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河海大学 硕士学位论文 智能小区信息发布系统的设计与实现 姓名：黄银晓 申请学位级别：硕士 专业：检测技术与自动化装置 指导教师：薛云灿 20080301 河海大学硕士学位论文 摘要 摘要 信息发布系统是小区管理中心发布通知、公告的一个重要渠道，方便了物业 管理和小区居民的生活。传统的小区信息发布系统多数采用布告栏和电子公告牌 的形式来实现，这种形式的缺点在于住户获取信息不及时，获取信息的渠道不方 便，这样的状况也是与现代智能小区的智能化管理相悖的。随着经济的发展和人 民生活水平的提高，传统的小区信息发布系统已经不能满足人民生活的需要，因 此本文对传统的小区信息发布系统进行了改进。 本文设计的智能小区信息发布系统和楼宇可视对讲系统相结合，并集成家庭 安防系统、门禁系统、周界防范系统等诸多子系统，是智能小区管理的一个新模 式这种模式下，小区的通知、公告等将直接传递到小区住户的楼宇对讲的可视 户内分机，住户可在户内分机直接查阅消息。整个系统布线相对简单，兼容性和 扩展性能良好，具有广泛的实用价值。 本文主要工作有以下几个方面： 首先，本文设计了智能小区信息发布系统，该系统主要分为3 大部分包括信 息发布管理中心上位机，门口主机和户内分机。管理中心上位机和门口主机之间 通过小区局域网以T C P f l P 协议通信，门口主机和户内分机机则通过R S 4 8 5 总线 通信。门口主机与管理中心上位机之间设有串口服务器，串口服务器对接收到的 数据包进行协议转换，实现数据在系统的正确有效传输。 其次，本文构建了信息发布管理中心上位机软件，管理界面利用N E T 解决 方案，数据库采用S Q L 2 0 0 5 ，后台运行C 群程序，可实时发送数据以及实现数据 的入库和展示等操作。实现小区的信息发布、值班管理、物业管理等功能。 最后，规划通信协议，使得从上位机软件发送的信息，通过以太网、R S - 4 8 5 总线，到达户内机。信息被存储在户内机内，并利用视频字符叠加技术实现在 C R T 上的显示，供住户查阅。 关键字：智能小区信息发布R S - 4 8 5 总线字符叠加 河海大学硕士学位论文 A b s t r a c t A b s t r a c t I ti s 锄i m p o r t a n ta p p r o a c ho ft h em a n a g e m e n tc e n t e ro f t h ec o m m u n i t yt oi n f o r mt h e r e s i d e n tf r o mI n f o r m a t i o nD i s t r i b u t i o nS y s t e m I ti sc o n v i e n tf o rm a n a g e m e n ta n dp e o p l e sl i f e I n m o s tt r a d i t i o n a lI n f o r m a t i o nD i s t r i b u t i o nS y s t e mo f t h ec o m m u n i t y ，m e s s a g eb o a r da n de l e c t r o n i c b u l l e t i nb o a r da r eu s e dt os e n d i n gm e s s a g e b u thh a st h ed i s a d v a n t a g eo fc o n v e n i e n c ea n d i m t a n c y I ti sa l s oc o n t r a r yt ot h ed e m a n do f m o d e mi n t e l l i g e n tm a n a g e m e n ta tP r e s e n t W i t ht h e d e v e l o p m e n to f e c o n o m y a n dt h ei m p r o v e m e n to f p e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d s ，t h et r a d i t i o n a ls y s t e m c a n ts a t i s f yt h er e s i d e n t S os o m ei m p r o v e m e n to nt h et r a d i t i o n a ls y s t e mh a v eb e e nd o n ei nt h i s p a p e r T h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t yI n f o r m a t i o nD i s t r i b u t i o nS y s t e mi si nc o m b i n a t i o nw i t hv i s u a l d i a l o g u es y s t e m H o m es e c u r i t ys y s t e m ，d o o ra c c e s ss y s t e ma n db o r d e rg u a r ds y s t e mi n t e g r a t e i n t ot h es y s t e m I ti san e wm o d e lf o rt h em a n a g e m e n to f i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y M e s s a g e sw i l lb e d e l i v e r e dd i r e c t l yt ot h ev i s u a ld i a l o g u ep h o n e ，f r o mw h i c ht h e c l i e n tc a nv i e wt h em e s s a g e c o n v i e n t l y T h ew i r el a y o u to ft h es y s t e mi ss i m p l e , t h ec o m p a t i b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t yo ft h e s y s t e mi si ng o o ds h a p ea n dt h es y s t e mh a se x t e n s i v ep r a c t i c a b i l i t ya n dm a r k e tv a l u e T h em a i n w o r k sa l ea sf o l l o w ： F i r s t l y , i n t e l l i g e n tc o m m u n i t yI n f o r m a t i o nD i s t r i b u t i o nS y s t e mc a nm a i n l yd i v i d ei n t o3p a r t s ， t h em a n a g e m e n tc e n t e ro fi n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o n ，t h eo u t d o o rd i a l o g u ep h o n ea n dt h ev i s u a l d i a l o g u ep h o n e T h em a n a g e m e n tc e n t e rc o m m u n i c a t ew i t ht h eo u t d o o rd i a l o g u ep h o n ei nT C P I P p r o t o c o lt h r o u g ht h el o c a la l g an e t w o r k T h e r ei saS e r i a lP o r tS e r v e rb e t w e e nt h e m I ta c t st h e p r o t o c o lc o n v e r t i n go nt h ed a t a T h ev i s u a ld i a l o g u ep h o n el i n k s 叩t ot h eo u t d o o rd i a l o g u ep h o n e b yR S - 4 8 5n e t w o r k S e c o n d l y , t h i sp a p e rp o i n t so u t t h ec o n s t i t u t i o nd e s i g no ft h es o f t w a r eo fI n f o r m a t i o n D i s t r i b u t i o nS y s t e m , i n t r o c d u c e st h ea p p l i c a t i o no fS Q L 。C 蕺N E Tt e c h n o l o g y , g i v e st h ed a t a b a s e d e s i g no ft h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , t h r o u g hr e a l t i m es u p e r v i s i n g $ e l v c l ft og e td a t ab yC # p r o g r a mm i m i n gb a c k g r o u n d T h ei m p l a n t a t i o no fi n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o na n dm a n a g e m e n t s 笋t e ma r ep r e s e n t A tl a s t t h r o u g ht h em a n a g e m e n ts o f t w a r e , t h ei n t e m e ta n dt h eR S - 4 8 5n e t w o r k , t h em e s s a g e i sd e l i v e r e dt ot h et e r m i n a ld e v i c e sa n di t 啪b es a v e da n dd i s p l a y e di nt h eC R T An e w t e c h n o l o g yo ft h et e r m i n a ld i s p l a yi sd e s i g n e df o rt h em e s s a g ep r o m u l g a t e di nc o m m u n i t yb y u s i n ga nO S D c o n t r o l l e r K e y w o r d s ：I n t e l l i g e n tC o m m u n i t y , I n f o r m a t i o nD i s t r i b u t i o n ，R S - - 4 8 5n e t w o r k , O S D 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：聋垒整2 0 0 8 年；月渺日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所( 含万方数据库) 、国家图 书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位 论文的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内 的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布 ( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：盔竖整塑 2 0 0 S 生g 月 日 1 1 智能小区的概念 第一章绪论 随着知识经济和网络经济时代的到来，住宅智能化己经成为全新生活方式的 根本保证。在社会信息化飞速发展的今天，人们对住宅的关注已经不再局限于居 室面积、周边环境、交通等方面，建筑已经不仅是一个遮风挡雨，保暖防寒的庇 护所，进而成了一个有感觉、能反应、可以传递信息和判断决策，特别是能适应 各种变化条件的一个安全，高效，舒适的生活、工作环境。面对这样繁重而复杂 的任务，建筑的设计与营造必须要具有现代化理念，开发采用现代化技术和运用 现代化管理【l , 2 1 。这就要求将智能化融入建筑之中，采用先进的科技手段延伸服 务功能。智能化小区正是在这种新的理念下应运而生。 智能小区是在智能化大楼的基本含义中扩展和延伸出来的，它通过对小区建 筑群四个基本要素( 结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联) 的优 化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的居住 环境。由于“智能化”是一个相对的概念，“智能化”技术本身也正在不断地发展、 完善、直至成熟，因此智能小区智能化是一个过程，它应当随着智能化技术的发 展和人们需求的不断增长而增长。 总的来说，智能小区是利用现代4 C ( 即计算机、通讯与网络、自控、I C 卡) 技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智 能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快 捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境1 3 1 。 小区的智能化系统可分为家庭智能化系统、网络布线和管理中心三层结构。 家庭智能控$ I l t 4 J 包容了家庭所需的所有功能，它以新技术来简化操作、方便用户、 提高系统的智能化；网络布线的建设，将三者紧密地结合成一个统一的智能网络， 并充分考虑到将来对宽带的需求；智能小区综合管理中心既是小区智能网络的管 理中心，又是将小区局域网同广域网连接起来的通道。 1 2 国内外住宅小区信息智能化发展的现状 1 2 1 国外智能小区的发展 随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展，智能化建筑在 河海大学硕士学位论文第一章绪论 发达国家应运而生，智能住宅起源于美国，1 9 8 4 年美国哈特福特市将一座旧式大 楼改造，并且对大楼的空调、电梯、照明、防盗等设备采用计算机进行监测控制， 为客户提供语音通信、文字处理、电子邮件和情报资料等信息服务，被称为世界 上第一座智能化大楼，随后智能住宅在各国相继形成热潮 在国外，智能小区英文名为“S m a r t H o m e r s ”，即通过一个高度集成的通信 和计算机网络，将住宅小区安全防范系统、公共服务系统和信息系统连接起来， 建立集成平台与小区信息控制中心，各个系统既独立运行又共享网络软硬件资 源，实现智能化与最优化，为小区住户营造出一个安全、舒适、自由、现代话的 生活环境空间。现在已有不少国家，如加拿大、澳大利亚等开发了这种智能网络 家居社区。这些社区都通过电子手段提供与社区有关的信息和服务。这种方式不 仅缩短了人们在地理上的距离，而且给用户带来了许多方便。通过I n t e m e t ，社 区向其住户提供国内外新闻、社区内新闻以及住户自己感兴趣的新闻。另外，还 有交通信息、天气形式、地区性活动、商业区地图等。而智能社区最重要的是服 务，这些社区提供了如医疗、婴儿看护、宠物照顾、病人监护、电子图书馆、网 上学校、预定旅店、饭馆、酒吧、看电影、逛公园等项目，住户可以根据自己的 爱好进行选择【5 】。此外，在住户家庭内部联成局域网。将自家的所有电器进行智 能控制，支持多台电脑。住户可以远程监视、控制家中的各种设备，如提前打开 空调、开关灯、收发传真等一系列内部事务。这一智能化控制使得整个小区的智 能化水平又提高了很多。 为发展智能化住宅，美国政府宣布成立了“智能化住宅技术合作联盟”。一 个由联邦政府、住宅开发商、制造商、保险商、财政机构等组成的组织，对住宅 智能化技术、产品、应用系统等进行测试、规范，引导新技术进行住宅设计和建 造。目前，全球最大的智能化住宅群也位于美国，其占地3 3 5 9 公顷，约由8 0 0 0 栋小别墅组成，每栋别墅设置有1 6 个信息点，仅综合布线造价就达2 2 0 0 万美元。 在美国，还建成了一个“无现金小区”。在该小区中。实现了用电子货币取代现 金，其功能涉及信用卡、网络结算、电子交换、信息安全资信度等。 欧洲在1 9 8 6 9 把集成化的家庭系统研究列入尤利卡计划，大力进行研究。在 2 0 世纪8 0 9 代，欧洲电气标准化委员会制定了家用数字总线标准，进一步规范了 智能住宅技术标准。 就日本居住小区的智能化情况来看，它主要有两个特点和目的。第一，住宅 智能化以住户舒适、方便、经济为目的，节能和功能的考虑是智能化设计的重点； 第二，小区智能化是为物业管理带来高效率的工作条件，从而更大程度地满足了 居民的需求。 由于通信基础设施比较发达，日本居住小区不少已有物业管理地局域网，居 民可借此享受高效的物业服务，也可以通过物业中心或自身向公共网络进行通 2 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 信，或由物业地局域网向外进入公共网络，进行所谓的电子购物、电子银行、电 子商务和电子咨询。日本居住小区建设十分重视住宅的节能问题，太阳能的利用 比较普遍。在节水、节电方面都有比较成熟的技术应用。在建筑物的保暖节能方 面，规范中对建筑物的围墙结构，分层厚度及选用的保暖材料等均做出了具体的 规定。在采光方面，也有许多具体的节电措施。 不久前，日本推出一种名叫智能住宅的预制房屋，它集控制、管理、通信和 检测为一体，在生活起居等活动的每个环节都设计相应的智能化设施。例如在卫 浴间中可以测量人的血压、脉搏和体重等，还可以通过人的排泄物分析出其健康 状况，以上信息被储存后，可以随时调用和分析I l J 。 在东南亚，新加坡的智能建筑技术研究处于领先水平。如宝德胜家庭智能化 系统，己经用于3 0 多个住宅小区。在“9 8 亚洲家庭电器与电子消费品国展览会” 上展示的“未来之家”，其智能品质受到人们的关注。智能住宅系统具有家庭安 全自动化，家庭设备自动化和家庭通讯自动化的功能。 1 2 2 国内智能小区发展 智能化小区在国内的发展是从1 9 9 9 年开始起步的，但最早的尝试则起于1 9 9 5 年3 月由国家科委正式批准启动的国家首批重大科技产业工程项目“2 0 0 0 年小康 型城乡住宅科技产业工程”，作为国家九五科技计划中惟一的双重项目，它重在 以科技为先导，促进住宅科技与住宅建设的全面结合。在政府官员看来，小康住 宅小区是一种载体，要求提高科技含量来提高住宅的功能质量。随着通讯技术和 产业的迅速发展，建设部希望小康住宅发展时进行综合布线，引进网络内容。可 以预测，将来的小康住宅不仅会成为建筑材料业、房地产业新的经济增长点，有 可能给竞争激烈的I T 行业开辟一个新战场。 1 9 9 9 年1 2 月3 0 E l ，全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导 则( 试行稿) 的颁布，规范了智能化小区必须具备的三大系统，包括什么内容， 实施时的主要要点。2 0 0 0 年建设部根据此导则开始在全国进行智能化小区试点， 标志着我国正式开始智能化试点。由于我国住宅小区具有楼宇相对密集、居住人 口多等特点，可以充分的发挥智能化小区的管理优势，在短短的几年时间里，智 能小区在全国得到了极快地推广和发展 6 , 1 。目前，建设部正组织实施全国住宅 小区智能化示范工程。根据建设部规定，将智能建筑分为三个层次：即普及型住 宅小区，先进型住宅小区与领先型住宅小区。但是，如何实现建设部所提出以上 三种小区的智能化设计与施工，存在多种不同的实施方式。其中不少方式缺乏可 行、廉价的技术支持，并且采用的产品品种繁多，无法实现集成。使得效果不佳， 住户不满意。 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 根据建设部规定，普及型住宅小区应实现六项智能化要求：住宅小区设立计 算机自动化管理中心；水、电、气等自动计量、收费，住宅小区封闭；实行安全 防范系统自动化监控管理；住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警；住宅设置 紧急呼叫系统；对住宅小区的关键设备、设施实行集中管理，对其运行状态实施 远程监控。 2 0 0 3 年2 月1 7 F t 居住小区智能化系统建设要点与技术指导印发，目前的 小区智能化的系统配置基本上按照该文件的系统配置，此时的智能小区已经基本 上走向成熟，也正是在这个阶段，小区的智能炒作开始了。现在大部分的智能小 区运行时间只有短短几年时间，但也正是在这短短几年时间里展现出来的是小区 智能化的发展前景十分广阔，市场潜力巨大，而且必将成为我国住宅市场的主流。 智能小区是住宅业发展的必然趋势，在我国广泛推广还需要一段比较长的时 间。我们相信，经过国内外的专家学者、科研院所和相关企业的不断努力，必然 会有一个美好的未来，在我国也必将有着很好的发展前景和积极趋势。 1 3 智能小区信息发布系统研究的现状 信息技术的发展日新月异，小区的智能化设施也伴随着更新换代，但是由于 商业运筹、价格、技术等诸多原因。虽然许多新的技术应用在小区智能化设施上， 使得小区生活空间更加安全、舒适、便捷、高效，但是在实际应用中还是以一些 普通的、技术相对成熟、价格低的产品设施为主。比如在楼宇对讲方面，起主导 作用的还是普通的楼宇对讲系统。主要原因就在于普通楼宇对讲系统用于千家万 户，属于公共设施。因此要求普通楼宇对讲系统耐用性高，同时价格低，系统维 护方便。虽然现在有很多数字化的楼宇对讲出现，但在实际中更多楼宇对讲还是 普通的楼宇对讲系统。 近年来智能小区信息发布系统一直主要以在小区门口处设立一个电子公告 牌或公告栏的形式出现，离小区智能化还有一定的距离。这种信息发布形式不方 便的地方在于，信息传递方式比较被动，不能把信息及时有效的传递到住户，这 样对于住户和小区管理中心都是不利的。 随着信息技术的发展，人们生活的逐渐改善，对于小区的服务的要求也日益 提高。急需一个能及时有效的把信息传递给小区住户，方便用户随时查询的信息 发布系统，给住户提供便捷、舒适的生活空间。 1 4 本文主要研究的目的和内容 鉴于智能小区的发展现状及目前小区信息发布系统的不足之处，本文设计开 发一个利用以太网，结合通信技术，网络技术及单片机控制技术的智能小区信息 4 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 发布系统。系统集成家庭安防系统、门禁系统、周界防范系统等诸多子系统，使 该系统具有较好的实用性、可扩展性、稳定性和抗干扰能力 系统建立在可视楼宇对讲系统的基础上，该系统除了实现使住户户内的户内 机具有楼宇可视对讲的一般功能以外，还能接收显示小区管理中心发来的各类信 息。在管理中心设立一个信息发布的应用软件可供管理员发布、管理信息，户内 可视对讲分机则是作为小区信息发布系统接收信息终端设施。 考虑现在小区楼宇可视对讲的现状，本文利用视频字符叠加技术在可视户内 机的显示屏上显示字符。而在数据通讯中，管理中心上位机和门口机的通信利用 小区局域网，采用T C P I P 协议，使得管理中心与门口机的之间的通信不受距离的 限制门口机和户内机之间的通信则是利用现在比较成熟的4 8 5 总线技术。 1 5 章节安排 本文的章节安排如下： 第一章：绪论。介绍本文的研究背景、研究现状、及本文的主要研究内容等。 第二章：智能小区信息发布系统的总体结构。本章首先介绍了小区的综合布 线的选择，然后介绍了信息发布系统的整体设计方案和构成智能小区的整体框 架，最后描述了信息在户内机的显示载体选择。 第三章：智能小区信息发布系统上位机管理软件的设计和实现。对小区信息 发布软件整体构建、信息发布模块、数据库模块和数据库的维护等都做了详细的 介绍。 第四章：信息发布系统的下位机硬件的设计及实现。对信息发布系统中的下 位机部分串口服务器，户内分机的视频字符叠加，R S - 4 8 5 总线等硬件设计都有 详细的描述。 第五章：信息发布系统的下位机软件的设计及实现。对信息发布系统中的下 位机部分软件设计做了详细的介绍。 第六章：总结与展望 第二章智能小区信息发布系统的总体结构 2 1 小区综合布线 2 1 1 主要现场总线在智能小区中的应用 在智能小区的建设中，现场总线技术和综合布线技术的应用是一个十分关键 的步骤，必须在建设中进行合理的规划。现场总线技术把分散的测量控制设备变 成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连成可以互相沟通信息，共同完成自控 任务的网络系统与控制系统。 2 1 2 当前在小区中适用的总线技术现状 智能小区的发展从其网络实现技术方面来看，最初的是分散控制，小区中的 各种系统互相独立，分散运行；各系统之间互不兼容。仅能利用简单的发码、解 码电路或R S 4 8 5 接口实现单个建筑物内的通讯，无法实现整个小区内大面积组 网。近阶段智能化小区开始采用现场总线技术，如国外的C A N 、B A C N E T 、 L O N W O R K S 和国内A J B B U S 、W E B U S 、i N e t 以及一些利用R S - 4 8 5 实现的技 术总线等等 S l 。小区内各种分散的系统开始互联组网、统一管理、协调运行，从 而构成一个相对较大的联网区域系统。 现场总线技术虽已较为成熟，但仍存在标准不统一，兼容性差的问题 9 1 。在 一个小区中，如果不同系统之间采用不同的现场总线技术，就会造成互不兼容， 不能共用总线，这样就需要重复布线。而且小区由多个商家进行线路铺设和设备 安装，会造成费用高、维护不便的问题。 2 1 3 信息发布系统所采用的网络规划 以太网技术经过那么多年的发展，已经相当成熟，相对与传统的现场总线来 说，以太网作为现场总线有很多优势【l 川： l 、设备成本低； 2 、易于与I n t e r n e t 集成，有利于信息的交流和共享； 3 、以太网技术成熟，在技术方面和升级方面无需专门的研发投入； 4 、以太网技术得到广泛的开放技术支持，几乎所有的编程语言都支持以太 网的应用开发。如V i s u a lc + + ，V i s u a lB a s i c ，C # 等。 现在小区内的楼宇可视对讲系统一般都采用R S - 4 8 5 总线，考虑系统的兼容 6 河海大学硕士学位论文第二章智能小区信息发布系统的总体结构 性，利用现有的总线通信，并将楼字可视对讲、自动抄表、家庭安防、门禁以及 周界等系统融入信息发布系统之内，以期达到节约布线投资、实现系统高度集成 的目的。 由此从上层管理上位机到门口机采用以太网的连接方式，使得上层管理上位 机与门口机之间的通信可靠并摆脱了距离的限制，同时利用小区内的局域网，也 不需要重新布线。而从门口机到户内机仍然用原有的R S - 4 8 5 总线，把以太网技术 与总线技术相结合，取长补短，实现网络的无缝连接【l ”。 2 2 小区信息发布系统的方案设计 2 2 1 系统整体方案设计 图2 1 系统总体结构 智能小区信息发布系统是由管理中心，住宅智能化系统和网络系统等组成， 每个住户房内都装有可视对讲户内机，串口服务器设在住宅单元的门口机处，每 个串口服务器都有固定的m 地址，并且使串口服务器的m 地址和管理P C 机的 I P 地址在同一个网关内，确保了每个串口服务器能够正确收到管理中心发来的 消息。管理中心配有管理P C 机，将P C 机接入T C P I P 网络，通过上位机管理软 件及时把小区公告、通知等通过网络从管理P C 机发出；串口服务器接收到消息 后自动将T C P I P 协议数据转换成R S 2 3 2 R S 4 8 5 串口通信协议数据从串口发出， 由单片机控制的中间控制设备门口机接收，门口机接收到数据后再通过R S 4 8 5 总线把上位机发布的信息发送到小区各个住户的可视对讲户内机，由此，信息在 户内机上存储并显示，可供住户查阅。系统总体结构图如图2 1 所示。 7 河海大学硕士学位论文第二章智能小区信息发布系统的总体结构 l 、 门口主机部分详细设计 在每个单元门口设置有门V I 机，就其功能而言主要是实现楼宇可视对讲、数 据通信、门禁和报警四大功能，在小区内的住宅单元入口处或进户门处安装电控 防盗门及语音可视对讲装置，谢绝陌生人访问，限制非法侵入，住户可控制开启 防盗门，持有I C 卡的住户可以通过验证I c 卡来开启防盗门，保持居住环境的安全 和安静。门口机主要可以分为这几个模块，门禁控制、键盘显示、视频控制、通 话控制、通信模块、电控锁等六大模块。门口机部分的框图如图2 2 所示： l 电源模块k = = 0 微 控 制 4 8 5 通信模块埒= = = 0 器 A T 门禁控制埒= = = = o 8 9 C 几孟i 仁穹 5 2 图2 2 门口机结构框图 门口机是智能小区网络构建中比较重要的一环，它需要与管理机通信，同时 又需要与该单元内各用户机通信。本文曾经考虑将门口机串口通过专用芯片 ( S P 2 3 2 8 ) 扩展为多个串口，内外总线均采用R S - 4 8 5 标准通信，最终还是放弃了这 个方案，原因有三：第一，采用S P 2 3 2 8 扩展出来的串口仍然是T T L 电平，需要使 用电平转换电路进行转换，硬件设计复杂：第二，接收数据的区分，信息的成帧 处理都需要通过软件来完成，编程复杂；第三，网络的通信性能无法保证，各节 点竞争访问网络的问题仍然难以解决。 2 、户内分机部分详细设计 户内机是放在室内与门口机实现可视对讲、开锁及信息显示等功能。此时户 内机可以分为这几个模块，显示、键盘、视频、通话、通信模块及报警。户内机 部分的框图如图2 3 所示： 电源模块陷= = = = 玲 微 控 制 【4 8 5 通信模块总= = = 参 器 A T I 兰兰兰竺l S 9 C 键盘显示k = = = = 今 5 2 图2 3 户内机结构框图 3 河海大学硕士学位论文第二章智能小区信息发布系统的总体结构 2 2 2 信息在户内机显示载体的选择 汉字既可以用其内码来表示，也可以用其点阵数据来表示采用内码表示汉 字时，每个汉字的存储占用两个字节的地址空间；而采用点阵数据表示汉字时， 每个汉字的存储占用9 6 个字节的地址空间( 2 4 X3 2 点阵) 。在户内机上显示汉字 信息，有使用液晶或者C R T 。液晶模块自身不带汉字库，在显示汉字时需要用到 汉字的点阵数据，而另外有些液晶模块自身带有国标汉字库的点阵数据，在使用 时只需要用到汉字的内码。使用C R T 显示汉字时采用的是视频字符叠加技术，在 视频信号上叠加汉字字符，达到显示汉字和信息发布的目的。 考虑到现在国内的楼宇对讲系统中大部分还是以模拟电路为主，视频传输的 信号为模拟信号，户内机也是以使用的C R T 显示屏为主，为实现系统的兼容，本 文采用视频字符叠加方式显示信息，达到显示汉字和信息发布的目的。视频字符 叠加器是在视频信号中混入字符信号，从而在屏幕的特定位置上与图像信号同时 进行显示的设备。 从视频字符叠加器的工作方式及本身电路的构成来看，经历了三个不同的发 展阶段： 第一阶段是“图解显示控制”即G D C 阶段。它是利用中小规模数字集成电 路来实现各部分所要求的严格的时序关系，并将形成的字符信号与视频信号在预 定的时间关系上混合并显示在屏幕上。 在这种方式中，字符的产生有两种办法：一种是专用字符发生器，它是一种 专用的R O M ，常用的有M K 3 6 0 0 0 、M C M 6 6 7 0 P 、8 6 7 8 、M N l 2 1 7 A 等。它们将 字符或数字以点阵的方式存入存储器中，在外加恰当地址后便能输出相应的数据 信号。这种方式中一旦选定了某种器件，所显示的字符也就确定了，缺乏灵活性， 且不能显示图形，通常称此为“文本方式”。另外一种是“图形方式”，在这种方 式中，是用E P R O M 来存储字符或图形的点阵数据，其点阵形式由设计者自己决 定，具有更大的灵活性。 第二阶段是用C R T 控制器这类专用集成电路的阶段。常用的有8 3 5 0 、8 2 7 5 、 M C 6 8 4 5 等。它将“图解显示控制方式”中的中小规模集成器件构成的电路集成 化。字符( 或图形) 等以点阵方式存储在外围的R O M 或R A M 中。它使电路大 为简化，因而使用较为方便。 第三阶段是单片“屏幕显示”器件阶段：因为在与电视有关的产品上，并不 需要显示很多的字符或图形，因此将以上C R T 控制器中的外部存储器与其集成在 一起而形成所谓单片屏幕显示器件。这类器件主要是为家用电视这类产品而设计 的，并得到了广泛的应用。 9 河海大学硕士学位论文第二章智能小区信息发布系统的总体结构 2 2 3 视频叠加技术的方案比较 视频字符叠加的实现主要有以下几种方案【l2 】： 1 、通用中小规模集成电路实现方案 本方案属“图解显示控制”型，全部采用逻辑门、计数器、移位寄存器等 通用中小规模集成电路实现单路视频字符及时间叠加。其基本工作原理如下： C P U 从R O M 字库中取出要显示字符的点阵数据，根据所设定的在屏幕上的显示 位置，送到显示R A M 的对应位置中去；然后由计数电路对显示R A M 进行扫描， 将字符点阵信号并行读出；最后经过并串变换电路转化为串行码输出；再与视频 图象信号叠加后送监视器屏幕显示。视频同步信号提取使用分立模拟元件设计的 电路。原理图如图2 - 4 所示。 图2 - 4 视频同步信号提取电路 字符点阵数据在显示R A M 中的存放，一般的作法是一种称之为“屏幕存储 映像”的方式，其特点是屏幕上每一个象素点都与一位R A M 存储单元对应，要 对屏幕上字符的显示进行编辑十分简单。但这种方式占用R A M 单元较多，需要 大容量R A M 。 2 、基于F P G A 的多路实现方案 上面介绍的方案要实现单路字符叠加需用中小规模集成电路十余片，显然要 实现多路显示过于复杂，可靠性差。基于F P G A 的多路实现方案就是用一片c P u 、 字库R O M 和实时时钟的前提下，利用F P G A 集成若干路独立的显示R A M 计数 扫描电路。实现多路字符叠加。 基于F P G A 的多路实现方案( 以四路为例) 图如图2 - 5 所示。 I O 河海大学硕士学位论文 第二章智能小区信息发布系统的总体结构 出卅 卜 路 两历荔订 墅l地 址 J 历萌牙研 转开 墅I 换关 计数扫描电I 路4 出I - ) 出 出3 出4 - 图2 5F P G A 功能框图 3 、基于A T 9 0 S 1 2 0 0 单片机的实现方案 以上两种方案都是用硬件电路实现对显示R A M 的计数扫描和点阵数据的移 位输出，还能够用软件实现字符点阵数据的输出，如果要用软件实现字符点阵数 据的输出，其速度必须满足以下两个条件：一是能够以5 M H z 的频率将数据串行 输出；二是在视频信号行场消隐期内要完成字符数据的读取和与主控C P U 的通 讯等操作。 A T M E L 公司的A T 9 0 S 1 2 0 0 单片机，其内部有l K 的F L A S H 程序存储器和 6 4 字节E 2 P R O M 数据存储器，内置有模拟比较器和看门狗，通过S P I 口可以串 行下载程序而不必通过专用的编程器。更重要的是，它是一种R I S C 精简指令集 单片机，其大部分指令为单周期指令。外接1 6 M H z 时钟时每条指令时间完全可 以满足视频字符叠加数据串行输出的要求。 片内l K 字节F L A S H 不按字节寻址，用作程序存储器，要显示的汉字点阵 数据包含在程序中。当显示的汉字标题要更改时，由主控C P U 从外部字库R O M 中取出新的点阵数据，将其拼接在A T 9 0 S 1 2 0 0 程序代码的对应位置，再通过S P I 口对A T 9 0 S 1 2 0 0 进行串行编程，编程完毕后恢复正常显示。采用5 1 单片机作主 控机，6 片A T 9 0 S 1 2 0 0 单片机作显示执行机，行场同步信号分别利用A T 9 0 S 1 2 0 0 模拟比较器和I O 口输入。由于A T 9 0 S 1 2 0 0 没有标准的U A R T 串口，可以利用 其I O 管脚自定义一种串行通讯协议，从而实现了六路时间字符叠加。 4 、基于M B 9 0 0 9 2 字符叠加专用芯片的实现方案 M B 9 0 0 9 2 是日本F U J I T S U 公司推出的一款用C M O S 工艺制成的专用视频字 符叠加芯片。M B 9 0 0 9 2 内部集成了显示内存( v R A M ) 、外挂字库接口和视频 信号发生器，外部只需连接少量的元件就可以显示汉字和图形。它功能强大，接 口简单，编程方便，可方便的嵌入各种数字视频监控系统中，因而可广泛的应用 于各个行业和各种领域。 相比较而言，第一种中小规模集成电路的方案电路较为复杂，可靠性差，只 适用于单路设计。随着专用芯片和单片机技术的发展，这种实现方案已经逐渐被 淘汰。第二种基于F P G A 的实现方案在原理上与第一种类似，只是利用可编程逻 河海大学硕士学位论文第二章智能小区信息发布系统的总体结构 辑器件集成了大量中小规模集成电路，电路规模简化了不少，实现也较为方便， 但还受到价格的制约。第三种基于单片机的实现方案利用软件实现了硬件扫描电 路的功能，并且十分灵活。成本也很低。但是他有一个缺点是只适用于显示字符 相对较少的场合，若显示字符很多软件就过于复杂，很难保证连续显示。第四种 基于专用字符叠加芯片的方案功能很强，适用于显示字符较多的场合，并且价格 适中。本文认为在要求显示字符较少的情况下( 例如仅显示一行标题) ，可以选 用第三种基于单片机的实现方案；若显示的字符较多且位置较复杂的场合，第四 种方案较为合适。因此本文在要求能传输一定数量的字符信息时选择了第四种基 于M B 9 0 0 9 2 字符叠加专用芯片的实现方案。 系统整体方案为：上位机发布的信息以汉字内码的形式传输到门口机，再经 由门口机转发到户内机，户内机将信息存储在F L A S H 中，需要显示时，住户通 过控制户内机上的按钮读取存储在存储器中相应的信息并通过M B 9 0 0 9 2 自动从 外接字库中读出数据，在C R T 上显示出来。 字库芯片本文采用的是容量为1 MB y t e s 的A T 2 7 C 0 8 0 芯片，而M B 9 0 0 9 2 支持的字符点阵为2 4 x 3 2 ，即每个汉字占的容量为9 6 b y t e ，则该字库芯片共可存 储8 1 9 2 个汉字。提取字模时，控制部分不直接跟字库芯片通信，只需给M B 9 0 0 9 2 提供地址，整个读取过程由M B 9 0 0 9 2 自动完成。该部分具体的设计和实现方法 将在后面有详细的介绍。 2 3 系统的其它功能 该系统除了实现信息发布的功能外，还集成了楼宇可视对讲、家庭安防、门 禁、周界防范、自动抄表等多个系统。 2 3 1 楼宇可视对讲系统 在小区内的住宅单元入口处或进户门处安装电控防盗门及语音可视对讲装 置，谢绝陌生人访问，限制非法侵入，住户可控制开启防盗门，保持居住环境的 安全和安静。 对讲系统以单片机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。单片机检测到门铃呼叫信号并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3 0 s 定时。若主人不在家或通过辨认不接见来人，N 3 0 s 后 河海大学硕士学位论文第二章智能小区信息发布系统的总体结构 单片机脚输出关视频及音频信号。若决定接见来人，则摘机单片机检测到已摘机， 则终止3 0 s 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，由模 拟F 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模拟F O 线，由分机音频调理模块从模拟F 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，输出开锁信号到开锁控制模块，经模拟F 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。主人挂机单片机检测到 挂机，则单片机输出关视频及音频信号，恢复收铃状态。另外主人还可主动按监 视键，来显示来人或查看门外的情况。 2 3 2 家庭安防系统 在家庭重要地点和区域布设各类传感器，并安装家庭防盗或紧急求助报警装 置，与小区物业管理中心计算机系统联网，实时处理并记录报警事件，或直接向 当地派出所值班室报警。以家庭防盗报警系统代替传统家居的钢筋防盗网。 家庭防盗报警系统结构与配置：保安管理中心主机、家庭报警器、传感器和 传输线缆等。传感器主要有红外线探测器、热感探测器、玻璃破碎探测器、窗磁、 门磁、紧急报警按钮等，用户可根据实际需要在户门、客厅、阳台、外窗等位置 设置不同类别的传感器，以探测非法侵入者。 家庭报警器一般装设在入户门附近，以便用户出门时设定布防状态、回家时 在延时时间内解除防盗系统：并与保安管理中心主机联网，当出现非法闯入者时 报警并显示报警地点和性质，保安中心据此确定出警方案，及时制止犯罪。如果 楼宇没有安装火灾自动报警联动系统，住户还可在卧室和客厅安装感烟探测器， 以探测火灾；在厨房安装燃气探测器，以检测煤气泄漏浓度；这些装置均可与家 庭报警器连接。另外，每户在客厅及卧室内较隐蔽处设置紧急呼叫按钮，遇有抢 劫、生病等紧急情况可以及时报警到控制中心，使住户得到及时援助。 2 3 3 门禁系统 门禁系统采用读卡技术，通过身份识别装置( 读卡器) 控制人员进出的权限。 在智能小区大门、重要公共大门以外及共用车库门设置门禁机，只有持有I C 卡的 人才能通过读卡机开启相应的门禁机。 系统配置包括：管理软件、数据采集器、控制器、进门信息按钮、电子门锁、 出口按钮、报警传感器和报警喇叭。 控制器接收出入口设备发来的