可视型访客对讲系统研究.docx
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可视型访客对讲系统研究
毕业设计[论文]
题目:
可视型访客对讲系统研究
系别：
电气与电子工程系
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
范占巍
学号：
1214040424
指导教师：
刘晓芳
平顶山工学院
2008年5月25日
摘要
随着计算机技术和现代通信技术的迅速发展，智能楼宇对讲系统已经从普
通型对讲发展到可视化对讲，而且可视化对讲的功能日益趋向于智能化，然而
智能楼宇可视对讲系统的许多相关理论与技术仍在不断发展。
该文涉及的就是
智能楼宇可视对讲系统研究的一个课题。
可视对讲系统是一套现代化的小康住宅服务措施，提供访客与住户之间双向可视通话，达到图像、语音双重识别从而增加安全可靠性，同时节省大量的时间，提高了工作效率。
它可提高住宅的整体管理和服务水平，创造安全社区居住环境，因此逐步成为小康住宅不可缺少的配套设备。
可视对讲系统由中心管理机、门口机、室内分机、系统电源、视频联网器、分支器等部件组成。
文中进行了智能楼宇可视对讲系统的硬件（包括管理机、门口机以及室内分机三个部分）阐述，设计了门口机的硬件电路原理图，各个硬件模块之间通过CAN总线相连，同时为了增强智能楼宇的远程设防、安全报警等功能，住户分机除了具有可视对讲的功能外，还集成了火警监控、以及安全报警等功能接口。
该系统除了具备一般型可视对讲系统的可视、对讲、呼叫、密码开锁等功能外，更可将居家报警系统、内部通话系统、小区监控系统加以集成，使得系统具有极高的性能价格比，为小区安全防范、内部通讯、安全监控、物业管理现代化提供了重要的保证。
关键词：
可视对讲、中心管理机、门口机、室内分机、CAN总线、网络通信
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofcomputerteehnologyandmoderncommunicationtechnology,thevisual-peakingsystemforintelligentbuildinghavealreadydevelopedfromthepopularspeakingtothevisual-peaking，andthefunctionofVisual-speakingtendstoiniellectualizeddaybyday,butmanycorrelationtheoryandtechnologyarestilldevelopingunceasingly.Thisartieleisatopicaboutresearchonthevisual-speakingsystemforinielligentbuilding.
Videodoorphonesystem，amodemsecuritysolutionofdistrictmanagement，providesavideocommunicationchannelbetweenownersandvisitors.Throughcodrmationofbothimageandsound，itmakeslifesaferandmoreeffieient.Inthisway，itimprovestheoveralldistrictmanagementandservicelevel，ereatesasaferlivingenvironment，andgraduallybecomesanindispensableequipmentofmodemdistrict.
VideodoorphonesystemconsistsCentercolltrollef，Outdoorstation，Indoormonitof，Powersystem，VideoIntercom，andVideochannel.Ithasthehardwaredesignofvisual-speakingsystemforintelligentbuildinginthearticle,includingsupervisor,entrancemachineaswellasresidentmachine,anddesignsthehardwareelectriccircuitschematicdiagramofentrancemachine.ItconnectedbetweeneachhardwaremodulebyCANbus.Inordertostrengthenthefunctionoflong-distancgarrisonsandintelligencealarm,residentmachinebesidesthefunctionofvisual-speaking,alsointegratestheinterfaceofwindowanddoormonitoring，fire-alarmmonitoring,gasmonitoringandsecurityandsoon.
Keywords：
Videodoorphone,centercolltrollef，outdoorstation，indoormonito，CANbus，Networkcommunication
目录
第1章绪论1
1.1研究的背景及意义1
1.2相关研究的发展动态与现状2
1.3研究的主要成果4
第2章系统的总体设计5
2.1系统的基本组成5
2.2系统的工作原理8
2.3系统的主要功能8
第3章系统的网络通信设计10
3.1概论10
3.2独立的CAN控制器11
3.3CAN网络设计13
3.4CAN通信协议设计17
第4章系统的硬件设计19
4.1系统所用的单片机选型19
4.2门口机硬件模块设计19
4.3室内分机硬件模块设计21
4.4管理机硬件模块设计22
4.5系统的其它硬件设计23
第5章某小区可视对讲系统设计24
5.1小区可视对讲系统技术要求24
5.2某小区可视对讲系统概述24
5.3设计思想25
5.4可视楼宇对讲系统的设计原则25
5.5可视对讲系统设计26
第6章总结与展望31
6.1总结31
6.2展望31
致谢34
参考文献35
第1章绪论
1.1研究的背景及意义
智能楼宇的发展史，是一个从监控到管理的发展史。
1984年在美国康涅狄
格州哈特福德市，人们对一座旧的金融大楼进行了翻修改造，在楼内铺设了大
量的通信电缆，增加了程控交换机和计算机等办公自动化设备，并将楼内的机
电设备（如变配电、供水、空调和防火等设备）均用计算机控制和管理，实现了计算机与通信设施连接，向楼内的住户提供文字处理、语音传输、信息检索、发送电子邮件和信息资料等服务，实现了办公自动化、设备自动控制和通信自动化，成为智能楼宇第一次在世界上出现的标志。
智能楼宇主要是考虑建筑物的结构、机电系统、通信系统、办公系统和物
业管理系统之间的内在关系，进行优化组合，来提供一个投资合理，具有高效、
节能、舒适、便利的环境，使住户的生活更加便捷、舒适。
从20世纪80年代
起，由于微电脑技术的发展以及信号传输技术的进步，楼宇内部的中央监控系
统发生了巨大变化，对楼宇内的各种设备不需要一对一地进行配线和状态监测。
一对信号线就可以传送多种信号，所有设备的状态都可以显示于中央监控室内，
很容易进行操作和管理，不但节省了人力，而且提高了效率。
但是在控制方面，
由于当时的现场控制器价格昂贵，功能也不完善，大部分的系统运算处理，仍
需要集中到中央控制室内由主机进行处理。
当时中央监控系统的功能，多限于
设备初级状态的变化显示，直接进行控制管理，以及对现场传来的数据进行运
算处理等。
以前需要由中央监控主机完成的各种功能，在21世纪的今天，己经由一些
低价格、高处理能力的现场控制器所取代。
中央监控室的管理人员只要下达所
需的指令，现场控制器就会自动参考其它数据，进行运算处理并控制相关的设
备，以达到管理者的要求。
这样，中央监控系统的主机就不需要再负担大量的
数据运算工作，而中央监控系统的功能也逐渐由控制变为提供各种数据报表和
专项统计文件。
此时，“中央监控系统”的名称就逐渐变为“中央管理系统”，
其内涵的范围也由以前的集中监视、集中控制，扩大到集中监视、集中管理以
及分散式控制。
中央管理系统不断地将各种数据报表提供给管理人员，管理人
员通过分析数据报表，求得楼宇最低的运营成本（如节省能源、节省人工成本等），从而进一步提高楼宇的附加值。
当有灾害发生时，可以通过中央管理系统得知何时何地发生了何事故，便于事故处理人员迅速进行处理，减小事故带来的危害和影响。
智能楼宇是多学科、高新技术的巧妙集成，也是综合经济实力的表现，大
量高新技术竞相在此应用，使得高层建筑不再是一个城市的“孤岛”，而是一
个充满活力的、具有高工作效率的、有利于激发人们创造性的环境。
智能楼宇
是将楼宇自动化系统BAS（auildingAutomationsystem）、办公自动化系统OAS
和通信自动化系统CAS通过综合布线系统GCS有机地结合在一起,并利用系统软件构建智能楼宇软件平台;实时信息、管理信息、决策信息、视频信息、语音信息以及各种其它信息通过网络进行传输，实现信息共享，以达到安全、舒适和便捷的工作环境;以提高工作效率为目的，达到节约能源和管理费用;克服重复投资、控制系统的分离、服务缺乏保证、管理功能不全等缺点，来达到实现可持续发展的目标。
因此，智能楼宇代表了21世纪高层建筑的走向，具有强大的生命力。
1.2相关研究的发展动态与现状
1、可视对讲技术的发展动态与现状
对讲系统从上个世纪80年代兴起于日本和欧美，在欧美国家、香港、台湾
等地区己经采用了近20年，国外的可视对讲产品主要有韩国和日本品牌。
自从1992年起，国外的楼宇对讲产品制造商，陆续到中国大陆开拓市场。
楼宇对讲产品最早进入国内市场的是单户型与单元型楼宇对讲产品，并且功能比较单一，只能简单实现访客系统的基本功能。
自从2000年以来，有实力的生产厂家集中开发联网型楼宇智能产品，楼宇智能系统的集成度越来越高，首先实现了多门口机与多管理机系统，接着集成了安防报警、小区服务及信息发布等功能，另外，还有一些厂家还集成了三表远抄、监控以及巡更等系统，产品的性能也有进一步提高。
对讲系统的数字化、网络化、信息化以及智能化是楼宇监控今后发展的主要方向。
MOTOLORA公司2003年年底在中国国际高新技术成果交易会上推出了数字化可视对讲系统，该系统不但具有对讲、监视等基本功能，还有多媒体帮助、访客留影、信息发布、广告服务等先进功能。
当前采用的可视对讲系统是通过遥控摄像机及其辅助设备（如镜头，云台等）
直接监看被监视场所的情况，把被监视场所的图像和声音传送到监控中心，用
长时间录像机将图像记录在录像带上，为突发事件的及时反应和以后处理提供
了方便条件和重要依据。
虽然闭路电视监控系统在银行、商场等公共场所应用
广泛，但是在居住小区和楼宇公共安全防范系统中的应用却很少，一个重要的
原因就是闭路电视监控系统所需的多画面分割器、长时间录像机等硬件设备价
格昂贵。
随着可视对讲产品成本的进一步降低、市场继续扩大、新技术的不断引入，
可视对讲产品的功能也日趋多元化。
如门口机模块中引入图像识别技术、指纹
识别技术使系统更加人性化;采用音频和视频数字化技术、ARM嵌入式技术可
以使系统直接接入宽带网络;采用蓝牙技术可以实现免布线的无线楼宇对讲系
统等网。
目前，规模较大的生产厂家在销售、工程安装、服务方面的成本居高不
下，然而随着产品日趋标准化，工程安装服务社会化，产品成本也会逐步降低。
总之，楼宇可视对讲产品的发展已经到了一个全新的阶段，但是还有很多方面
不很成熟，未来楼宇可视对讲产品将向新的高度发展。
2、通信控制方式的发展动态与现状
楼宇可视对讲系统需要传输的信号主要有三类，分别是音频信号、视频信
号和数据信号。
在系统布线的过程中，需要重点考虑的是:
音频传输质量、视
频传输质量以及数据传送质量的优劣。
在介质材料上，目前主要以多芯线为主
流方式，视频信号用同轴电缆传送，音频、数据以及电源线通常用RVV线，也
可以使用网络线。
传统工业控制的通信方式一般采用RS232和RS485总线，其主要缺点是无
法构成多主结构，主节点任务繁忙，一旦主节点出现故障就可能引起整个系统
瘫痪。
数据通信方式为命令响应式，数据传输效率较低，同时当通信下端出现
异常时，数据不能立即上传，灵活性较差，不能适应实时性要求较高的场合，显然RS232和RS485总线不能满足可视对讲系统的要求。
从当前国内外现场总线在楼宇智能化系统中的应用情况来看，Lonworks总
线和CAN（ControllerAreaNetwork）总线使用较为广泛。
CAN总线在数据传输
方面有着显著的优势，它能够完全适应和胜任智能楼宇可视对讲系统的工作环境与要求，其协议的充分性和完整性，使CAN总线在数据通讯中具有很强的可靠性、实时性和灵活性，不会因网络负载重而导致网络瘫痪，其采用短帧结构使数据出错率极低，并且CAN总线的通信芯片价格低廉，使用方便；然而相比之下，Lonworks总线的成本较高，虽然它兼容TCP/IP协议，但是并不能取代上层局域网直接挂接到INTERNET网上，另外，其仲裁方式很容易因数据无限重发而导致网络瘫痪，由此可见，Lonworks总线与CAN总线相比，前者在智能楼宇应用没有优势。
所以，该设计方案采用CAN总线来构建智能楼宇可视对讲系统的网络平台。
1.3研究的主要成果
该课题的研究方案既不局限于单个住户的安防控制，又不超出当前国内城市居民的居住条件和经济水平。
由于数字信号要受到频率带宽与处理机运算速率的影响，在传输过程中不可避免存在语音或图像信号的延时，出现语音或画面停顿现象，并且数字系统由于需要高性能的硬件设施以及优化的软件设施，价格昂贵;然而采用微处理器控制的模拟通信系统在时延、抗干扰、价格、调试等方面具有显著的优势，所以该设计方案采用微处理器模拟控制技术和CAN总线通信技术。
此文所研究的主要成果如下：
1．运用了SCM强大的智能控制处理功能和CAN总线可靠、实时、灵活和安全
的通信功能，作为实现智能楼宇可视对讲系统的物理基础。
2．文中构建了基于两级CAN总线的智能楼宇通信网络平台，对CAN网络节点的硬件电路进行了设计，文中还对系统进行了网络配置，对CAN网络通信协议进行了设计。
3．文中提供了可视对讲系统门口机、住户分机以及管理机这三个部分的硬件设计，最主要的是设计出了某个小区的可视对讲系统图，实用性很强。
第2章系统的总体设计
2.1系统的基本组成
可视对讲系统由管理中心机、门口机、室内分机、系统电源、视频联网器、分支器等部件组成。
该系统采用CAN总线进行互联组网，网络采用分布式结构，可以根据住户的数量对系统的容量进行扩充，系统的基本架构如图2-1所示。
该系统可以使住户与访客之间的沟通变成住户、管理中心与访客三者之间的沟通。
图2-1系统的基本架构
可视对讲系统各部分介绍如下:
●管理中心机（如图2-2）
管理中心机是小区可视对讲系统的联网控制中心，将系统内的各小区主机、门口主机单元、住户分机有机地联系起来。
图2-2管理中心机硬件
其主要特点如下：
1）、128*64（图中）点阵的液晶显示，一屏可显示16*16的汉字48个;
2）、接收住户分机的呼叫信息，并可存储64条纪录;
3）、内置实时时钟和大容量非易失存储器，断电后信息不丢失;
4）、可查询呼叫纪录的完整信息，如报警地址、类型、日期、时间等;
5）、主动呼叫任一联网楼幢单元的住户分机;
6）、接收门口主机呼叫并双向通话，能主动打开各主机入口电控锁;
7）、支持单元之间户户通话;
8）、呼叫、监视各主机;
其主要功能如下：
管理中心机可以与楼内任一室内分机通话，也可以与门口机通话，可以进行全局广播或局部广播，发布各种服务信息等。
当住户分机自带防区功能时，管理机还可以显示楼内任一住户家庭的警情。
●门口机
门口机是对讲系统的楼幢出入口的公共部件，供访客和住户使用。
其特点如下:
1）、门口机可以呼叫本单元的各户分机，同时将图像送往各户，与之双向通话;
2）、门口机可接受分机指令，打开本单元的电控锁。
3）、门口机可呼叫管理中心，同时将图像送往管理中心（视频联网），并可与之双向通话，可要求管理机代开电锁等服务。
4）、门口机输入正确密码，可打开电控锁;可设置两个开锁密码，方便定期更换密码。
门口机实现功能：
摄录访客的图像和声音，并通过相应的信号线分配传输至住户分机或中心管理机。
门口机的设置内容包括以下两种类型：
（1）.系统参数设置：
由工程调试人员进行设置，包括系统配置类型、运行参数等
（2）.管理参数设置：
由管理人员进行设置和修改，包括开锁密码等项目。
●室内分机
室内分机可以显示门口机传送来的声音和图像，进行远程控制开锁等。
此外，住户分机还可以与管理中心直接联系，如紧急求救等。
室内分机功能：
1）、在门口主机键入房号，呼叫分机的操作将被启动。
对应房号的可视分机会打开显像屏幕，并发出长音“叮一咚”振铃音。
通话手柄，分机在30秒后自动关机。
2）、摘取通话手柄，可与来访者通话60秒，通话期间挂下手柄关机。
分机在被呼叫期间，可按下“开锁”键，打开相应的电子门锁。
3）、不论摘机与否，按下“呼叫”键即可向管理处发出普通呼叫信号。
4）、按下“监视”键，可打开显像屏幕约15秒，您能监视门前情况。
如果系统处于非空闲状态，您的监视将被拒绝，分机的“状态指示灯”用于指示目前系统状态。
如果连续有二次确认室外机，再按“监视”键，则屏幕切换显示室外机的图像。
5）、调节“对比度调节钮”可以使层次不清的图像达到满意效果;如果图像过于明亮或灰暗，您可以用“亮度调节钮”加以调节。
6）、管理中心呼叫用户分机时，分机发出“嘟一嘟”的振铃音;室外机呼叫分机时，铃音为短音“叮一咚”，其余操作同2、3、4步骤。
7）、本分机可直拨管理中心，操作步骤如下：
摘机手柄后，输入0000，按“#”键结束。
如果系统允许接通，则分机自动提示电话待机音。
管理中心摘机后，分机将自动接通与管理中心的通话。
2.2系统的工作原理
智能楼宇可视型访客对讲系统的工作过程如下：
来访者在门口机上按下住户房号，此时相应的住户分机振铃提醒住户，住户可以摘机与来访者通话，也可以通过住户分机上的显示器观察来访者，经确认后，住户可以按开锁键开启楼门上的电控锁使其进入。
来访者与住户的通话是公开的，管理人员可以在一旁监听。
当住户遇到紧急情况需要援助时，可以按求救键，呼叫管理中心，管理机在振
铃提示的同时显示求助者的楼层与房号，管理人员摘机后还可以与之通话。
反
之，中心管理机也可以呼叫楼宇内的任一住户分机。
住户进入楼门时，可以使用钥匙或者密码开启电控锁。
如果楼门上装有门禁系统也可以刷卡开启电控锁。
2.3系统的主要功能
智能楼宇可视型访客对讲系统可以实现以下具体功能:
（l）互联组网
系统采用标准总线结构，不同类型的住户分机和不同楼宇单元的管理机都
可以通过总线互联组网。
系统模块组合灵活，便于扩充，能满足住户不同需求。
（2）多路内部通讯
系统能使住户与管理中心、住户与住户之间相互呼叫和通话，亦可以实现门口机与室内分机之间的可视对讲功能，管理机还能同时接收楼宇内所有住户的报警求助。
（3）保安防盗
系统中保安防盗可以采用两种方式:
一种是室内分机自身具有多路防区的
报警功能;一种是专用的住户多路防区报警系统。
它们都具有延时防区和24小
时紧急防区，可以外接门窗监控、火警监控、瓦斯监控以及安全报警等报警设
施，也可向管理中心的电脑报警。
管理中心的电脑能记录报警的地点、房号等。
（4）远程控制开锁
一般在楼门处安装有摄像头，每个住户室内配置一个可视对讲住户分机。
当来访者在门口机上按下住户房号时，门口机即把该房号的编码送入信号控制
线，并开启声讯连接，被选中的住户分机与声讯线接通产生呼叫信号，门口机
接收到住户分机发出的回铃响应，门口机与该选中的住户分机之间即可进行双
向通话，同时住户分机上的显示屏开启，住户通过住户分机的屏幕，可以看来
访者的图像，通过图像决定是否开门。
管理中心的管理机也具有远程控制开锁
功能。
（5）家居报警功能
1）、关于报警防区
与室内外的某一特定区域或保护类型相关的一个或一组探头。
例如，24小时防区通常用于保护绝对不可被扰动的区域，如煤气、求助等;用于监视非法入侵的被称为防盗防区，如门磁、红外等。
2）、关于防区旁路
系统布防时，状态不正常的防区探头将自动被登记为不正常状态，系统布防后将不起任何作用，即被旁路防区的任何动作都不会产生报警。
防区被旁路后，系统的保护范围会降低。
如果在系统布防时，需布防的防区均处于不正常状态，则会导致布防失败。
3）、关于胁迫撤防
如果您被迫对系统撤防，您可以输入胁迫密码对系统撤防，这将发送一个胁迫报警，使得系统在撤防的同时，向管理中心发送一个分机静音的胁迫报警信息。
4）、关于在家布防
启动在家布防模式将自动旁路红外防区（防区2不起作用），并且没有出、入延时过程，防区1被触动后将立即报警。
第3章系统的网络通信设计
3.1概论
CAN总线（ConirollerAreaNetwork），又称控制器局域网，是Bosch公司在现代汽车技术中领先推出的一种多主机局部网，最早用于汽车内部监测部件与控制部件的数据通信网络。
由于CAN总线具有很强的纠错能力，支持差分收发，因而适合高噪声环境，而且传输距离比较远。
另外，由于PhiliPs，Motorofa，Intel等半导体制造商相继开发出了支持CAN协议的集成芯片，更是推动了CAN总线的应用。
现在，CAN总线的应用范围己经不再局限于最初的汽车行业，而是广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域，CAN总线己被公认为几种最有前途的现场总线之一。
1993年，国际标准化组织正式颁布了CAN总线的国际标准ISO11898。
CAN
协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连参考模型基础上的，主要工作在
数据链路层和物理层。
用户可在其基础上开发适合实际需要的应用层通信协议，
由于CAN总线具有极高的可靠性，从而使应用层通信协议得以大大简化。
CAN总线与其它几种现场总线相比，其可靠性极高，设计独特灵活，价格低廉，容易实现，其性能并不比其它现场总线差。
这也是目前CAN总线在众多领域被广泛应用的原因。
与国内传统的现场总线相比，CAN总线的数据通讯具有很强的可靠性、实时性和灵活性，其具体特性如下：
1、CAN可以实现多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动向网
络上的其它节点发送信息，而不分主次，而且在通讯中没有节点地址信息。
2、CAN网络上的节点信息可以分成不同的优先级，来满足不同的实时要求。
3、CAN采用非破坏性的总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，
低优先级的节点会依此退出发送，而最高优先级的节点正常发送，不会受到任
何影响，
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