基于PIC16F877A单片机的楼宇可视对讲系统室外机设计

张艳敏,罗海兵,崔海良,郑荣杰

(河北工程技术高等专科学校 电气自动化系,河北 沧州 061001)

随着城市建设的飞速发展和人们生活品质的提升,智能楼宇可视对讲系统越来越多地应用于各个住宅小区及豪华别墅区,以其强大的监控与数字服务功能弥补了普通对讲系统的不足[1]。PIC16F877A是一个8位 CMOS微型计算机,具有闪存功能,内建 ICD(in Circuit Debug)功能,且具有省电、高效的特点。文中以PIC16F877A单片机为核心设计了楼宇可视对讲系统的室外机。

1 楼宇可视对讲系统室外机

数字智能楼宇对讲系统可分为机械部分和电气部分。机械部分有铁门,电动锁和安装器件;电气部分可分为硬件系统和软件系统。在整个楼宇可视对讲系统配置方面,一般包括室外机、室内机、管理机、联网器、集线器、选通器、电源、信号放大器等相关设备,根据用户需要,组成一个智能系统[2]。

室外机负责楼宇对讲系统中的首道安全检验,被安装在住宅的门口,有时候也称为门口机。有呼叫住宅内住户的基本功能,还有呼叫管理中心、红外辅助光源、夜间辅助键盘背光、密码开锁等功能,可视型数字楼宇对讲系统的室外机还有摄像头,用于采集呼叫者的影像信息。

图1 设计方案图

2 室外机硬件电路设计

室外机实现的主要功能有:密码的设置和修改、对讲、开锁、管理中心控制、门禁感应卡读卡、摄像、防拆报警、显示等。因此室外机电路主要由CPU主电路、键盘电路、开锁电路、电源电路、摄像头补光电路、键盘补光电路、收发码电路、防拆报警电路和通话控制与功放电路等部分组成,电路设计方案如图 1所示。

2.1 主电路设计

主电路中,PIC16F877A作为核心部件控制着系统的运行,如图2所示。其中,RB口接模拟电子开关,以便选择相应的住户,接通信号;RA口接显示模块,由 CPU发送相应的字模表值,用于LED显示电路的驱动与控制,显示相应数码;RA2接显示字模表时钟线,RA3接显示字模表的选通端;RE2接 X25045芯片的片选端,用于开锁电路的控制和报警声音以及音量电路的控制;RE0(RD),RE1(WR)分别接数据线 TX_DAT A和RX_DAT A;RC6(RX),RC7(TX)接LBC184通讯芯片的 R,D端,用于视频传输电路的控制及收发码电路的控制。

图2 室外机主电路原理图

室外机的工作状态主要可分成待机状态和工作状态,平时处于待机状态。在待机状态下,室外机系统只对键盘进行扫描,数码管不显示,CCD摄像机没有电源供应,没有视频信号。当来访者在室外机键盘上每按一键,室外机应显示相应字符,当住户号码输入完毕后,再按“#”键室外机即发码,并显示“CALL”同时有声音提示。室外机发码后3 s内相应编码的分机应解码。分机解码后,室外机即停止显示“CALL”并有回铃声音提示。分机摘机后停止回铃音。在通话过程中按“*”键可强制切断通话。

室外机与室内分机或管理中心通信工作时,分机或管理中心按开锁键后,可开启室外机所带的电锁,同时室外机显示“OPEN”,“OPEN”闪烁显示三次,并同时有声音提示。按住开锁键不放,也仅能开锁一次。室外机能与对方双向通话,且分机与管理中心应能清晰显示室外机的图像。在通电状态防拆开关由压紧变为释放(松开)状态,室外机向管理中心报警,管理中心上显示室外机紧急报警。

2.2 数码显示电路

显示部分采用的是LED液晶显示,电路如图3所示。电路中,各段LED显示器需要由驱动电路驱动。数码管为共阳极,所以电路中将各段发光二极管的阳极连在一起作为公共端,这样能使驱动电路简单化。由于显示器位数为4位,采用动态显示。

系统处于静态时,室外机面板上红色LED指示灯不亮。当系统处于占线状态时,室外机面板上红色LED指示灯亮。将室外机光敏二极管处用不透明物体挡住,键盘内部的所有LED应同时亮(即处于夜晚状态)。拿掉遮挡物,照明键盘用的所有 LED应同时熄灭(白天状态)。

图3 LED示意图

2.3 CCD摄像机电路设计

可视楼宇对讲系统中的摄像头安装在室外机上,通过数据线将呼叫者的影像信息传送给室内分机或楼宇管理中心。无论是住户还是保安,都能及时对来访者的模样有个大致的了解[3]。摄像头是楼宇对讲系统中监控环节的前端设备,是取得第一手材料的设备,它摄下的图像是否清晰、准确,直接决定了监控的效果。因此,摄像机的选型电路设计也十分重要。

CCD摄像机及补光电路设计在图2主电路中,八脚立式插座连接着三大部分电路,首先是与三端口立式插座的 CCD摄像机相连;其次,该电路连接两个330Ω电阻的6个发光二极管具有红外辅光功能,在室外机被障碍物遮挡时,或者在黑夜中,室内分机在看室外机的图像时,应该能借助红外辅光功能看清室外机正前方 400 mm内的来访者。此外,相连的二端口立式插座连接着扬声器,两根线直接传输信号给室内分机或者楼宇管理中心。

3 软件电路设计

系统程序分为主程序和若干个子程序,由汇编语言编写,固化在PIC16F877A内部Flash存储器中。为了程序调试的方便和节省内存空间,本系统的软件部分主要采用主程序调用各个子程序实现。主程序的主要功能是:在启动系统后,首先判断复位键是否被按下。若复位键被按下,则恢复出厂设置,否则保持系统现有设置;然后按照不同设置进行初始化,判断是否有人呼叫,是否接通对讲,是否需要开锁等。子程序主要包括键盘扫描子程序、键盘识别子程序、显示子程序、显示码转换子程序、密码处理子程序、错误处理子程序、延时子程序等。

4 室外机设计中抗干扰策略

在实际应用中,数字智能楼宇对讲系统的稳定性一直没有得到十分有效的解决,在楼层高用户多的系统中尤为突出。加强抗干扰设计,是可以大大提高系统的稳定性的。文中分以下几个方面进行抗干扰设计:

1)接在器件的电源和地线之间近距离地接0.1 uF无极性电容进行去耦设计,并在各PCB板电源处和主要芯片的电源与地之间加一个10～100 uF的电解电容进行进一步去耦设计。

2)由于本系统信号频率较高,为了减少接地电流对信号传输的影响,系统采用多点接地。

3)在 PCB板上,除了合理布置电源线、信号线、地址线的走向、线宽与线间距外,还尽可能加大接地的面积,将不用的区域尽量用地平面填充,避免地回路造成的电磁干扰[4]。

4)在软件设计方面,尽可能采用软件冗余指令,提高软件的抗干扰能力,防止软件“跑飞”。

5 结语

本设计产品已由某公司在其住宅小区安装使用,使用结果表明,该室外机产品性能稳定,工作可靠,较好地解决了传统可视对讲中存在的一些技术缺陷,在语音和图像传输上无停顿现象,并且在强抗干扰性、低价位、易调试等应用方面具有显著的优势。

[1]王永春.智能小区楼宇访客系统设计 [D].济南:山东大学,2002.

[2]孙媛.智能小区家庭监控系统的设计与实现 [D].无锡:江南大学,2003.

[3]李林.智能大厦系统工程 [M].北京:电子工业出版社,1998.

[4]于海生,潘松峰,于培仁.微型计算机控制技术 [M].北京:清华大学出版社,1998.