摘  要： 在分析家居title="門禁系統(tǒng)">門禁系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)上,，結(jié)合實(shí)際情況，提出了基于家庭自動化專用modem ST7537HS1和AT89C51單片機(jī)的多功能可視對講門禁系統(tǒng)的總體方案與系統(tǒng)構(gòu)成,，并討論了系統(tǒng)的硬件組成,、工作原理及其軟件實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用現(xiàn)有的220 V電力線作為通信總線,，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸線路與動力線路的合二為一,。
關(guān)鍵詞： 可視對講；門禁,；ST7537HS1,；電力線載波,；指紋識別

    隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，可視對講系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代城市新建小區(qū)的居民樓中,，它可以較好地改善現(xiàn)代居民居住環(huán)境的安全問題,。但是對于那些老小區(qū)，原來施工建設(shè)時并沒有考慮設(shè)置門禁系統(tǒng),，如何較好地保障這些小區(qū)居民的良好環(huán)境和安全就成了一個急需解決的問題,。
    目前比較流行的門禁系統(tǒng)大都采用485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，少部分廠家采用了抗干擾能力較強(qiáng)的工業(yè)控制總線(如CAN等)[1],。這些總線方式最大的問題就是必須重新布線,，這給安裝工作帶來了很大麻煩，成本也比較高,。本設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有的電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸,，實(shí)現(xiàn)了一套具有指紋識別、智能開鎖,、可視對講,、語音留言、智能報(bào)警的多功能家居門禁系統(tǒng),。
1 ST7537HS1調(diào)制解調(diào)器簡介[2]
    家庭自動化調(diào)制解調(diào)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(shù)據(jù)的家庭專用調(diào)制解調(diào)器，它的速率可達(dá)1 200 b/s,。由于移幅鍵對噪聲和擴(kuò)頻很敏感,，線路復(fù)雜、價格昂貴,，所以ST7537利用移頻鍵來傳輸,。把從電力線過來的傳輸和接收數(shù)據(jù)所必須的各種功能塊都包含在芯片上，除了這個集成電路以外,，外部器件僅需有線驅(qū)動器,、變壓器，再加上準(zhǔn)備和解釋數(shù)據(jù)信息的微控制器,。傳輸數(shù)據(jù)與額定內(nèi)部信息數(shù)據(jù)以1 200 b/s異步進(jìn)入FSK調(diào)制器,。在調(diào)制器中，數(shù)據(jù)變換為2個頻率(133.05 kHz表示“0”,，131.85 kHz表示“1”),，這2個頻率由廉價的頻率為11.059 2 MHz的晶振產(chǎn)生。
    在發(fā)送部分,，從FSK調(diào)制器來的調(diào)制信號經(jīng)開關(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從電源放大器發(fā)出反饋信號的運(yùn)算放大器。
    在接收部分,，進(jìn)來的信號進(jìn)入RAI輸入口后,，信號被開關(guān)電容帶通濾波器首次濾波,。這個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(diào)器前改善了信噪比，此中頻濾波器輸出口通過一個能取消接收信道偏移的外部電容與FSK解調(diào)器入口相連,。此外,，ST7537還有2個重要的功能：載波檢測和監(jiān)控功能。
2 系統(tǒng)概述[3]
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    可視對講門禁系統(tǒng)是一個基于多單片機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò),，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。

    由系統(tǒng)框圖可以看出，系統(tǒng)主要由門口機(jī)和室內(nèi)機(jī)組成,，門口機(jī)和室內(nèi)機(jī)之間通過電力線通信,。安裝該裝置時，只需將電力線接口模塊插到電網(wǎng)中即可使用,，簡單方便,，無需重新布線。
2.2 系統(tǒng)的工作過程
    系統(tǒng)的工作過程為：當(dāng)來人在樓宇入口通過室外機(jī)按下住戶房號鍵時,，控制器將其轉(zhuǎn)變成ID碼發(fā)送給室內(nèi)機(jī),，室內(nèi)機(jī)接收到與自己相同的ID碼后進(jìn)入工作狀態(tài)，控制電子門鈴產(chǎn)生鈴聲,，同時開放可視對講,，并且對視頻信號和音頻信號進(jìn)行30 s定時。若主人不在家,，則30 s后啟動模擬摘掛機(jī)電路并播放提示音提示訪客留言,；若通過視頻辨認(rèn)不接見來人，則關(guān)閉視頻及音頻信號,；若決定接見來人,，則摘機(jī)。若室內(nèi)機(jī)檢測到已經(jīng)摘機(jī),，則終止30 s定時進(jìn)入通話狀態(tài),。主人的話音通過室內(nèi)機(jī)的麥克風(fēng)傳輸?shù)介T口機(jī)的通話控制模塊處理后送揚(yáng)聲器；而來人的話音則通過門口機(jī)的麥克風(fēng)傳輸?shù)绞覂?nèi)機(jī)通話控制模塊后送揚(yáng)聲器,，完成通話,。主人若接見來人，則按下開鎖鍵,，室內(nèi)機(jī)檢查到后,，輸出開鎖信號到門口機(jī)的開鎖模塊,，電控鎖動作，門被打開,。主人掛機(jī),，室內(nèi)機(jī)檢測到掛機(jī)信號，則輸出關(guān)閉視頻及音頻信號,，復(fù)位到初始狀態(tài),。
    除以上基本功能外，系統(tǒng)還具備語音留言,、指紋開鎖,、智能報(bào)警和設(shè)置無人狀態(tài)等功能。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1 硬件設(shè)計(jì)
3.1.1 門口機(jī)設(shè)計(jì)
    門口機(jī)安裝在樓宇的入口處,，如圖2所示,。具有指紋開鎖、呼叫按鍵,、對講,、攝錄像等功能，它以AT89C51單片機(jī)作為核心,，配以指紋識別[4],、視頻采集與控制、矩陣按鍵,、電力線接口,、電控開鎖等模塊組成。系統(tǒng)采用TI公司的定點(diǎn)DSP芯片TMS320C642完成指紋信息的采集,、預(yù)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(tǒng)電源供電，裝在單元樓門特制的防護(hù)門上,。矩陣按鍵選用3×4行列式非編碼鍵盤,，用鍵盤掃描方法實(shí)現(xiàn)一個單元12個住戶按鍵的選擇控制，從而控制相應(yīng)繼電器的閉合和斷開,，實(shí)現(xiàn)視頻信號和音頻信號的采集傳輸,。用戶可以通過指紋開鎖，也可通過室內(nèi)機(jī)發(fā)送開鎖信號實(shí)現(xiàn)開鎖,。

3.1.2 室內(nèi)機(jī)設(shè)計(jì)
    室內(nèi)機(jī)安裝在用戶室內(nèi),，具有對講、圖像顯示,、報(bào)警,、錄放音,、電控開鎖等功能如圖3所示。主要由視頻顯示模塊,、電控開鎖,、語音通路、語音錄放,、模擬摘掛機(jī)和振鈴電路,、報(bào)警模塊等幾部分組成。視頻顯示采用7″彩色液晶顯示,。語音錄放使用ISD25120完成播放語音提示和留言信息存儲。當(dāng)家中無人時,，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)模擬摘掛機(jī)并自動播放語音提示訪客留言,。當(dāng)系統(tǒng)掛機(jī)后來客長時間在門口逗留可發(fā)出報(bào)警音。

3.1.3 電力線接口模塊設(shè)計(jì)[2]
    電力線接口模塊由線驅(qū)動器和線接口組成,，其主要功能為：
    (1)發(fā)送模式中,，將ST7537送來的傳送信號(ATO)放大和濾波；
    (2)接收模式中,，從電力線給ST7537的接收口提供接收信號,；
    (3)有抵制尖峰脈沖和過載的保護(hù)電路。
    電力線接口模塊框圖如圖4所示,。

    圖4中,，線驅(qū)動器起放大ST7537的輸出信號（ATO）的作用。為了使線驅(qū)動器適用于電力線,，使用了線接口,。在線接口中，使用了變壓器,，其功能為：
    (1)把其他電路與電力線隔離開,；
    (2)把傳輸信號送到電力線上去；
    (3)從電力線中提取出接收信號,；
    (4)濾除傳輸信號中的諧波,。
    電力線接口模塊的電路原理圖如圖5所示。

    圖中復(fù)合晶體管Q6,、Q4,、Q3、Q1組成推挽式放大器,。電阻R1,、R8可使放大器獲得最佳性能。當(dāng)RX/TX=0(接收模式)時,，ST7537輸出信號PABC=1和PABC=0使雙極型晶體管Q5和Q6截止,，切斷了功率放大器的電源,，功放不工作。
    變壓器由1個主繞組和2個副繞組組成,。繞組比例為4：1：1,，其參數(shù)為：L1繞組9.4μH；L2繞組140 μH,；C4=7.2 nF(在實(shí)際工作中選擇6.8 nF最接近這個值),。為了防止非線形畸變，C11的線性必須非常好,，C12濾除從電力線過來的50/60 Hz的信號,，并有短路保護(hù)功能。當(dāng)相位不知時, 使用附加電容C13加到C12上去,，組成放電回路,，避免發(fā)生觸電危險。
    為了避免尖峰信號對電路的破壞,，采用了一個雙向穩(wěn)壓管,，當(dāng)電壓值等于大于穩(wěn)壓管電壓時，穩(wěn)壓管就會短接到地,，從而保護(hù)接口電路的器件不會被燒壞,。
    系統(tǒng)主電源采用220 V交流供電，經(jīng)過變壓器,、二極管等器件組成整流穩(wěn)壓電路后,，輸出 12 V/2 A直流電，對用戶分機(jī)和門口機(jī)進(jìn)行供電,。同時還配置有不間斷電源,，在遇到短時間的停電時仍能保證可視對講門口機(jī)的正常使用。
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)采用單片機(jī)匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì),，分室內(nèi)機(jī)和門口機(jī)兩部分,，由系統(tǒng)不同狀態(tài)的處理和切換組成，主要實(shí)現(xiàn)待機(jī),、信號采集,、開鎖控制、語音錄放,、報(bào)警等功能[5],。指紋識別采用專門的DSP芯片完成。門口機(jī)和室內(nèi)機(jī)的程序流程圖如圖6所示,。

    該可視對講門禁系統(tǒng)采用了ST7537家庭自動化調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)了信號在電力線中的傳輸,，不需要另外鋪設(shè)通信線路，也不占用頻帶，是一種現(xiàn)有條件下實(shí)現(xiàn)可視對講門禁的簡單有效方法,。
參考文獻(xiàn)
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