基于ST7537HS1的多功能可視對講門禁系統(tǒng)的設(shè)計
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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)計利用現(xiàn)有的電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，實現(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、智能報警和設(shè)置無人狀態(tài)等功能。
3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
3.1 硬件設(shè)計
3.1.1 門口機(jī)設(shè)計
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)送開鎖信號實現(xiàn)開鎖。
3.1.2 室內(nèi)機(jī)設(shè)計
室內(nèi)機(jī)安裝在用戶室內(nèi)，具有對講、圖像顯示、報警、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)出報警音。
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