驱动器，它可以实现的传输速率最高为2.5Mbps，而且它的驱动器具有一个短路电流限制，它可以通过一个热关断的电路，将它的驱动器置为高阻状态的输出，从而可以防止过度的功率损耗。
它的接收器具有失效保护特性的输入，当输入为开路状态时，在这里可以保证一个逻辑高电平的输出[3]。
3.3为其各引脚的逻辑功能，图3.1是MAX485的引脚图表。
表3.3 MAX485各引脚的逻辑功能
MAX485
名称
功能
1
RO
接收器的输出
2
RE
接收器的输出功能
3
DE
驱动器的输出使能
4
DI
驱动器输入
5
GND
接地
6
A
接收器同相输入端和驱动器同组输出端
7
B
接收器反向输入端和驱动器反组输出端
8
Vcc
正电源4.75≤Vcc≤5.25
图3.1 MAX485的引脚图
3.1.2单片机AT89C52
单片机指的是集成在同一块芯片的一个完整的系统。
即使所有功能都集成在同一快小小的芯片中，但是他有完整的内存、外存、CPU和外部总线系统。
同时集成定时器、时钟、通讯接口等外围的设备。
并且现在有很强大的单片机甚至还可以将图像、网络、声音等输入输出系统都集在一起。
根据设计的需求以及对单片机功能。
AT89C52单片机是一款高性能，低电压的CMOS8位微控制器，此单片机是由美国ATMAL研究出的，可编程只读存储器芯片包含4K反复擦除（PEROM）、随机存取数据存储器（RAM）和128bytes。
AT89C52提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但RAM，定时/计数器串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作指导下一硬件复位[1]。
（1）．单片机的内部框图
AT89C52片机的内部框图如图3.2所示：
图3.2AT89C52单片机的内部图
（2）．AT89C52主要性能
●4KB可改变程序存储器
●全静态工作：
0Hz~24Hz
●3级程序存储器保密
●256*8字节内部RAM
●32条可编程I/O口
●2个16位定时器/计数器
●6个中断电源
●可编程串行通道
●片内始终振荡器
（3）．功能说明
AT89C52引脚功能如下图3.3：
图3.3 AT89C52引脚结构
VCC:
电源端
GND：
接地端
XTAL1：
它是一个连接外部晶体的引脚。
单片机的里面，在片内振荡器中的反相放大器的输入端，他是重要的组成部分。
当需要外部振荡器需要工作时，XTAL1会接收振荡器传来的信号，同时这个信号接到时钟电路的输入端上。
XTAL2：
它是另一个接外部晶体的引脚。
单片机的里面，在片内振荡器中的反相放大器的输入端，他是重要的组成部分。
RST：
复位输H入端。
当运行振荡器时，在这里出现两个高电平的周期信号，接通单片机后可以使单片机复位。
ALE/PROG：
当有信号访问外部存储器，ALE的输出用于锁存地址的低位
升级会员 