基于單片機的可視對講門禁系統通信設計

本文設計了一種樓宇無線可視對講電路，該電路以單片機為控制器核心，再連接外圍電路，通過無線數字傳輸電路來傳輸視頻信號，可以達到 50～200 m的無線傳輸距離。該設計優(yōu)點是在單張拍攝的基礎上，獲得圖像的連續(xù)顯示，它真正意義上實現了圖像信號的無線數字傳輸。

　　1 整體設計方案

　　系統結構主要由3部分組成：上位機系統、下位機系統和通信系統。這三部分共同完成了主控制器與分控制器的信息交換，達到樓宇監(jiān)控的目的。主控制器和分控制器通過無線數字傳輸模塊SRWF進行數據和命令的傳輸。該通信模型屬于一對多的通信模式，其整體方框圖如圖1所示。

　　主控制器的主控芯片為AT89C51，通過鍵盤獲得訪問的房間號碼，確認后，單片機會控制打開視頻采集芯片和緩沖芯片進行工作，并在設定的通信波特率的情況下，通過串口通信，由單片機把數據送給數字傳輸電路，數字傳輸電路再通過無線信道把數據發(fā)送出去。從控制器的主控芯片也使用AT89C51，通過數字傳輸電路接收主控器的控制信息和數據信息，對接收到的數據進行分類，若是主機發(fā)送過來的通信地址信號，從控制器會讀取振鈴音存儲電路里的數據，從而發(fā)出振鈴音。接下來開始接收視頻信號，并通過LCD顯示電路顯示出來，用戶可通過按鍵控制電路決定是否與主控器進行進一步通話。

　　2 硬件電路設計

　　2.1 主控制器的電路設計

　　主控制器電路由單片機AT89C51、鍵盤掃描電路、驅動及數碼顯示電路、看門狗電路、無線數傳電路等幾部分組成。主控制器系統的硬件電路原理圖如圖2所示。

　　其工作流程如下：先通過鍵盤掃描電路掃描用戶的按鍵信息，以便獲得從機的通信地址，并將按鍵信息通過4個LED顯示出來，以便用戶清楚獲知自己要訪問的從機地址。用戶可以通過鍵盤上的增值、減值、重輸，確認修改其輸入值。當用戶按下確認鍵的時候，主機存貯此時的從機地址，并開啟視頻芯片采樣視頻信號，同時把從機地址通過無線數字傳輸芯片SRWF發(fā)送出去。收到從機的應答信號和準備就緒信號后，主機在設定的波特率下開始發(fā)送數據。每發(fā)1幀數據就等待從機的應答信號，同時對每幀數據都發(fā)送校驗幀，以確保數據傳輸的準確無誤。

　　2.1.1 鍵盤掃描電路

　　鍵盤掃描部分采用4×4鍵盤，通過P1口設置掃描電平，先置P1口的低4位中某一位為零，然后讀取P1口高4位的電平。P1口的低一位置零即給列線置低，若在P1口的高4位監(jiān)測到某位為零，則通過行列的位置即可知道按鍵的部位，在按鍵過程中存在抖動問題，解決方法有硬件編碼鍵盤和軟件編碼方式，鑒于成本考慮和AT89C51的高性能考慮本設計采用軟件編碼方式實現掃描，鍵盤掃描電路如圖2所示。

　　2.1.2 LED顯示電路

　　LED顯示電路采用動態(tài)顯示方式顯示，由74LS248 BCD譯碼芯片和74LS138譯碼器組成。采用74LS248的目的是為了節(jié)省I/O口資源，以便控制更多的外圍芯片。LED的段選數據由通過 74LS248譯碼過來的段選碼決定，位選數據由74LS138譯碼產生。工作的時候首先把按鍵的值轉換為BCD碼，再送入P0口的第4位，但是對P0口時整體復制會破壞位選口的數據。此時需進行P0口數據的修正，通過或邏輯運算把位選數據也送入P0口的第4位和第5位，再把修正好的數據送給P0口，此時既有段選數據又有位選數據。要使顯示的數據不閃，則需要利用人眼的視覺暫留性，將每個數據顯示之間的時間延時控制在10 ms以內，這樣顯示的數字才不閃。LED顯示電路如圖2所示。

　　2.1.3 視頻獲取及數傳電路

　　視頻獲取電路由CAMERA 0V 7620芯片和IDT7205組成，采用該組合方法是因為視頻獲取的數據量都比較大，但單片機的工作頻率比較低。如果直接搭配則二者不能正常接收。因此，增加緩沖芯片IDT7205，這樣通過單片機控制其工作來達到數據量和單片機的匹配，只有單片機允許接收時才使能IDT7205。如果單片機監(jiān)測到視頻芯片的VSYN上跳后，就會在P0.7口輸出1，從而開始控制IDT7205從視頻芯片獲取數據。SRWF模塊在使用之前要進行無線信道、接口類型、接口速率、接口參數等的設定，在設置完成后便可以進行數據傳輸，當模塊收到單片機發(fā)來的第1個數據后自動進行無線網絡連接及數據同步等工作，因此第1個數據將在 5個字節(jié)時間延遲后從接收方串口輸出，如圖2所示。

　　2.2 分控制器的電路設計

　　分控制器也采用AT89C51單片機作為微處理器，分控制器系統的外圍接口電路由晶振、LCD圖像顯示電路、按鍵開鎖電路、看門狗電路、通信接口電路、存儲器等組成。分控制器系統的硬件電路原理圖如圖3所示。

　　它的工作過程是：初始化其接收波特率，并一直處于信息監(jiān)測狀態(tài)，當收到地址幀時，就與本身的地址相對比，若不同，則丟棄此幀數據繼續(xù)檢測。若相同，則讀取 AT24C02芯片存儲的樂曲編碼，通過P2.1口來控制喇叭發(fā)出樂曲音，從而告訴用戶，有訪客請求進入樓宇。當用戶按下鍵盤上的接聽鍵時，單片機會把從無線數字傳輸模塊接收過來的數據送P0口進行液晶顯示。房主看到液晶上的圖像時，若認識訪客，則按鍵開鎖;若不認識訪客，則按掛機鍵，結束視頻通話。視頻顯示電路的主要工作芯片為TFT6448B。TFT6448B自帶數據鎖存器，不需要擴展鎖存芯片，在選中TFT6448B后，通過往TFT6448B的相應行、列、控制、數據寄存器中寫入數據，即可實現單片機AT89C51對TFT6448B的控制顯示。