楼宇对讲系统.docx

武汉理工大学学科基础课群综合训练与设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 3指导教师： 工作单位： 题 目: 楼宇对讲系统初始条件：1. Multisim仿真软件2. 楼宇对讲系统知识要求完成的主要任务:用仿真软件对电路进行验证，使其满足以下功能要求：1.设计出系统框图以及各单元的具体电路2. 键盘为43阵列3. 能够对按键进行编码和解码，并且可以仿真实现参考书： 1.电子线路设计实验测试 第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社 2. 电子设计 蔡明生 高等教育出版社3. 数字电子技术基础 伍时和 清华大学出版社时间安排：第18周：理论讲解第19周：理论设计、实验室安装调试；地点：鉴主13楼通信工程综合实验、鉴主15楼通信工程实验室（1）。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘 要3Abstract41概述51.1楼宇对讲系统介绍及历史51.2楼宇对讲系统的意义61.3设计要求72方案与论证82.1方案一 分线制直按式单通型楼宇对讲开锁电话82.2方案二 总线制直按式单通/互通型楼宇对讲开锁电话系统103核心器件介绍113.1MT8870芯片简介113.2LM386简介124电路的设计原理144.1设计思想框图144.2HT-998D 直按式主机电路154.2.1呼叫电路：154.2.2发码电路：154.2.3主控电路164.2.4开锁电路和功放电路:164.3HT-998F 直按四总线单通分机电路174.4HT998E直按四总线互通分机电路205总结与体会216参考文献22摘 要楼宇对讲即在楼宇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，设有楼宇对讲系统。楼宇对讲系统，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 。楼门平时总处于闭锁状态，避免非本楼人员在未经允许的情况下进入楼内，本楼内的住户可以用钥匙自由的出入大楼。当有客人来访时，客人需在楼门外的对讲主机键盘上按出欲访住户的房间号，呼叫欲访住户的对讲分机。被访住户的主人通过对讲设备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，控制大楼入口门上的电控门锁打开，来访客人方可进入楼内。来访客人进入楼后，楼门自动闭锁。常见的楼宇对讲系统有直按式对讲系统、数字式对讲系统、可视式对讲系统三类。楼宇由主机、分机、电控锁、电源盒和连接系统五部分构成。 关键词：楼宇系统 通话 控制AbstractThe communication that is in the building up of a role calls equipment, many residents of the village, convenient for open guard against theft, has the communication system. The communication 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. Always in a locked state went, avoid the personnel in cantonese fare time without permission of the apartment building in cantonese fare time, residents of the inside with a key free access to the building. When the guest calls in, the guest must in the building just outside the keyboard to the host to visit the resident room number, call to visit the resident intercom extension. The owner of the residents visited by talkback equipment 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 of the intercom extension lock buttons, control the doors of the building entry control locks open, visit the guest may enter the apartment building. Visiting guests into LouHou, went to be automatic atresia.Common building interphone system have straight by type talkback system, digital talkback system, visual type intercom three categories. Building the host, extension, electric control lock, power box and connection system five parts.Keywords: building system call control1 概述1.1 楼宇对讲系统介绍及历史楼宇对讲又称为可视门铃,或可视对讲, 英文名称是Video Door Phone 或Video Door Bell。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，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。小区智能话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。从以下楼宇对讲系统发展阶段阐述可以看出：数字对讲是楼宇对讲的必然趋势！楼宇对讲技术发展经历了四个阶段：1) 第一代楼宇对讲 单一对讲（4 n型）最早的楼宇对讲产品功能单一，只有单元对讲功能，自本世纪80年代末期，国内已开始有(4 n型)单户可视对讲和单元型对产品面世。系统中仅采用的发码、解码电路或RS-485进行小区域单个建筑物内的通讯，无法实现整个小区内大面积组网。这种分散控制的系统，互不兼容，各自为政，不利于小区的统一管理，系统功能相对较为单一2) 第二代楼宇对讲 单一可视对讲（总线型）着国内人们的需求逐步提升，原来没有联网和不可视的要求已经不能满足，于是进入联网阶段。90年代初的产品以台湾品牌占据较多，如肯瑞奇等。90年代中后期，尤其是1998年以后，组网成为智能化建筑最基本的要求。因此，小区的控制网络技术，广泛地采用单片机技术的现场总线技术。如CAN、BACNET、LONWORKS和国内AJB-BUS、WE-BUS以及一些利用RS-485技术实现的总线等等。采用这些技术可以把小区内各种分散的系统互联组网、统一管理、协调运行，从而构成一个相对较大的区域系统。现场总线技术在小区中的应用，使对讲系统向前迈出了一大步。3) 第三代楼宇对讲 多功能的可视对讲（局域网型）2001年到2003年，随着Internet的应用普及和计算机技术的迅猛发展，使人们的工作、生活发生了巨大变化，数字化、智能化小区的概念已经被越来越多的人所接受，楼宇对讲产品进入第三个高速发展期，多功能对讲设备开始涌现，基于ARM或DSP技术的局域网技术开发产品逐渐推出，数字对讲技术有了突破性的发展！用网络传输数据，模糊了距离的概念，可无限扩展。突破传统观念，可提供网络增值服务（如还可提供可视电话、广告等功能，且费用低廉）。将安防系统集成到设备中，提高设备实用性。4) 第四代楼宇对讲 自由自在的可视对讲（英特网型）截止到2005年，广域网数字可视对讲系统的楼盘已经在全国范围内悄然出现，并且其系统稳定性、可运营性都十分稳定可靠。数字可视对讲时代真正来临了！ 11.11.2 楼宇对讲系统的意义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。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。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。楼宇对讲系统作为保障居住安全的最后一道屏障，被人们喻为居家生活的守护神。1.3 设计要求（1）任务设计一个包括房间号输入键盘、编码、解码、呼叫振铃，双工语音通信的电路系统。（2）要求用仿真软件对电路进行验证，使其满足以下功能要求：1) 设计出系统框图以及各单元的具体电路2) 键盘为43阵列3) 能够对按键进行编码和解码，并且可以仿真实现2 方案与论证2.1 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。图2.1、图2.2、图2.3分别为HT-998M公用电源、998Q门口主机、998B住户分机的电原理图。 图2.1 HT-998M公用电源图2.2 998Q门口主机图2.3 998B住户分机的电原理图其原理简单，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。2.2 方案二 总线制直按式单通/互通型楼宇对讲开锁电话系统这种电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。图2.4、图2.5和图2.6分别为采用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理图。本次课程设计主要是要求设计一个包括房间号输入键盘、编码、解码、呼叫振铃，双工语音通信的电路系统。所以综合对比方案二能较为简洁的、全面的实现要求。3 核心器件介绍3.1 MT8870芯片简介MT8870 音调译码器（Tone Decoder）是MITEL 公司所开发生产为一颗常用复频译码IC，这个电路可以接收DTMF 信号，是一个完整的DTMF 接收器。它接收了DTMF 信号后，内部将信号分成高频带和低频带，并将此信号送至数字译码器，然后将讯号送至数字译码器以解出按键值，接着将解出的按键值以二进制 的方式以四条线(Q1、Q2、Q3、Q4)输出到外部共享Bus 上，其MT8870 接脚说明如表1及内部结构如图2。值得一提的是，当MT8870 解出一个按键值且输出到外部时，其STD 接脚会由低态升为高态，经一段时间后再降为低态，我们便可利用此特点侦测到此脚有讯号时便马上将Q1-Q4 接脚所产生的值读入CPU，然后解出电话的按键值。 MT8870内部功能框图图3.1 MT8870内部框图MT8870 时序图图3.2 MT8870 时序图1 LM386简介LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式LM386的外形和引脚的排列如右图所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。 查LM386的datasheet，电源电压4-12V或5-18V(LM386N-4)；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200dB；在1、8脚开路时，带宽为300KHz；输入阻抗为50K；音频功率0.5W。 尽管LM386的应用非常简单，但稍不注意，特别是器件上电、断电瞬间，甚至工作稳定后，一些操作（如插拔音频插头、旋音量调节钮）都会带来的瞬态冲击，在输出喇叭上会产生非常讨厌的噪声。4 电路的设计原理4.1 设计思想框图由电源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，通过分机控制门锁的开闭。图4.1 直按式设计思想结构图系统由对讲电路、振铃电路、电控锁、电源组成，系统结构如图4.2所示。图4.2 系统结构框图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4.2 HT-998D 直按式主机电路由呼叫电路、发码电路、主控电路、开锁电路和功放电路等组成见图4.1。4.2.1 呼叫电路：当2号呼叫线所并接的各台分机中的某一台分机收到主机发出的对应编码信号时.其内部的开关管接通分机扬声器，呼叫线对地形成环路，R22为VT1提供偏置，VT1导通，IC 5音乐片得电工作，“叮咚”音乐由VT3放大、VT2射随输出经2号呼叫线驱动分机扬声器发声;C7和R1D送“叮咚”声去功放块IC3使主机响回铃声。4.2.2 发码电路：图4.3中IC 1是普通电话常用的DTMF双音频发码集成电路W91419，其R1一R4和C1一C3引出脚组成的行列矩阵控制其脚发出对应于电话键盘的“0一9,*、#”共12个双音频组合码。门口主机面板将l2个码以由下到上双排直按房号“101-601”、 “102一602”形式分布，如1ClQ脚R1与脚C1连通时发“1”这个双音频码，而在直按机的面板上标为“101”房号。IC1 脚输出的DTMF音频码由C2和R3送、VT4放大，经R40和C14, VT7输至1通话线去分机。图4.3 发码部分电路图4.2.3 主控电路主控电路;由IC2A/IC2B的R-S触发器和开关管VT5 , VT7等组成。发码块ICl脚M平时为高电平，反相器IC2D输出低电平，二或非门IC2A/IC2B组成的R-S单稳态触发器处静态:IC2B脚输出低电平，开关管VTS/VT7截止，通话线无信号输出;IC2A脚输出高电平，VD 1l和VD12关闭功放块IC3和1C4，主机静音。当来客按主机键盘时，IC1脚M变为低电平，IC2D输出高电平触发IC2A/IC2B单稳电路，输出翻转:IC2B脚变高电平，R31使VT5/VT7导通，将VT4放大了的双音频信号送1号通话线去各分机识码:IC2A脚变低电平，VDl1和VD12截止，功放块IC3和IC4进人工作状态二IC2B翻转后，其脚高电平经R9为C5充电，CS上的电压逐渐上升，当电压幅度达到电源电压的一半时触发器翻转回静态，选择R9和CS值可使主机工作时间控制在2分钟左右。开关管VT6亦受、VT5控制，提供安装于主机内部的用于可视系统摄像头的工作电源，非可视型主机、VT6等可省略。4.2.4 开锁电路和功放电路:在图4.4电路中的2L1安装在电源箱内，采用高导磁率磁罐绕制，要求电感量大于1H,直流电阻值小于4SZ，串联在十15V电源和通话线之间.既能为各并联分机供电;又因其电感量大、交流阻抗高不会造成对通话信号的分流。图4.4 HT-998D 直按式主机电路4.3 HT-998F 直按四总线单通分机电路原理图见图4.6。VT6射随输出提供译码和通话电路所需的5V稳压电源，滤波电容C5接于、VT6基极和射极之间，具有交流阻抗高的特点，对通话线信号影响小。IC1为通用DTMF双音频解码集成电路MT8870口主机发来的双音频呼叫信号由C1和R1输人IC1脚前置放大，放大倍数为R2/ R 1，再经内置网络滤波、比较、译码，当认定输入的DTMF信号有效时，其数据判定脚DV由低电平变为高电平，-脚以二进制8421码方式锁存并输出数据(见表1)。比如来客按主机“101”房号键盘时，实际发出的是“l”这个十进制数的双音频组合码，其低频组频率为697Hz,高频组频率为1209Hz, MT8870收到该码并认定有效后其-脚输出对应的二进制8421码“0001”，即一脚为低电平，脚为高电平。每台分机根据房号用不同极性接法的VDI一VD4四只二极管进行编号，方法是将表I中对应于D8一DI的四个引出脚的低电平“0”的管脚用正向二极管接至A点，高电平“1”的管脚用反向二极管接至B点。如 “101”房号的二进制码为“0001”，接法为三只二极管VDl一VD3正极分别接IC1一脚，负极接A点;另一只二极管VD4负极接IC1.脚，正极接B点，如图4.5所示。图4.5 解码部分原理图未收码或码值不符时VT3集电极为低电平，开关管VT1, VT2截止。当收码值相符:图7“101”分机收到“0001”码时，VD1一VD3因正极端为低电平“0”而截止，VT3基极无偏压而截止;VD4和VD5因负极端为高电平“1”亦截止，R4接入的6V电压经VD7为CI2充电，R8使VT1/VT2导通，2呼叫线经VT2、分机乎柄开关S1一1接扬声器BLl，主机门铃电路启动发声。C12容量决定响铃时间长短。分机摘机时BL1随S1一1改接受话线，S1一2接通话线，Rll和R7分别使VT5和VT7导通，VD8使C12经VT7对地放电，VTl/VT2截止，铃音电路关闭;VT4等通话电路开启，来客和户主实现双工通话。表 1房号十进制二进制发码低频组发码高频组D8D4D2D11011000169712090001102401007701209010020120010697133600102025010177013360101301300116971477001130260110770147701104017011185212090111402*10119411209101