基于ST7537HS1的多功能可視對講門(mén)禁系統的設計
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目前比較流行的門(mén)禁系統大都采用485總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，少部分廠(chǎng)家采用了抗干擾能力較強的工業(yè)控制總線(xiàn)(如CAN等)[1]。這些總線(xiàn)方式最大的問(wèn)題就是必須重新布線(xiàn)，這給安裝工作帶來(lái)了很大麻煩，成本也比較高。本設計利用現有的電力線(xiàn)路進(jìn)行數據信息傳輸，實(shí)現了一套具有指紋識別、智能開(kāi)鎖、可視對講、語(yǔ)音留言、智能報警的多功能家居門(mén)禁系統。
1 ST7537HS1調制解調器簡(jiǎn)介[2]
家庭自動(dòng)化調制解調器ST7537HS1是用模擬CMOS技術(shù)制作的，在半雙工模式中利用載頻123.45 kHz傳送和接收數據的家庭專(zhuān)用調制解調器，它的速率可達1 200 b/s。由于移幅鍵對噪聲和擴頻很敏感，線(xiàn)路復雜、價(jià)格昂貴，所以ST7537利用移頻鍵來(lái)傳輸。把從電力線(xiàn)過(guò)來(lái)的傳輸和接收數據所必須的各種功能塊都包含在芯片上，除了這個(gè)集成電路以外，外部器件僅需有線(xiàn)驅動(dòng)器、變壓器，再加上準備和解釋數據信息的微控制器。傳輸數據與額定內部信息數據以1 200 b/s異步進(jìn)入FSK調制器。在調制器中，數據變換為2個(gè)頻率(133.05 kHz表示“0”，131.85 kHz表示“1”)，這2個(gè)頻率由廉價(jià)的頻率為11.059 2 MHz的晶振產(chǎn)生。
在發(fā)送部分，從FSK調制器來(lái)的調制信號經(jīng)開(kāi)關(guān)電容帶通濾波器濾波后限制輸出頻譜和減少諧波器件的輸出電平。傳輸通道最后需要一個(gè)從電源放大器發(fā)出反饋信號的運算放大器。
在接收部分，進(jìn)來(lái)的信號進(jìn)入RAI輸入口后，信號被開(kāi)關(guān)電容帶通濾波器首次濾波。這個(gè)濾波器以載頻為中心，帶通范圍大約為12 kHz。濾波器的輸出信號以20 ｄB增益級放大，放大了的信號進(jìn)入混頻器進(jìn)行降頻變頻。最后，中心頻率為5.4 kHz的中頻帶通濾波器使信號在進(jìn)入FSK解調器前改善了信噪比，此中頻濾波器輸出口通過(guò)一個(gè)能取消接收信道偏移的外部電容與FSK解調器入口相連。此外，ST7537還有2個(gè)重要的功能：載波檢測和監控功能。
2 系統概述[3]
2.1 系統結構
可視對講門(mén)禁系統是一個(gè)基于多單片機通信的網(wǎng)絡(luò )，系統的結構框圖如圖1所示。
由系統框圖可以看出，系統主要由門(mén)口機和室內機組成，門(mén)口機和室內機之間通過(guò)電力線(xiàn)通信。安裝該裝置時(shí)，只需將電力線(xiàn)接口模塊插到電網(wǎng)中即可使用，簡(jiǎn)單方便，無(wú)需重新布線(xiàn)。
2.2 系統的工作過(guò)程
系統的工作過(guò)程為：當來(lái)人在樓宇入口通過(guò)室外機按下住戶(hù)房號鍵時(shí)，控制器將其轉變成ID碼發(fā)送給室內機，室內機接收到與自己相同的ID碼后進(jìn)入工作狀態(tài)，控制電子門(mén)鈴產(chǎn)生鈴聲，同時(shí)開(kāi)放可視對講，并且對視頻信號和音頻信號進(jìn)行30 s定時(shí)。若主人不在家，則30 s后啟動(dòng)模擬摘掛機電路并播放提示音提示訪(fǎng)客留言；若通過(guò)視頻辨認不接見(jiàn)來(lái)人，則關(guān)閉視頻及音頻信號；若決定接見(jiàn)來(lái)人，則摘機。若室內機檢測到已經(jīng)摘機，則終止30 s定時(shí)進(jìn)入通話(huà)狀態(tài)。主人的話(huà)音通過(guò)室內機的麥克風(fēng)傳輸到門(mén)口機的通話(huà)控制模塊處理后送揚聲器；而來(lái)人的話(huà)音則通過(guò)門(mén)口機的麥克風(fēng)傳輸到室內機通話(huà)控制模塊后送揚聲器，完成通話(huà)。主人若接見(jiàn)來(lái)人，則按下開(kāi)鎖鍵，室內機檢查到后，輸出開(kāi)鎖信號到門(mén)口機的開(kāi)鎖模塊，電控鎖動(dòng)作，門(mén)被打開(kāi)。主人掛機，室內機檢測到掛機信號，則輸出關(guān)閉視頻及音頻信號，復位到初始狀態(tài)。
除以上基本功能外，系統還具備語(yǔ)音留言、指紋開(kāi)鎖、智能報警和設置無(wú)人狀態(tài)等功能。
3 系統設計與實(shí)現
3.1 硬件設計
3.1.1 門(mén)口機設計
門(mén)口機安裝在樓宇的入口處，如圖2所示。具有指紋開(kāi)鎖、呼叫按鍵、對講、攝錄像等功能，它以AT89C51單片機作為核心，配以指紋識別[4]、視頻采集與控制、矩陣按鍵、電力線(xiàn)接口、電控開(kāi)鎖等模塊組成。系統采用TI公司的定點(diǎn)DSP芯片TMS320C642完成指紋信息的采集、預處理和識別。指紋傳感器采用FPS2000。視頻采集的攝像頭選用CCD(Chang-Coupled Device)攝像頭，工作電壓為12 V直流電壓，由系統電源供電，裝在單元樓門(mén)特制的防護門(mén)上。矩陣按鍵選用3×4行列式非編碼鍵盤(pán)，用鍵盤(pán)掃描方法實(shí)現一個(gè)單元12個(gè)住戶(hù)按鍵的選擇控制，從而控制相應繼電器的閉合和斷開(kāi)，實(shí)現視頻信號和音頻信號的采集傳輸。用戶(hù)可以通過(guò)指紋開(kāi)鎖，也可通過(guò)室內機發(fā)送開(kāi)鎖信號實(shí)現開(kāi)鎖。
3.1.2 室內機設計
室內機安裝在用戶(hù)室內，具有對講、圖像顯示、報警、錄放音、電控開(kāi)鎖等功能如圖3所示。主要由視頻顯示模塊、電控開(kāi)鎖、語(yǔ)音通路、語(yǔ)音錄放、模擬摘掛機和振鈴電路、報警模塊等幾部分組成。視頻顯示采用7″彩色液晶顯示。語(yǔ)音錄放使用ISD25120完成播放語(yǔ)音提示和留言信息存儲。當家中無(wú)人時(shí)，系統可實(shí)現模擬摘掛機并自動(dòng)播放語(yǔ)音提示訪(fǎng)客留言。當系統掛機后來(lái)客長(cháng)時(shí)間在門(mén)口逗留可發(fā)出報警音。
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