基于AT89C2051的樓宇直按可視對講門鈴系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 呼叫鈴音產(chǎn)生調(diào)理模塊設(shè)計及實現(xiàn)
鈴音信號可用軟件或硬件模擬合成，也可用集成音樂片。經(jīng)綜合考慮，選用可用于線性放大器和 RC振蕩器的六反相器 4069、配以圖 2 a 中 R1～R11、C1～C4、Q1（9014）、Q4（A940）、D2 來模擬合成鈴音信號。其中 C1、C2 串聯(lián)得到 0.5μ電容，與 R1、R2 及 4069 的 1、2 兩個反相器構(gòu)成 RC 振蕩電路以產(chǎn)生合成鈴音的所需的信號，該信號經(jīng) 4069 第 3 個反相器反相，R3 限流送 Q1 的 b 極，放大后的信號一路由 Q1 的e 極輸出并經(jīng) R5、R6 和 4069 第 6 個反相器組成的線性放大器放大后，與 Q1 的 c 極輸出的一路放大信號混合，再經(jīng) 4069 第 5 個反相器反相，然后與 C3 從 Q1 的 e 極取得的另一路信號混合，最后由 4069 第 4 個反相器反相得到合成的模擬鈴音信號輸出。Q4、R7～R11、C4、D2 為 4069 提供工作電源。當(dāng)無房號鍵按下時，限流電阻 R8 斷路，因 R7 的偏壓，Q4 截止；當(dāng)按下房號鍵時，Q4 導(dǎo)通，c 極輸出電壓，一路經(jīng) R9、R10 分壓，C4 濾波提供 4069 的工作電壓，起到了保護(hù) 4069 的作用；另一路經(jīng) D2 單向截止，R11 降壓后提供呼
叫時 LM386 等的工作電壓。為提高輸出鈴音信號的驅(qū)動能力和傳輸距離，設(shè)計了圖 2a 中由限流電阻 R12～R14、Q2（9015）、Q3（8050）、D1、C5、C7 組成的鈴音調(diào)理模塊。當(dāng)按下房號鍵時，鈴音信號經(jīng) R12 限流后由 Q2 的 e 極輸入，c 極輸出到 Q3 的 b 極進(jìn)行放大后從 Q3 的 c 極輸出，一路由 C5 取出，經(jīng) LM386 再次放大后送主機(jī)喇叭供來人聽呼叫鈴音；另一路由 C7 取出混入 HJK 線，經(jīng)按下的房號鍵直接送分機(jī)喇叭產(chǎn)生呼叫主人的鈴音。D1起單向截止作用。

2.2 主機(jī)鍵盤、呼叫及摘掛機(jī)檢測模塊設(shè)計及實現(xiàn)
主機(jī)鍵盤所有房號鍵的一端連主機(jī)的 HJK，另一端各自連對應(yīng)分機(jī)的 X0X。為便于來人在光線暗淡或夜間辨認(rèn)房號鍵，設(shè)計了由發(fā)光二極管 LED 構(gòu)成的鍵盤光源系統(tǒng)。其控制電路由圖 2a 中的 Q5（A940）、限流電阻 R15 和 R16、偏壓光敏電阻 RS 構(gòu)成。當(dāng)光線強(qiáng)時，RS 阻值很小，Q5 截止，LED 不發(fā)光，降低了功耗。當(dāng)光線暗時，RS 阻值很大，Q5 的 c 極輸出電壓，LED 發(fā)光。設(shè)計時每個 LED 并聯(lián)，這雖增加了主機(jī)鍵盤設(shè)計的復(fù)雜性，但解決了同類產(chǎn)品因 LED 串聯(lián)，一個損壞，其余均不能再提供光源的缺陷。設(shè)計的呼叫檢測模塊由圖 2b 中的 D1、R2、R3、C1、Q1（9014）及 AT89C2051 的 P17 腳及其上拉電阻R1 構(gòu)成。當(dāng)來人按下房號鍵，由 X0X 線傳來的門鈴呼叫信號一路經(jīng)喇叭發(fā)出門鈴呼叫音，另一路經(jīng)過 D1反向截止，R3 與 C1 組成的充放電電路，由 R2 驅(qū)動 Q1 導(dǎo)通，使 AT89C2051 的 P17 腳的電平由高變低，完
成呼叫檢測。設(shè)計的摘掛機(jī)檢測模塊由圖 2b 中的壓鍵開關(guān)、AT89C2051 的 P33 腳及其上拉電阻 R6 組成，一旦摘機(jī)，壓鍵開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，P33 腳的電平由高變低，完成摘機(jī)檢測。反之，完成掛機(jī)檢測。

2.3 視頻采集調(diào)理模塊和視頻及音頻控制模塊設(shè)計及實現(xiàn)
視頻采集調(diào)理模塊選用工作電壓為 DC12V，內(nèi)部自帶視頻調(diào)理的 CCD 攝像頭模塊，其輸出視頻信號傳輸距離遠(yuǎn)，直接由圖 2a 中的 C18 取出后送 VI 線，無需其它外圍電路，簡化了系統(tǒng)電路設(shè)計。設(shè)計的視頻及音頻控制模塊由圖 2b 中的 Q4～Q6（9014）、Q7（A940）、限流電阻 R10～R15、偏壓電阻R16、D3～D5、繼電器、AT89C2051 的 P16 腳及其上拉電阻 R9 組成。視頻顯示器選用工作電壓為 15V 的國產(chǎn) 4 寸黑白扁平顯像管模塊。為控制 VI 線輸入的視頻信號，設(shè)計時選用單刀雙擲電磁繼電器并利用其常開觸點(diǎn)，R15 對繼電器線圈起限流保護(hù)，D3 起續(xù)流保護(hù)。待機(jī)時，P16 腳輸出高電平，Q4 導(dǎo)通，Q5～Q7 截止。當(dāng) AT89C2051 檢測到呼叫信號或按主動監(jiān)視鍵時，P16 腳輸出低電平，Q4 截止，Q5 導(dǎo)通使 Q7 導(dǎo)通，V+線送來的 18V 直流電源經(jīng) Q7 的 c 極輸出，一是提供繼電器線圈工作電壓和視頻顯示器 15V 穩(wěn)壓片的輸入電源；一是經(jīng) D4 單向截止提供音頻模塊輸入電源，再經(jīng) D5 單向截止由 VK 線給主機(jī)的攝像頭和音頻模塊提供輸入電源。Q6 導(dǎo)通，繼電器吸合給視頻顯示器提供視頻信號。

2.4 開鎖及其控制模塊設(shè)計及實現(xiàn)
開鎖模塊由圖 2a 中的 3V 穩(wěn)壓管 Z1、限流電阻 R37 和 R38、Q8（2073）、Q9 和 Q10（9014）組成。開鎖控制模塊由圖 2b 中的壓鍵開關(guān)、限流電阻 R7 和 R8、Q2 和 Q3（9014）、AT89C2051 的 P15 腳及其上拉電阻 R6 構(gòu)成。待機(jī)時，即使摘機(jī)使壓鍵開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，但 P15 腳輸出高電平，Q2 導(dǎo)通，Q3 截止。因 AI/O線上的直流電壓高于 Z1 的穩(wěn)定電壓 3V，Z1 被擊穿，其反向擊穿電流使 Q10 導(dǎo)通，從而使 Q9 的 b 極對地短路而導(dǎo)致 Q8 截止，電控鎖線圈無電流輸入，防盜門處于上鎖狀態(tài)。來人呼叫后，主人摘機(jī)并按下開鎖鍵，P15 腳輸出低電平使 Q2 截止，Q3 導(dǎo)通，AI/O 接地，Z1 無反向擊穿電流輸出，Q10 截止，Q9 導(dǎo)通使 Q8導(dǎo)通，其 c 極連接的 18V 直流電源由 e 極輸出給電控鎖線圈，電控鎖動作，打開防盜門，完成開鎖。

2.5 輸出音頻前置調(diào)理模塊設(shè)計及實現(xiàn)
聲電轉(zhuǎn)換選用了靈敏度高的駐極體傳聲器，但經(jīng)傳聲器轉(zhuǎn)換形成的音頻電壓信號較弱，不宜直接傳輸，為此需設(shè)計音頻前置調(diào)理模塊。為降低成本，采用三極管 9014 進(jìn)行兩級調(diào)理。主機(jī)聲電轉(zhuǎn)換電路及音頻前置調(diào)理模塊由圖 2a 中的 Q6、Q7、R31、R18～R27、C12～C14 及傳聲器構(gòu)成。由 VK 線上送來的受控電源經(jīng) R18～R20 分壓，C12 濾波為傳聲器提供工作電壓。傳聲器轉(zhuǎn)換成的音頻信號經(jīng) C13 耦合到 Q6 的 b 極放
大后，由 c 極直接輸出到 Q7 的 b 極再次放大后，由 C14 從 Q7 的 e 極取出經(jīng) R31 混合到 AI/O 線，經(jīng)分機(jī)后置調(diào)理模塊取出調(diào)理后送耳機(jī)，供主人聽話。另外該信號還送入主機(jī)后置音頻調(diào)理模塊調(diào)理后供來人聽自己說話。模塊中 R21～R25 為 Q6、Q7 的直流限流電阻，R26、R27 分壓為 Q6 提供 b 極工作電壓。分機(jī)聲電轉(zhuǎn)換電路及音頻前置調(diào)理模塊由圖 2b 中的 R27～R35、Q8、Q9、C9～C11 及傳聲器組成。其
原理與主機(jī)的相同，C9 濾掉音頻信號的高頻部分，放大后的音頻信號由 Q8 的 c 極輸出經(jīng) R32 混合到 AI/O線，經(jīng)主機(jī)后置調(diào)理模塊取出調(diào)理后送喇叭，供來人聽話。

2.6 輸入音頻后置調(diào)理模塊設(shè)計及實現(xiàn)
輸入的音頻信號，因傳輸衰減需再次調(diào)理，為此需設(shè)計后置調(diào)理模塊。設(shè)計時，可選集成運(yùn)放或?qū)Ｓ靡纛l集成放大器。這里選用了可用于音頻信號放大的集成雙運(yùn)放 082D 和專用音頻集成放大器 LM386 來設(shè)計。設(shè)計的主機(jī)輸入音頻后置調(diào)理模塊由圖 2a 中 082D 的第一個運(yùn)放、R28～R36、LM386、C8～C11、C15～C17 組成。由 VK 線送來的受控電源一路經(jīng) C15、C16 濾波，R33、R34 分壓提供 082D 反相端和同相端直流
工作電壓，另一路經(jīng) R28 降壓，C10、C11 濾波后提供 LM386 的工作電壓。R35、R31、R32 與 082D 的第一個運(yùn)放接成雙端輸入求和運(yùn)放作為第一級調(diào)理。輸入音頻信號經(jīng) R30 濾直流后，由 082D 的同相端輸入，經(jīng)第一級調(diào)理后由 R36 限流 C17 耦合，再經(jīng) R29 和 C8 濾波后，由 LM386 的 3 腳輸入，經(jīng)過 20 倍放大后由5 腳輸出，由 C9 耦合到喇叭發(fā)聲。設(shè)計的分機(jī)輸入音頻后置調(diào)理模塊由圖 2b 中的 082D、C5～C8、R20～R27 組成。082D 的第一個運(yùn)放與R24～R27 構(gòu)成雙端輸入求和運(yùn)放作為第一級調(diào)理，輸入音頻信號經(jīng) C8 從 AI/O 線取出送第一級調(diào)理的同相端調(diào)理后，由 C6 耦合到由 082D 的第二個運(yùn)放、R22、R23、C7 組成的第二級比例運(yùn)放的同相端進(jìn)行調(diào)理，
最后由 C5 耦合到耳機(jī)發(fā)聲。其中第一級運(yùn)放直流工作電壓由 Q8 的 e 極提供，第二級運(yùn)放同相端直流工作電壓由 R20、R21 分壓提供。

3 樓宇直按可視對講門鈴室系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn)
單片機(jī)軟件主要完成門鈴呼叫信號、摘掛機(jī)、按鍵檢測及相應(yīng)控制信號的輸出，完成來人呼叫后及主
動監(jiān)視 30s 定時等功能。

4 結(jié)束語
該門鈴系統(tǒng)在唐山市唐海縣等地安裝并經(jīng)長期使用表明：其操作簡便，與同類產(chǎn)品或其它非單片機(jī)控制產(chǎn)品相比，具有可靠性好，故障率低，綜合性價比高，一戶能同時安裝兩臺分機(jī)，且具有呼叫后才能摘機(jī)通話和開鎖等特點(diǎn)，這很好地解決了同類產(chǎn)品或其它未使用單片機(jī)控制的產(chǎn)品在任何狀態(tài)下，摘機(jī)即可通話、開鎖、視頻顯示以及來人可從室外主機(jī)的喇叭聽到室內(nèi)發(fā)出的聲音等缺陷。