基于PIC16F877A單片機的樓宇可視對講系統(tǒng)室外機設計

張艷敏,羅海兵,崔海良,鄭榮杰

(河北工程技術(shù)高等?？茖W校 電氣自動化系,河北 滄州 061001)

隨著城市建設的飛速發(fā)展和人們生活品質(zhì)的提升,智能樓宇可視對講系統(tǒng)越來越多地應用于各個住宅小區(qū)及豪華別墅區(qū),以其強大的監(jiān)控與數(shù)字服務功能彌補了普通對講系統(tǒng)的不足[1]。PIC16F877A是一個8位 CMOS微型計算機,具有閃存功能,內(nèi)建 ICD(in Circuit Debug)功能,且具有省電、高效的特點。文中以PIC16F877A單片機為核心設計了樓宇可視對講系統(tǒng)的室外機。

1 樓宇可視對講系統(tǒng)室外機

數(shù)字智能樓宇對講系統(tǒng)可分為機械部分和電氣部分。機械部分有鐵門,電動鎖和安裝器件;電氣部分可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。在整個樓宇可視對講系統(tǒng)配置方面,一般包括室外機、室內(nèi)機、管理機、聯(lián)網(wǎng)器、集線器、選通器、電源、信號放大器等相關(guān)設備,根據(jù)用戶需要,組成一個智能系統(tǒng)[2]。

室外機負責樓宇對講系統(tǒng)中的首道安全檢驗,被安裝在住宅的門口,有時候也稱為門口機。有呼叫住宅內(nèi)住戶的基本功能,還有呼叫管理中心、紅外輔助光源、夜間輔助鍵盤背光、密碼開鎖等功能,可視型數(shù)字樓宇對講系統(tǒng)的室外機還有攝像頭,用于采集呼叫者的影像信息。

圖1 設計方案圖

2 室外機硬件電路設計

室外機實現(xiàn)的主要功能有:密碼的設置和修改、對講、開鎖、管理中心控制、門禁感應卡讀卡、攝像、防拆報警、顯示等。因此室外機電路主要由CPU主電路、鍵盤電路、開鎖電路、電源電路、攝像頭補光電路、鍵盤補光電路、收發(fā)碼電路、防拆報警電路和通話控制與功放電路等部分組成,電路設計方案如圖 1所示。

2.1 主電路設計

主電路中,PIC16F877A作為核心部件控制著系統(tǒng)的運行,如圖2所示。其中,RB口接模擬電子開關(guān),以便選擇相應的住戶,接通信號;RA口接顯示模塊,由 CPU發(fā)送相應的字模表值,用于LED顯示電路的驅(qū)動與控制,顯示相應數(shù)碼;RA2接顯示字模表時鐘線,RA3接顯示字模表的選通端;RE2接 X25045芯片的片選端,用于開鎖電路的控制和報警聲音以及音量電路的控制;RE0(RD),RE1(WR)分別接數(shù)據(jù)線 TX_DAT A和RX_DAT A;RC6(RX),RC7(TX)接LBC184通訊芯片的 R,D端,用于視頻傳輸電路的控制及收發(fā)碼電路的控制。

圖2 室外機主電路原理圖

室外機的工作狀態(tài)主要可分成待機狀態(tài)和工作狀態(tài),平時處于待機狀態(tài)。在待機狀態(tài)下,室外機系統(tǒng)只對鍵盤進行掃描,數(shù)碼管不顯示,CCD攝像機沒有電源供應,沒有視頻信號。當來訪者在室外機鍵盤上每按一鍵,室外機應顯示相應字符,當住戶號碼輸入完畢后,再按“#”鍵室外機即發(fā)碼,并顯示“CALL”同時有聲音提示。室外機發(fā)碼后3 s內(nèi)相應編碼的分機應解碼。分機解碼后,室外機即停止顯示“CALL”并有回鈴聲音提示。分機摘機后停止回鈴音。在通話過程中按“*”鍵可強制切斷通話。

室外機與室內(nèi)分機或管理中心通信工作時,分機或管理中心按開鎖鍵后,可開啟室外機所帶的電鎖,同時室外機顯示“OPEN”,“OPEN”閃爍顯示三次,并同時有聲音提示。按住開鎖鍵不放,也僅能開鎖一次。室外機能與對方雙向通話,且分機與管理中心應能清晰顯示室外機的圖像。在通電狀態(tài)防拆開關(guān)由壓緊變?yōu)獒尫?松開)狀態(tài),室外機向管理中心報警,管理中心上顯示室外機緊急報警。

2.2 數(shù)碼顯示電路

顯示部分采用的是LED液晶顯示,電路如圖3所示。電路中,各段LED顯示器需要由驅(qū)動電路驅(qū)動。數(shù)碼管為共陽極,所以電路中將各段發(fā)光二極管的陽極連在一起作為公共端,這樣能使驅(qū)動電路簡單化。由于顯示器位數(shù)為4位,采用動態(tài)顯示。

系統(tǒng)處于靜態(tài)時,室外機面板上紅色LED指示燈不亮。當系統(tǒng)處于占線狀態(tài)時,室外機面板上紅色LED指示燈亮。將室外機光敏二極管處用不透明物體擋住,鍵盤內(nèi)部的所有LED應同時亮(即處于夜晚狀態(tài))。拿掉遮擋物,照明鍵盤用的所有 LED應同時熄滅(白天狀態(tài))。

圖3 LED示意圖

2.3 CCD攝像機電路設計

可視樓宇對講系統(tǒng)中的攝像頭安裝在室外機上,通過數(shù)據(jù)線將呼叫者的影像信息傳送給室內(nèi)分機或樓宇管理中心。無論是住戶還是保安,都能及時對來訪者的模樣有個大致的了解[3]。攝像頭是樓宇對講系統(tǒng)中監(jiān)控環(huán)節(jié)的前端設備,是取得第一手材料的設備,它攝下的圖像是否清晰、準確,直接決定了監(jiān)控的效果。因此,攝像機的選型電路設計也十分重要。

CCD攝像機及補光電路設計在圖2主電路中,八腳立式插座連接著三大部分電路,首先是與三端口立式插座的 CCD攝像機相連;其次,該電路連接兩個330Ω電阻的6個發(fā)光二極管具有紅外輔光功能,在室外機被障礙物遮擋時,或者在黑夜中,室內(nèi)分機在看室外機的圖像時,應該能借助紅外輔光功能看清室外機正前方 400 mm內(nèi)的來訪者。此外,相連的二端口立式插座連接著揚聲器,兩根線直接傳輸信號給室內(nèi)分機或者樓宇管理中心。

3 軟件電路設計

系統(tǒng)程序分為主程序和若干個子程序,由匯編語言編寫,固化在PIC16F877A內(nèi)部Flash存儲器中。為了程序調(diào)試的方便和節(jié)省內(nèi)存空間,本系統(tǒng)的軟件部分主要采用主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)。主程序的主要功能是:在啟動系統(tǒng)后,首先判斷復位鍵是否被按下。若復位鍵被按下,則恢復出廠設置,否則保持系統(tǒng)現(xiàn)有設置;然后按照不同設置進行初始化,判斷是否有人呼叫,是否接通對講,是否需要開鎖等。子程序主要包括鍵盤掃描子程序、鍵盤識別子程序、顯示子程序、顯示碼轉(zhuǎn)換子程序、密碼處理子程序、錯誤處理子程序、延時子程序等。

4 室外機設計中抗干擾策略

在實際應用中,數(shù)字智能樓宇對講系統(tǒng)的穩(wěn)定性一直沒有得到十分有效的解決,在樓層高用戶多的系統(tǒng)中尤為突出。加強抗干擾設計,是可以大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性的。文中分以下幾個方面進行抗干擾設計:

1)接在器件的電源和地線之間近距離地接0.1 uF無極性電容進行去耦設計,并在各PCB板電源處和主要芯片的電源與地之間加一個10～100 uF的電解電容進行進一步去耦設計。

2)由于本系統(tǒng)信號頻率較高,為了減少接地電流對信號傳輸?shù)挠绊?系統(tǒng)采用多點接地。

3)在 PCB板上,除了合理布置電源線、信號線、地址線的走向、線寬與線間距外,還盡可能加大接地的面積,將不用的區(qū)域盡量用地平面填充,避免地回路造成的電磁干擾[4]。

4)在軟件設計方面,盡可能采用軟件冗余指令,提高軟件的抗干擾能力,防止軟件“跑飛”。

5 結(jié)語

本設計產(chǎn)品已由某公司在其住宅小區(qū)安裝使用,使用結(jié)果表明,該室外機產(chǎn)品性能穩(wěn)定,工作可靠,較好地解決了傳統(tǒng)可視對講中存在的一些技術(shù)缺陷,在語音和圖像傳輸上無停頓現(xiàn)象,并且在強抗干擾性、低價位、易調(diào)試等應用方面具有顯著的優(yōu)勢。

[1]王永春.智能小區(qū)樓宇訪客系統(tǒng)設計 [D].濟南:山東大學,2002.

[2]孫媛.智能小區(qū)家庭監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) [D].無錫:江南大學,2003.

[3]李林.智能大廈系統(tǒng)工程 [M].北京:電子工業(yè)出版社,1998.

[4]于海生,潘松峰,于培仁.微型計算機控制技術(shù) [M].北京:清華大學出版社,1998.