基于单片机的楼宇直按可视对讲门铃系统的设计
0 引言
城市居民楼单元入口大多数是敞开着的，这方便了居民的进出，但同时也给居民的生活带来了诸多的不便。例如，由于任何人都可随意进入居民楼道内，因此在居民楼道内我们随处能看到贴于墙上或楼梯台阶上的各类纸质广告，也能看到印刷于墙上或楼梯台阶上的各类广告，这既影响了楼道内的卫生，更影响了楼道的美观。本文介绍的楼宇防盗直按可视对讲门铃系统很好的解决了这些问题，该系统特别适于居民楼单元入口处防盗门安装使用。
1 楼宇直按可视对讲门铃系统工作原理
图1为其工作原理框图。该门铃系统以单片机AT89C2051作为控制核心，配以视频采集调理、呼叫铃音产生调理、主机键盘、音频输入后置调理、开锁及控制、音频输出前置调理、呼叫检测、视频及音频控制、摘挂机检测等模块组成。当来人按下房号键时，呼叫铃音产生模块产生的铃音信号经铃音调理模块调理后，一路经主机音频输入调理模块调理送喇叭供来人听铃音；另一路经房号键送分机喇叭产生呼叫主人的铃音，同时送入呼叫检测模块，AT89C2051通过 P17脚检测到门铃呼叫信号，其P16脚输出启动视频及音频信号到视频及音频控制模块，同时进行30s定时。若主人不在家或通过辨认不接见来人，则30s 后P16脚输出关视频及音频信号；若决定接见来人，则摘机。AT89C2051通过P33脚检测到已摘机，则终止30s定时进入通话。主人的话音音频信号经过前置调理模块调理后，由AI/O线传到主机音频输入调理模块调理后送喇叭供来人听话，而来人的话音音频信号经前置调理模块调理后混入AI/O线，由分机音频调理模块从AI/O线取出调理后送耳机发声，完成通话。主人通过通话询问并从显示器中观察来人，决定接见则按下开锁键，AT89C2051检查到后其P15脚输出开锁信号到开锁控制模块，经AI/O线送到门口主机的开锁模块，控制防盗门电控锁动作，门被打开。主人挂机，AT89C2051通过P33 脚检测到挂机，则P16脚输出关视频及音频信号，恢复收铃状态。另外，主人还可按主动监视键，来显示来人或查看门外的情况。
2 楼宇直按可视对讲门铃系统硬件电路设计及实现
图2所示为该楼宇直按可视对讲门铃系统硬件电路原理图。
2.1 呼叫铃音产生调理模块设计及实现
铃音信号可用软件或硬件模拟合成，也可用集成音乐片。经综合考虑，选用可用于线性放大器和RC振荡器的六反相器4069、配以图2 a中R1～R11、C1～C4、Q1（9014）、Q4（A940）、D2来模拟合成铃音信号。其中C1、C2串联得到0.5μ电容，与R1、R2及 4069的1、2两个反相器构成RC振荡电路以产生合成铃音的所需的信号，该信号经4069第3个反相器反相，R3限流送Q1的b极，放大后的信号一路由 Q1的e极输出并经R5、R6和4069第6个反相器组成的线性放大器放大后，与Q1的c极输出的一路放大信号混合，再经4069第5个反相器反相，然后与C3从Q1的e极取得的另一路信号混合，最后由4069第4个反相器反相得到合成的模拟铃音信号输出。Q4、R7～R11、C4、D2为4069提供工作电源。当无房号键按下时，限流电阻R8断路，因R7的偏压，Q4截止；当按下房号键时，Q4导通，c极输出电压，一路经R9、R10分压，C4滤波提供 4069的工作电压，起到了保护4069的作用；另一路经D2单向截止，R11降压后提供呼叫时LM386等的工作电压。
为提高输出铃音信号的驱动能力和传输距离，设计了图2a中由限流电阻R12～R14、Q2（9015）、Q3（8050）、D1、C5、C7组成的铃音调理模块。当按下房号键时，铃音信号经R12限流后由Q2的e极输入，c极输出到Q3的b极进行放大后从Q3的c极输出，一路由C5取出，经 LM386再次放大后送主机喇叭供来人听呼叫铃音；另一路由C7取出混入HJK线，经按下的房号键直接送分机喇叭产生呼叫主人的铃音。D1起单向截止作用。
2.2 主机键盘、呼叫及摘挂机检测模块设计及实现
主机键盘所有房号键的一端连主机的HJK，另一端各自连对应分机的X0X。为便于来人在光线暗淡或夜间辨认房号键，设计了由发光二极管LED构成的键盘光源系统。其控制电路由图2a中的Q5（A940）、限流电阻R15和R16、偏压光敏电阻RS构成。当光线强时，RS阻值很小，Q5截止，LED不发光，降低了功耗。当光线暗时，RS阻值很大，Q5的c极输出电压，LED发光。设计时每个LED并联，这虽增加了主机键盘设计的复杂性，但解决了同类产品因LED串联，一个损坏，其余均不能再提供光源的缺陷。
设计的呼叫检测模块由图2b中的D1、R2、R3、C1、Q1（9014）及AT89C2051的P17 脚及其上拉电阻R1构成。当来人按下房号键，由X0X线传来的门铃呼叫信号一路经喇叭发出门铃呼叫音，另一路经过D1反向截止，R3与C1组成的充放电电路，由R2驱动Q1导通，使AT89C2051的P17脚的电平由高变低，完成呼叫检测。设计的摘挂机检测模块由图2b中的压键开关、AT89C2051 的P33脚及其上拉电阻R6组成，一旦摘机，压键开关转换状态，P33脚的电平由高变低，完成摘机检测。反之，完成挂机检测。
2.3 视频采集调理模块和视频及音频控制模块设计及实现
视频采集调理模块选用工作电压为DC12V，内部自带视频调理的CCD摄像头模块，其输出视频信号传输距离远，直接由图2a中的C18取出后送VI线，无需其它外围电路，简化了系统电路设计。
设计的视频及音频控制模块由图2b中的Q4～Q6（9014）、Q7（A940）、限流电阻R10～R15、偏压电阻R16、D3～D5、继电器、 AT89C2051的P16脚及其上拉电阻R9组成。视频显示器选用工作电压为15V的国产4寸黑白扁平显像管模块。为控制VI线输入的视频信号，设计时选用单刀双掷电磁继电器并利用其常开触点，R15对继电器线圈起限流保护，D3起续流保护。待机时，P16脚输出高电平，Q4导通，Q5～Q7截止。当 AT89C2051检测到呼叫信号或按主动监视键时，P16脚输出低电平，Q4截止，Q5导通使Q7导通，V+线送来的18V直流电源经Q7的c极输出，一是提供继电器线圈工作电压和视频显示器15V稳压片的输入电源；一是经D4单向截止提供音频模块输入电源，再经D5单向截止由VK线给主机的摄像头和音频模块提供输入电源。Q6导通，继电器吸合给视频显示器提供视频信号。
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