本科毕业论文-住宅小区对讲系统的研究与开发

大连理工大学城市学院 本科生毕业设计（论文） 学院：电子与自动化学院 专业：电子信息工程 学生：马腾 指导教师：于海霞 完成日期： 2012 年 6 月 12 日 大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文） 住宅小区对讲系统的研究与开发 总计毕业设计（论文）46页 表格9个 插图31幅 住宅小区对讲系统的研究与开发 I 摘 要 小区智能化建设在我国虽然起步较晚，但发展日新月异。随着 Internet 互联网的普及， 很多小区都已实现了宽带接入， 信息高速公路已 铺设到小区并进 入家庭。 智能小区系统采用 TCP/IP 技术的条件已经具 备。 智能小区系统的运行 基础正由小区现场总线向 Internet 转变， 由分 散式管理，到集中管理转变一般住宅小区的特点是用户集中，容量大， 统一保安管理，而且国内大部分地区经济收入不高，因此小区安防系统 必须满足“安全可靠、经济有效、集中管理”的要求，虽然目前市场上 有各种各样的安防系统，但是真正符合小区特点、适合小区使用的产品 并不多，楼宇对讲系统作为这样的产品,有很大的实用性。随着居民住宅 的不断增加，小区的物业管理就显得日趋重要。 住宅小区对讲即在住宅建筑中起通话作用的一种设备,不少小区的 住户，为开启防盗门方便，设有小区住宅对讲系统。住宅小区对讲系统， 具有连线少、户户隔离不怕短路、户内不用供电、待机状态不耗电、不 用专用视频线、稳定性高、性能可靠、维护方便等特点。本文通过用 51 单片机和 C 语言编程来实现小区对讲功能，模拟小区楼门闭锁状态和楼 内的住户打开状态。同时还实现当有客人来访时，在楼门外的对讲客机 按键上按出请求访问用户的信号，实现用户与被访住户的通信。主人通 过对讲系统与来访者进行双向通话或可视通话，通过来访者的声音或图 像确认来访者的身份。确认可以允许来访者进入后，住户的主人利用对 讲分机上的开锁按键,控制入口门上的电控门锁打开， 来访客人方可进入 楼内。 关键词;小区楼宇系统;通话;控制 住宅小区对讲系统的研究与开发 II Abstract Intelligent community construction in China started late, but the development with each passing day. Along with the Internet the spread of the Internet, many district has realized the broadband access, information highway already laid to the community in hand into the family. Intelligent village system using TCP/IP technology conditions have. Intelligent village the operation of the system is the fieldbus foundation by district to Internet, changing from distributed management, to focus on the management change the characteristics of residential district general user is concentrated, large capacity, unified security management, and domestic most economic income to area is not high, so the village security system must meet safe and reliable, economic and effective, centralized management request, although at present the market there are all kinds of security systems, but the real accord with community characteristics, suitable for community use the product is not much, the communication system as such products, there is a lot of practical. With the increase of residential buildings, residential property management is becoming more and more important. Residential district is in the residential building in the intercom up calls a role equipment, many residents of the village, convenient for open guard against theft, residential area has the intercom system. Residential talkback system, with less attachment, family not afraid short circuit, indoor isolation without power supply, standby power consumption, need not special video not line, high stability, reliable performance, convenient maintenance etc. Characteristics This article through with 51 single-chip microcomputer and the C programming language to realize the intercom function area, simulation district state and the apartment building went atresia residents of the open. Also realize when the guest calls in, in the building of the passenger door intercom button on the request of user access to the signal, and realize the 住宅小区对讲系统的研究与开发 III user visited by residents of the communication. Master through the intercom and visitors a two-way conversation or video calling, through the visitor of sound or image confirmed the visitors identity. Confirm that can allow visitors after entering the master of the residents in the intercom extension of the lock button, the application of control on the door entrance door open, visit the guest may enter the apartment building. Key words; Community building system;Call;control 住宅小区对讲系统的研究与开发 IV 目录 摘 要. I Abstract.III 第 1 章 引言. 1 1.1 小区对讲背景.1 1.2 小区对讲的特点.1 1.3 仿真实现的功能.1 1.4 论文设计总体思路.2 第 2 章 单片机方案比较及 AT89C51 介绍.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1 单片机方案比较.4 2.2 AT89C51 结构以及引脚功能简介.5 2.3 复位信号及其产生.8 2.4 振荡电路.9 2.5 中断系统.10 2.6 定时/计数器.12 第 3 章 小区对讲系统方案及其硬件设计. 16 3.1 对讲系统设计原则.16 3.2 对讲系统整体方案设计.17 3.3 目前市场智能小区系统组成简介.18 3.4 小区对讲系统总体设计.19 3.5 系统模块.20 3.5.1 按键模块.21 3.5.2 显示模块.25 3.5.3 对讲模块.29 第 4 章 小区对讲系统的软件设计. 33 4.1 软件设计流程图.33 4.2 软件程序设计.34 第 5 章 小区对讲系统仿真. 37 住宅小区对讲系统的研究与开发 V 5.1 仿真主要内容.37 5.2 仿真实现.38 5.3 仿真电路图电路.40 5.3.1 复位信号仿真电路.40 5.3.2 时钟信号仿真电路.40 5.3.3 蜂鸣器仿真电路.41 5.3.4 LED 小灯仿真电路.42 5.3.5 按键仿真电路.42 结论.43 致谢.44 参考文献. 45 住宅小区对讲系统的研究与开发 1 第 1 章 引言 1.1 小区对讲背景 国民经济的迅速发展，科学技术的不断进步，人民生活水平的提高。 人们在解决温饱之后，越来越关注住房条件和环境。随着居民住宅的不 断增加， 小区的物业管理就显得日趋重要。一个符合广大人们要求的舒 适、便利、节能、安全的住宅环境，即智能化住宅小区，已经呈现在我 们面前。楼宇对讲系统从上个世界 90 年代兴起于日本和欧美，在欧美 国家、香港、 台湾等地区已经采用了近 20 年，国外的可视对讲产品主 要有韩国和日本品牌。自从 2000 年以来，生产厂家已经开发联网型楼 宇智能产品，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。 1.2 小区对讲的特点 住宅小区特点是是用户集中，容量大，统一保安管理，而且国内大 部分地区经济收入不高，因此小区安防系统必须满足安全可靠、经济有 效、集中管理的要求，虽然目前市场上有各种各样的安防系统，但是真 正符合小区特点、适合小区使用的产品并不多。住宅小区对讲系统做为 这样的产品，具有连线少、户户隔离不怕短路、户内不用供电、待机状 态不耗电、不用专用视频线、稳定性高、性能可靠、维护方便等特点。 1.3 仿真实现的功能 随着居民住宅的不断增加，小区的物业管理就显得日趋重要。一个 符合广大人们要求的舒适、便利、节能、安全的住宅环境，即智能化住 宅小区，已经呈现在我们面前。其中访客登记及值班看门的管理方法已 不适合现代管理快捷、方便、安全的需求。楼宇对讲系统是在各单元口 安 装防盗门，小区总控中心的管理员总机、楼宇出入口的对讲主机、电 住宅小区对讲系统的研究与开发 2 控锁、闭门器及用户家中的可视对讲分机通过专用网络组成。以实现访 客与住户对讲，住户可遥控开启防盗门，各单元梯口访客再通过对讲主 机呼叫住户， 对方同意后方可进入楼内， 从而限制了非法人员进入。 同时，若住户在家发生抢劫或突发疾病，可通过该系统通知保安人员以 得到及时的支援和处理。 图 1-1 访客分机 图 1-2 户主分机 1.4 论文设计总体思路 楼宇对讲系统是在各单元口安装防盗门，小区总控中心的管理员总 机、楼宇出入口的对讲主机、电控锁、闭门器及用户家中的可视对讲分 机通过专用网络组成。以实现访客与住户对讲，住户可遥控开启防盗门， 住宅小区对讲系统的研究与开发 3 各 单元梯口访客再通过对讲主机呼叫住户，对方同意后方可进入楼内， 从而限制了非法人员进入。同时若住户在家发生抢劫或突发疾病，可通 过该系统通知保安人员以得到及时的支援 和处理。 本次论文可以在线仿真，用 protues 软件可以实现。其中软件部分是 基于单片机 AT89C2051 的 c 语言。仿真主要分为俩个，门口访客和楼内 住户，访客请求进入住宅，发送信息给住户，住户收到请求音频黄灯。 住户通过音频（可以添加视频）来确认。若同意访客进入小区，可以按 下允许键盘，此时可以设置小灯，同时显示:红灯表示住户不方便，拒绝 访客进入，主人按下绿灯按键表示同意访客进入房间。仿真思路图如图 1-3 所示 图 1-3 仿真思路图 住宅小区对讲系统的研究与开发 4 第 2 章 单片机方案比较及 AT89C51 介绍 2.1 单片机方案比较 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部 分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部 分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。 同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大 的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成 在一块芯片上。 方案一：采用可编程逻辑器件 CPLD 作为控制器。CPLD 可以实现 复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO 资源丰富、 易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度， 适合作为大规模控制系统的控制核心。 方案二： 控制器的核心采用凌阳公司生产的16位单片机SPCE061A。 SPCE061A 内置 2KB SRAM、内嵌 32KB 的 FLASH、2 路 PWM 输出，8 路 AD 输入，32 路 I/O 口，因此基本无需外部扩展;内置音频模块；在线 调试和烧写程序只需一根串口线与计算机 25 针并口连接,无需仿真器。 方案三：AT89C5l 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能的 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 (PEROM)和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统， 片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元， 功能强大 AT89CSl 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领 域。 方案四：采用 NXT 单片机，NXT 是以 ARM7 为控制核心的微控制 器，包含了 245K 的 FLASH。NXT 可用 USB2.0 连接线或是无线蓝牙 从计算机下载指令到 NXT 身上，一旦 NXT 机器人程序化后，它 住宅小区对讲系统的研究与开发 5 就开始有了自己的“生命” ，不再需要经由计算机控制。 综上所述：单片机处理器本系统不需要复杂的逻辑功能，但是考虑 住宅小区对讲系统设计考虑，对其他配件的兼容性，硬件设计的紧密性， 选择方案 AT89C51，便于实现功能。 2.2 AT89C51 结构以及引脚功能简介 51 系列单片机结构图 如图 2-1 图 2-151 系列单片机结构图 此次设计所使用的AT89C51 的封装形式是DIP40。如图2-2 所示。 住宅小区对讲系统的研究与开发 6 图2-2 AT89C51 的封装形式图 (1)中央处理器 80C51系列中央处理器是一个字长为8位的中央处理单元，它对数据 的处理是按字节为单位进行的，是单片机的核心部件。主要完成算数、 逻辑运算和控制功能，这一点与通用微处理器的功能是一样的，只不过 它的控制功能更强，控制器包括指令寄存器、指令译码器、和定时与控 制电路等，运算器部分包括算术逻辑单元、累加器A、寄存器B、状态寄 存器PSW等。 (2)数据存储器 、程序存储器（ROM） ：片内程序存储器、89C51 Flash ROM 容量：4KB，地址: 0000H0FFFH用于存放程序和表格常数 、数据存储器（RAM） ：片内RAM 128B ，地址为00H-7FH。 用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。这128B的RAM中 有32个字节单元可指定为4组工作寄存器R0R7。片内还有21个特殊功 能寄存器（SFR） ，地址为80HFFH。 (3)引脚 电源引脚：Vcc和 Vss。Vcc(40脚)：电源端，为+5V。Vss(20脚)： 时钟电路引脚：XTAL1 、 XTAL2。 XTAL2（18脚） ：接外部晶体和微调电容的一端；在89C51 片内它是振 荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需 采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。89C51/8031正常工作 时，该引脚应有脉冲信号输出。 XTAL1（19脚） ：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路 反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。 控制信号引脚RST、ALE、PSEN 和 EA RST/VPD（9脚） 。RST：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保 持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。VPD ：RST引脚的 住宅小区对讲系统的研究与开发 7 第二功能，备用电源输入端。ALE/PROG（30脚） ： ALE：地址锁存允许信号端。正常工作时，以振荡频率的1/6固定输出正 脉冲。CPU访问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控 制信号。 PROG：是对片内带有4KB EPROM的8751编程写入时的编程脉冲输入 端。 PSEN（29脚） ： 程序存储器允许信号输出端。在访问片外ROM时，定时输出负脉冲 作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM 的OE端。 它的负载能力为8个LS型TTL负载。 EA/Vpp（31脚） ： EA： 外部程序存储器地址允许输入端。当接高电平时，CPU访问片内 4KB EPROM/ROM，但当PC值超0FFFH时，将自动转向执行片外ROM 中的程序。 当该引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器 中的程序。 I/O端口P0、P1、P2和 P3 P0口： 漏极开路的8位准双向I/O口，每位能驱动8个LS型TTL负载。 P0 口可作为一个数据输入/输出口； 在CPU访问片外存储器时，P0为分时复用的低8位地址总线和8位数 据总线。 P1口：带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负 载。 P2口：带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负 载。 在CPU访问片外存储器时，它输出高8位地址。 P3口：带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负 载。 P3口除作为一般I/O口外，每个引脚都有第二功能。其第二功能如表2-1 住宅小区对讲系统的研究与开发 8 所示： 表 2-1P3 口的第二功能 2.3 复位信号及其产生： 一、复位信号： RST 引脚为复位信号输入端。 当 RST 引脚为高电平，且有效时间持续 24 个振荡周期以上，才能复位。 二、产生复位信号的电路图如图 2-3 所示： C3 0.47uf R1 1k GND VCC S sw-PB 住宅小区对讲系统的研究与开发 9 图 2-3 复位信号电路图 2.4 振荡电路 振荡电路图如图 2-4 所示： C1 30pF C2 30pF XTAL XTAL 21 XLAL1 XTAL2 图 2-4振荡电路图 时钟信号的产生 时钟发生器如图 2-5 所示： 图 2-5 时钟发生器图 振荡周期：晶振的振荡周期，为最小时序单位。例如如： fOSC 住宅小区对讲系统的研究与开发 10 =6MHz ,振荡周期=1/6M 。 状态周期： 振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内 CPU 的时钟周期。因此，一个状态周期包含 2 个振荡周期。 机器周期（MC） ：是指 CPU 访问存储器一次所需的时间。例如，取指令、 读存储器、写存储器等等。1 个机器周期由 12 个振荡周期（即 6 个状态 周期）组成。是计算机执行一种基本操作的时间单位。若采用 6MHz 晶体振荡器，则每个机器周期为 2s（微秒） 指令周期： 执行一条指令所需的时间。 每条指令的指令周期都由 1 4 个机器周期组成。依据指令不同而不同。有单周期指令、双周期指令 和四周期指令。每条指令由一个或若干个字节组成。有单字节指令，双 字节指令，多字节指令等。字节数少则占存储器空间少。 2.5中断系统 1.89C51 的中断源 （1）INT0外部中断 0 请求，低电平有效。通过 P3.2 引脚输入。 （2）INT1外部中断 1 请求，低电平有效。 通过 P3.3 引脚输入。 （3）T0定时器/计数器 0 溢出中断请求。通过 P3.4 引脚输入。 （4）T1定时器/计数器 1 溢出中断请求。通过 P3.5 引脚输入。 （5）TX/RX串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收 时，便请求中断。 2.中断传送方式 当 CPU 正在处理某事件时,外部发生的某一事件请求 CPU 及时处理， 于是 CPU 暂时中止当前的工作，转去处理所发生的事件。处理完该事件 后，再返回到原来被中止的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断。 3.中断控制 （1）TCON 中的中断标志位 TCON 为定时器/计数器 T0 和 T1 的控制器，同时也锁存 T0 和 T1 的 住宅小区对讲系统的研究与开发 11 溢出中断标志及外部中断 0 和 1 的中断标志等。如图表 2-2： 表 2-2 TCON各控制位的含义 、TF1：定时器/计数器 T1 溢出中断请求标志位。 、TF0：定时器/计数器 T0 溢出中断请求标志位。 、IE1：外部中断 1 的中断请求标志INT1 (P3.3)。 、IE0：外部中断 0 的中断请求标志。INT0 (P3.2)。 、IT1：外部中断 1 的中断触发方式控制位。 IT1=0 时，外部中断 1 程控为电平触发方式。 IT1=1 时，外部中断 1 程控为边沿触发方式。 、IT0：外部中断 0 的中断触发方式控制位。其含义与 IT1 类同。 （2）串行口控制寄存器 SCON 中的中断标志位 表 2-3SCON 中的中断标志位 TI：串行口发送中断请求标志。 RI：串行口接收中断请求标志。 （3）中断允许控制寄存器 IE 表 2-4 IE 中断控制寄存器标志位 8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H TF1TF0IE1IT1IE0IT0 9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H TIRI 住宅小区对讲系统的研究与开发 12 EA 断允许总控制位。EA=0，屏蔽所有的中断请求；EA=1，CPU 开放中 断。对各中断源的中断请求是否允许，还要取决于各中断源的中断允许 控制位的状态。这就是所谓的两级控制。 ES串行口中断允许位。ES=0，禁止串行口中断；ES=1，允许串行口 中断。 ET1定时器/计数器 T1 的溢出中断允许位。ET1=0，禁止 T1 中断； ET1=1，允许 T1 中断。 EX1外部中断 1 的溢出中断允许位。EX1=0，禁止外部中断 1 中断； EX1=1，允许外部中断 1 中断。 ET0定时器/计数器 T0 的溢出中断允许位。ET0=0，禁止 T0 中断； ET0=1，允许 T0 中断。 EX0外部中断 0 的溢出中断允许位。EX0=0，禁止外部中断 0 中断； EX0=1，允许外部中断 0 中断。 2.6 定时/计数器 89C51 有两个 16 位的定时器/计数器， 定时器 0 （T0） 和定时器 1 （T1） 都是 16 位加 1 计数器。 T0 由两个 8 位寄存器 TH0 和 TL0 构成； T1 由 TH1 和 TL1 构成。 定时器的结构图，如图 2-6 所示 AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H EAESET1EX1ET0EX0 住宅小区对讲系统的研究与开发 13 图 2-6 定时器的结构图 定时工作方式或计数工作方式由特殊功能寄存器TMOD和TCON控制, 每个定时器/计数器有四种工作模式。 1.定时工作方式 定时器每个机器周期使定时器 （T0 或 T1） 的数值加 1 直至计满溢出。 当 8051 采用 12MHz 晶振时，一个机器周期为 1s，计数频率为 1MHz。 2.计数工作方式 通过引脚 T0（P3.4）和 T1（P3.5）对外部脉冲信号计数。当输入脉 冲信号产生由 1 至 0 的下降沿时定时器的值加 1。 定时器的控制 3.工作模式寄存器 TMOD TMOD 用于控制 T0 和 T1 的工作模式。TMOD 不能位寻址，只能用字节设置 定时器的工作模式.低半字节设置 T0，高半字节设置 T1。系统复位时， TMOD 的所有位被清 0。工作模式寄存器 TMOD 的位定义，如表 2-5 所示 表 2-5TMOD 各位定义及具体的意义 用于 T1用于 T0 D7D6D5D4D3D2D1D0 GATE C/TM1M0 GATE C/T M1 M0 选 通 控制 1：受 外 部 中断 1 控制 功 能 选择 1：计 数 0：定 时 工 作 模 式 选择 选 通 控制 1：受 外 部 中断 0 控制 功 能 选择 1：计 数 0：定 时 工 作 模 式 选择 住宅小区对讲系统的研究与开发 14 1M1 和 M0操作模式控制位。工作模式表如表 2-6 所示 表 2-6 工作模式表 C/T计数器/定时器方式选择位。 C/T=0，设置为定时方式。定时器计数 8051 片内脉冲，即对机器周期计 数。 C/T=1， 设置为计数方式。 计数器的输入来自 T0 （P3.4） 或 T1 （P3.5） 端的外部脉冲 。 GATE门控位。 GATE=0，只要用软件使 TR0(或 TR1)置 1 就可以启动定时器，而不管 INT0（或 INT1）的电平是高还是低。GATE=1，只有 INT0（或 INT1）引 脚为高电平且由软件使 TR0（或 TR1）置 1 时，才能启动定时器工作。 4.特殊功能寄存器 TCON 各位定义及具体的意义图，如表 2-7. 表 2-7 TCON 各位定义及具体的意义 M1M0工作模式功能描述 00模式 013 位计数器 01模式 116 位计数器 10模式 2自动再装入计数器 11模式 3 定时器 0：分成俩个 8 位计 数器 定时器 1：停止计数 8FH8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H TF1TR1TF0TR0用于外部中断 溢 出 标 志 位 （1： 溢出） 运 行 控制 （1： 启 溢 出 标 志 位 运 行 控 制 住宅小区对讲系统的研究与开发 15 TCON 各位的功能： TF1（TCON.7) T1 溢出标志位。 当 T1 溢出时， 由硬件自动使中断触发器 TF1 置 1， 并 CPU 申请中断。 当 CPU 响应中断进入中断服务程序后，TF1 被硬件自动清 0。也可用软件 清 0。 TF0 （TCON.5)T0 溢出标志位。其功能和操作情况同 TF1。 TR1(TCON.6)T1 运行控制位。 通过软件置 1 或清 0 来启动或 关闭 T1。程序中用指令“SETB TR1” 使 TR1 位置 1，定时器 T1 便开始计数。 TR0(TCON.4)T0 运行控制位。其功能和操作情况同 TR1 动） 住宅小区对讲系统的研究与开发 16 第 3 章 小区对讲系统方案及其硬件设计 3.1 对讲系统设计原则 考虑到智能小区在未来对生活方式的影响及其信息网络运行的重要 性， 在本次智能化系统设计中，依照以下原则和要求进行： 1 以可扩展性为设计基础随着小区的扩展和智能化技术的发展， 各个 智能化系统都要面对系统设备数量的增加和技术上的提升的局面。因此 在小区智能化设计的初期中，应尽量选择具有潜力的技术和扩展好的设 备，以满足用户不断提高的要求。 2 以安防系统为设计核心智能化小区主要面对的用户是普通住户， 小 区安全性设计必须放在智能 化系统的核心地位。 3 以易用性为主导思想科技以人为本， 本着这一精神该系统应最大限 度的服务于智能化小区的 使用者和管理者， 因此系统的稳定性和方便性 始终贯穿于智能化系统设计之中，使产品既有完备的功能，又易学易用。 4 以先进性为设计标准 在本次设计中，最大限度地利用当前先进、 成熟、具有发展前途的计算 机技术、通信网络技术，所采用技术具有开 放性，从而保证系统能够随科技的发展而平滑升级。 5 以经济性为目标系统设计考虑投资的渐进性、合理性、重要性。在 充分考虑该智能化小区的实际情况，结合当地的消费能力及周边环境的 配套条件，摒去多余而不具有实际应用价值的功能，让智能化系统在小 区建设中更具可行性。 住宅小区对讲系统的研究与开发 17 6 以可靠性为设计要求智能化系统设备选用把“可靠性”放在首位。 因系统投入后将长期使用， 必须能经受住各种复杂的环境的考验，保证 系统长期正常运行。选用经多年实际使用并证明产品可靠的设备。 3.2 对讲系统线路方案设计 方案一：分线制直按式单通型楼宇对讲开锁电话直按式对讲系统 ： 主机上每个住户设置一个呼叫按键， 每个按键通过呼叫 线与相对应的住 户连接。直接按该住户呼叫键即可直接呼叫住户，直观好用，但 无保密 功能。该类楼宇对讲系统的连接系统，除了送话线、受话线、开锁线、 地 线四根共用线外，每个住户需要一根呼叫连接线，如该楼有 20 个住 户，则需要 20 根呼叫线。该类呼叫系统主机成本较低，但连接系统成 本较高，且电路连接 线较多，连接复杂。 其特点是操作直观、电路简 单、可靠、价,适合于八成以下，每层 1-4 户的 楼房选用。每台分机一 般为 4 条引线，其中 3 条并联，每户一条呼叫线单独引到 主机相应端 子。其原理简单，但是实现起来主要的缺点便是连线较多，功能较为简 单，灵 和性不大。直按式设计思想结构如图 3-1 所示 图 3-1 直按式设计思想结构图 方案二 ：总线制直按式单通/互通型小区对讲开锁电话系统。这种电 住宅小区对讲系统的研究与开发 18 路改分线制式的每户一条呼叫线为公用一条呼叫线。接线为通话线、呼 叫线、 开锁/受话线和地线共 4 条， 总线， 较之分线制式的 10 户 13 条 线 12 户 15 条线大为简省，施工和维修十分方便。其门口主机面板结 构和来客的操作 方式均与分线制相同，亦为“10l” 、 “102”的直按形式; 但按键按下时不再是 分线方式采用的简单电平变化， 而是对应于每个房 户发出不同的编码信号， 各房 分机内置的解码器在收到与房号相同的编 码呼叫信号时启动电子开关使该分机 响铃， 摘机可双工通话和按键遥控 开电控门锁。采用 DTMF 双音频编解码形式的直按四总线楼宇主机单 通分机和互通分机的电原由电源 220v 给主机提供足够电源， 访客可直接 按键盘，呼叫住户，通过室内分机与访客对话，通过分机控制门锁开闭。 系统由对讲电路，振铃电路，电控锁，电源组成，系统结构如图 3-2 所 示 图 3-2 系统结构图 综上比较俩种方案，采用总线制直按式，它简洁方便，且能双工通 话，主人与访客可进入对讲状态。主人摘机可双工通话和按键遥控开电 控门锁。访客可直接按键盘，呼叫住户，通过室内分机与访客对话，通 过分机控制门锁开闭。 3.3 目前市场智能小区系统组成简介 住宅小区对讲系统的研究与开发 19 一般智能化小区包括以下几个子系统： 巡更子系统， 视频监控子系统 ， 红外周界报警子系统，楼宇对讲子系统 ，停车场管理子系统，门禁控制 子系统，巡更子系统。 3.4 小区对讲系统总体设计 一般智能化小区包括以下几个子系统：巡更子系统，视频监控子系 统 ，红外周界报警子系统，楼宇对讲子系统 ，停车场管理子系统，门 禁控制子系统，巡更子系统。但是它们也有其缺点和不足，过多的系统 的复杂的结构在某些时候或者对普通居民不太适用。 在本次论文中时我们可以进行简化，对讲核心变为访客与住户之间 的信息交流。根据论文题目要求实现小区对讲系统，重点解决硬件设计 和软件设计，经过方案论证选择，以 c 语言为软件语言，以 89c51 单片 机为硬件，简单按键作为主人访客的按键，二极管小灯为信号显示的论 文方案。其总体设计图如图 3-3 所示 密码开启 请求信号 图 3-3 对讲系统总体设计图 业主 访客 请求 开门 控制 住宅小区对讲系统的研究与开发 20 3.5 系统模块 住宅对讲系统功能要求，小区对讲系统框图模块主要有访客，主人 信号模块，对讲模块，显示模块，开锁模块等组成。本系统的方框图如 图 3-4 所示 图 3-4 对讲系统方框图 芯片 控制 显示 模块 开锁 业主 回复 对讲模块 AD 转换 访客 请求 住宅小区对讲系统的研究与开发 21 3.5.1 按键模块 方案一：信号请求和回复都是通过导线结合按键。其核心是按键。 除了简单按键还有键盘也可以运用。单片机应用系统中，实现输入数据、 传送命令的功能，是人工干预的 主要手段。 1 键盘分类：编码键盘和非编码键盘。 编码键盘：由硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。 每按一次键，键盘自动提供被按键的读数，同时产生一选通脉冲通知微 处理器，一般还具 有反弹跳和同时按键保护功能。这种键盘易于使用， 但硬件比较复杂，对于主机任务繁重之情况，采用 279 可编程键盘管理 接口芯片构成编码式键盘系统是很 实用的方案。 非编码键盘：只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识 别， 决定 按键的读数等仅靠软件完成， 故硬件较为简单， 但占用 CPU 较 多时间。有独立式按键结构、矩阵式按键结构。 2 键盘系统设计。首先，确定键盘编码方案，采用编码键盘或非 编码键盘。随后，确定键盘工作方式采用中断或查询方式输入键操作信 息。然后设计硬件电路。非编码键盘系统中，键闭合和键释放的信息的 获取，键抖动的消除，键值查找及一些保护 施的实施等任务，均由软件 来完成。 （1）非编码键盘的键输入程序应完成的基本任务。监测有无键按下； 键的闭合与否，反映在电压上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电 平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否；判断是哪个键按下；完 成键处理任务。 （2）从电路或软件的角度应解决的问题 住宅小区对讲系统的研究与开发 22 消除抖动影响。 键盘按键所用开关为机械弹性开关， 利用了机械 触点的合、 断作用。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合和 断开的瞬间均有一连串的抖动， 抖动时间的长短由按键的机械特性决定， 一般为 510ms，这是一个很重要的参数。抖动过程引起电平信号的波 动，有可能令 CPU 误解为多次按键操作，从而引起误处理。为了确保 CPU 对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。 按键的消抖，通常有软件，硬件两种消除方法。硬件消抖只适用于 键的数目较少的情况。如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，常采用软 件消抖。通常采用软件延时的方法是在第一次检测到有键按下时，执行 一段延时 10ms 的子程序 后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平， 如果保持闭合状态电平，则确认真正 有键按下，进行相应处理工作， 消除了抖动的影响。这种消除抖动影响的软件措施是切实可行的。 采取串键保护措施。串键是指同时有一个以上的键按下，串键会引 起 CPU 错误响应。 通常采取的策略是单键按下有效，多键同时按下无 效。 3 处理连击。连击是一次按键产生多次击键的效果。要有对按键释 放的处理，为了消除连击，使得一次按键只产生一次键功能的执行（不 管一次按键持续 的时间多长，仅采样一个数据） 。否则的话键功能程序 的执行次数将是不可预知，由按键时间决定。连击是可以利用的。连击 对于用计数法设计的多功能键特别有效。 4 键盘工作方式。单片及应用系统中，键盘扫描只是 CPU 的工作 内容之一。CPU 忙于各项任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的 工作方式。考虑仪表系统中 CPU 任务的份量，来确定键盘的工作方式。 键盘的工作方式选取的原则是既要保证能及时响应按键的操作，又不过 多的占用 CPU 的工作时间。键盘的工作方式有查询方式（编程扫描， 定时扫描方式）和中断扫描方式。 5 键盘电路结构 （1）独立式按键接口设计 独立式按键就是各按键相互独立，每个按 键单独占用一根 I/O 口线，每根 I/ O 口线的按键工作状态不会影响其 住宅小区对讲系统的研究与开发 23 他 I/O 口线上的工作状态。因此，通过检测输 入线的电平状态可以很 容易判断哪个按键被按下了。 优点： 电路配置灵活，软件结构简单。 缺 点：每个按键需占用一根 I/O 口线，在按键数量较多时，I/O 口浪费大， 电 路结构显得复