可视对讲门禁系统通信设计

中心议题
    *设计了一种楼宇无线可视对讲电路
解决方案
    *以单片机为控制器核心
    *通过无线数字传输电路来传输视频信号

1 整体设计方案

系统结构主要由3部分组成：上位机系统、下位机系统和通信系统。这三部分共同完成了主控制器与分控制器的信息交换，达到楼宇监控的目的。主控制器和分控制器通过无线数字传输模块SRWF进行数据和命令的传输。该通信模型属于一对多的通信模式，其整体方框图如图1所示。

主控制器的主控芯片为AT89C51，通过键盘获得访问的房间号码，确认后，单片机会控制打开视频采集芯片和缓冲芯片进行工作，并在设定的通信波特率的 情况下，通过串口通信，由单片机把数据送给数字传输电路，数字传输电路再通过无线信道把数据发送出去。从控制器的主控芯片也使用AT89C51，通过数字 传输电路接收主控器的控制信息和数据信息，对接收到的数据进行分类，若是主机发送过来的通信地址信号，从控制器会读取振铃音存储电路里的数据，从而发出振 铃音。接下来开始接收视频信号，并通过LCD显示电路显示出来，用户可通过按键控制电路决定是否与主控器进行进一步通话。

2 硬件电路设计

2.1 主控制器的电路设计

主控制器电路由单片机AT89C51、键盘扫描电路、驱动及数码显示电路、看门狗电路、无线数传电路等几部分组成。主控制器系统的硬件电路原理图如图2所示。

其工作流程如下：先通过键盘扫描电路扫描用户的按键信息，以便获得从机的通信地址，并将按键信息通过4个LED显示出来，以便用户清楚获知自己要访问的 从机地址。用户可以通过键盘上的增值、减值、重输，确认修改其输入值。当用户按下确认键的时候，主机存贮此时的从机地址，并开启视频芯片采样视频信号，同 时把从机地址通过无线数字传输芯片SRWF发送出去。收到从机的应答信号和准备就绪信号后，主机在设定的波特率下开始发送数据。每发1帧数据就等待从机的 应答信号，同时对每帧数据都发送校验帧，以确保数据传输的准确无误。

2.1.1 键盘扫描电路

键盘扫描部分采用 4×4键盘，通过P1口设置扫描电平，先置P1口的低4位中某一位为零，然后读取P1口高4位的电平。P1口的低一位置零即给列线置低，若在P1口的高4 位监测到某位为零，则通过行列的位置即可知道按键的部位，在按键过程中存在抖动问题，解决方法有硬件编码键盘和软件编码方式，鉴于成本考虑和 AT89C51的高性能考虑本设计采用软件编码方式实现扫描，键盘扫描电路如图2所示。

2.1.2 LED显示电路

LED显示电路采用动态显示方式显示，由74LS248 BCD译码芯片和74LS138译码器组成。采用74LS248的目的是为了节省I/O口资源，以便控制更多的外围芯片。LED的段选数据由通过 74LS248译码过来的段选码决定，位选数据由74LS138译码产生。工作的时候首先把按键的值转换为BCD码，再送入P0口的第4位，但是对P0口 时整体复制会破坏位选口的数据。此时需进行P0口数据的修正，通过或逻辑运算把位选数据也送入P0口的第4位和第5位，再把修正好的数据送给P0口，此时 既有段选数据又有位选数据。要使显示的数据不闪，则需要利用人眼的视觉暂留性，将每个数据显示之间的时间延时控制在10 ms以内，这样显示的数字才不闪。LED显示电路如图2所示。

2.1.3 视频获取及数传电路

视频获取电路由CAMERA 0V 7620芯片和IDT7205组成，采用该组合方法是因为视频获取的数据量都比较大，但单片机的工作频率比较低。如果直接搭配则二者不能正常接收。因此， 增加缓冲芯片IDT7205，这样通过单片机控制其工作来达到数据量和单片机的匹配，只有单片机允许接收时才使能IDT7205。如果单片机监测到视频芯 片的VSYN上跳后，就会在P0.7口输出1，从而开始控制IDT7205从视频芯片获取数据。SRWF模块在使用之前要进行无线信道、接口类型、接口速 率、接口参数等的设定，在设置完成后便可以进行数据传输，当模块收到单片机发来的第1个数据后自动进行无线网络连接及数据同步等工作，因此第1个数据将在 5个字节时间延迟后从接收方串口输出，如图2所示。

2.2 分控制器的电路设计

分控制器也采用AT89C51单片机作为微处理器，分控制器系统的外围接口电路由晶振、LCD图像显示电路、按键开锁电路、看门狗电路、通信接口电路、存储器等组成。分控制器系统的硬件电路原理图如图3所示。

它的工作过程是：初始化其接收波特率，并一直处于信息监测状态，当收到地址帧时，就与本身的地址相对比，若不同，则丢弃此帧数据继续检测。若相同，则读 取 AT24C02芯片存储的乐曲编码，通过P2.1口来控制喇叭发出乐曲音，从而告诉用户，有访客请求进入楼宇。当用户按下键盘上的接听键时，单片机会把从 无线数字传输模块接收过来的数据送P0口进行液晶显示。房主看到液晶上的图像时，若认识访客，则按键开锁;若不认识访客，则按挂机键，结束视频通话。视频 显示电路的主要工作芯片为TFT6448B。TFT6448B自带数据锁存器，不需要扩展锁存芯片，在选中TFT6448B后，通过往TFT6448B的 相应行、列、控制、数据寄存器中写入数据，即可实现单片机AT89C51对TFT6448B的控制显示。

3 软件设计

主机由AT89C51单片机充当，从机为AT89C51单片机。主机与从机的数据通信波特率定为9 600 B，每个从机都有惟一的地址号，用来区分各从机。单片机的数据通信由串口完成，定时器T1为波特发生器，数据传送格式为1位起始位，8位数据位，1位停止 位，1位可编程位(T-B8)。工作方式：将定时器T1设置为方式2，串口设置为工作方式3。

该系统的通信协议是：所有从机的SM2位 置1，处于接收地址帧状态，主机发送一地址帧，其中第8位是地址，第9位是地址/数据的区分标志，该位置1表示该帧为地址帧。所有从机接收到地址帧后，都 将接收的地址与本机的地址比较，对于地址相符的从机，使自己的SM2位置O，并把本机地址发回主机作为应答;对于地址不符的从机，仍保持SM2=1，对主 机后发来的数据帧不予理睬。从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置第9位为1，作为从机数据传送结束的标志。主机接收数据时，先判断数据接收标志 RB8。若RB8=1，表示数据传送结束，并比较此帧校验和，若正确，则回送正确信号00H，命令该从机复位;若出错，则发送信号OFFH，命令该从机重 发数据。若接收帧RB8=0，则将数据存到缓冲区，并准备接受下一帧信息。主机接收到从机的应答地址后，确认地址是否相符，如果地址不符，则发复位信号; 如果地址相符，则清TB8=0，开始发送数据。从机收到复位命令后回到监听地址状态，否则开始接受数据和命令。主控制器和从控制器的通信程序流程图如图4 和图5所示。

4 系统仿真

在Proteus的ISIS 7.1sp2软件环境下画出电路原理图，接下来就是将设计的程序在Keil C51μVision2开发集成环境上编译成机器语言，进入Proteus的ISIS，鼠标左键点击菜单“Debug”，选中“use romote debuger monitor”，便可实现KeilC与Proteus的连接调试。首先在Proteus中双击单片机AT89C51，将KeilC下编程生成的.HEX 文件导入到AT89C51中，可在Proteus中单击全速仿真运行按钮，进行现象查看，能清楚地观察到芯片上每一个引脚的电平变化，红色代表高电平，蓝 色代表低电平;如果现象不正确，则在KeilC中单步调试程序，并在Proteus观察现象，哪一步不正确，则对该段的程序进行修改，调试直到仿真完全成 功为止。

依次按下扫描键盘上的3个按钮，待3个按钮全部输入后，会在数码管上显示刚才所按的数据，按照按下的顺序显示数字，该数字表示要访问的房间号码，如504表示要访问504房间的主人。该房间号码会提供给单片机用来作为多机通信的地址，仿真结果如图6所示。

在Proteus里用LM4229代替设计中的TFT6448B芯片。仿真的目：用来获得图像显示的编码方式和液晶的单色位图显示功能。LM4229通 过 CDWRITE READ三个引脚的电平来确定是读数据还是读状态，或者是写数据还是写命令。其数据引脚为8位，可以与单片机进行直接的数据交换，P2口为液晶显示的控制 端，仿真结果如图7所示。

5 结语

该可视对冲电路采用了以单片机AT89C51为核心，以SRWF-1，CAMERA OV 7620，IDT7205等为外围芯片的设计。文中给出了硬件电路图及主程序流程图，阐述了软硬件设计过程中对关键技术的处理。该电路完全可以满足图像信 号的连续采集，无线传输图像信号，显示单色位图，振铃呼叫的楼宇无线可视对讲电路的实用要求。本文的创新点在于把低速单片机应用于数据量大的图像信号采集 和图像短距离无线传输上。在设计中，图像信号的实时性处理将成为以后需要努力研究的方向。