基于單片機(jī)的單戶可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)的設(shè)計(jì)

0 引言

在城市居民日常生活中，防盜門上的門鈴用得比較頻繁，但這種門鈴不具有對(duì)講功能，并且可視性也不好，這給市民的日常生活帶來了諸多的不便。例如當(dāng)有人按門鈴時(shí)，房主一般走到門口，通過防盜門上所謂的“貓眼”來辨認(rèn)來訪者是誰，這不僅費(fèi)勁，而且當(dāng)來訪者是你不愿接見的人時(shí)，由于走動(dòng)到門口發(fā)出的腳步聲已告知來訪者你在家，有時(shí)礙于情面，你不得不接見來訪者。本文介紹的基于單片機(jī)AT89C2051的單戶防盜門可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)便很好的解決了這些問題。該可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)和與其配套使用的防盜門上的室外機(jī)特別適合于別墅式住宅防盜門安裝使用，也適合于普通市民入戶防盜門安裝使用。

1 單戶可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)工作原理

圖1所示為該單戶防盜門可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)的工作原理框圖。它以單片機(jī)AT89C2051作為系統(tǒng)控制核心，配以呼叫檢測(cè)模塊、摘掛機(jī)檢測(cè)模塊、視頻顯示及控制模塊、開鎖和音頻信號(hào)輸入/出控制模塊、音頻信號(hào)輸入放大模塊、音頻信號(hào)輸出前置放大模塊以及按鍵組成。當(dāng)來訪者按門鈴開關(guān)傳來呼叫主人的門鈴信號(hào)時(shí)，AT89C2051的P17腳通過呼叫檢測(cè)模塊檢測(cè)到門鈴呼叫信號(hào)，其P14腳輸出開啟視頻顯示控制信號(hào)到視頻顯示及控制模塊；其P16腳輸出允許通話控制信號(hào)到音頻控制模塊，同時(shí)進(jìn)行30s定時(shí)。若主人不在家或通過辨認(rèn)CRT顯示器中顯示的來訪者決定不接見，則30s后AT89C2051通過 P14和P16腳分別輸出關(guān)閉視頻顯示信號(hào)和禁止通話信號(hào)；若主人決定接見來訪者，則摘機(jī)。AT89C2051通過P15腳檢測(cè)到已摘機(jī)，則終止30s定時(shí)。主人的話音音頻信號(hào)經(jīng)過前置放大模塊放大后，經(jīng)CN的4腳AIO線傳到門口室外機(jī)供來訪者聽話，而來訪者的話音音頻輸入信號(hào)經(jīng)放大模塊從AIO線取出放大后送耳機(jī)發(fā)聲，完成通話動(dòng)作。主人通過通話詢問并從顯示屏中觀察來訪者的表情，進(jìn)一步判明來訪者的身份和意圖，判明后主人按下開鎖鍵 “UNLOCK”，AT89C2051經(jīng)P16腳輸出的開鎖信號(hào)經(jīng)由AIO線傳到門口室外機(jī)，控制防盜門的電控鎖的電磁鐵動(dòng)作，門被打開。客人進(jìn)門后，防盜門依靠閉門器的作用再次關(guān)上。主人掛機(jī)，AT89C2051通過P15腳檢測(cè)到已掛機(jī)，則由P14和P16腳分別輸出關(guān)閉視頻顯示信號(hào)和禁止通話信號(hào)，恢復(fù)收鈴狀態(tài)。另外，主人還可通過按主動(dòng)監(jiān)視鍵“MORNITOR”，來開啟顯示屏顯示來訪者或查看門外的情況。

2 單戶防盜門可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

圖2所示為該單戶防盜門可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)硬件電路原理圖。

2.1 呼叫及摘掛機(jī)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

呼叫檢測(cè)模塊由圖2中的D5、R16、R17、C1、Q7及AT89C2051的P17 腳及其上的上拉電阻R18構(gòu)成。當(dāng)來訪者按下門鈴開關(guān)，由CN的7腳的HJ線傳來的門鈴呼叫信號(hào)一路經(jīng)揚(yáng)聲器發(fā)出門鈴呼叫聲，另一路經(jīng)過D5反向截止，R16與C1組成的充放電電路，由R17驅(qū)動(dòng)三極管Q7導(dǎo)通，使AT89C2051的P17腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，完成呼叫檢測(cè)。

圖2中的壓鍵開關(guān)、AT89C2051的P15腳及其上的上拉電阻R6構(gòu)成摘掛機(jī)檢測(cè)模塊，當(dāng)主人摘機(jī)后壓鍵開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，P15腳的電平由高變低，完成摘機(jī)檢測(cè)。反之，完成掛機(jī)檢測(cè)。

2.2 視頻顯示及控制模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)的視頻顯示及控制模塊如圖2所示，主要由Q3、Q4、Q5、Q6、繼電器HRJ、視頻顯示屏及AT89C2051的P14腳及其上的上拉電阻R12構(gòu)成。視頻顯示屏選用具有顯像作用，工作電壓為12V的國(guó)產(chǎn)金陽牌4寸黑白扁平顯像管。設(shè)計(jì)時(shí)為了同時(shí)對(duì)顯示屏的12V直流工作電源和CN的5腳VID輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行控制，選用HJR型雙刀雙擲電磁式繼電器并利用其常開觸點(diǎn)，R4對(duì)繼電器線圈起限流保護(hù)作用，D3對(duì)繼電器線圈起續(xù)流保護(hù)作用。待機(jī)時(shí)，P14腳輸出高電平，Q6導(dǎo)通，Q4和Q5截止。當(dāng)AT89C2051檢測(cè)到呼叫信號(hào)或主人按下主動(dòng)監(jiān)視鍵時(shí)，P14腳輸出低電平，Q6截止，Q4、 Q5導(dǎo)通。Q4導(dǎo)通使大功率三極管A940導(dǎo)通，由CN的1腳V+送來的18V直流電源，經(jīng)A940的集電極輸出，提供繼電器線圈工作電壓和12V集成穩(wěn)壓器的輸入電源，并經(jīng)CN的6腳VDC給室外機(jī)的視頻攝像鏡頭提供受控的輸入電源。Q5導(dǎo)通，繼電器吸合給視頻顯示屏提供工作電壓及視頻信號(hào)以顯示視頻圖像。

2.3 開鎖和音頻信號(hào)輸入/出控制模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

圖2中的壓鍵開關(guān)、R2、R3、Q1、Q2、AT89C2051的P16腳及其上的上拉電阻R1構(gòu)成了開鎖和音頻信號(hào)輸入/出控制模塊。待機(jī)時(shí)，即使摘機(jī)使壓鍵開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，但P16腳輸出低電平，Q1截止，Q2基極得電導(dǎo)通，使AIO對(duì)地短路而禁止通話。當(dāng)AT89C2051檢測(cè)到門鈴呼叫信號(hào)時(shí)，P16腳輸出高電平使Q1導(dǎo)通，Q2因基極對(duì)地短路而截止，允許通話。但若主人未摘機(jī)，則壓鍵開關(guān)不轉(zhuǎn)換狀態(tài)，來訪者仍不能與主人進(jìn)行通話。這很好地解決了同類產(chǎn)品或其它未使用單片機(jī)控制的單戶可視對(duì)講門鈴任何狀態(tài)下，摘機(jī)即可通話，以及來訪者呼叫后，即可從室外機(jī)的揚(yáng)聲器聽到室內(nèi)發(fā)出的聲音等缺陷。

2.4音頻信號(hào)放大處理模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

聲電轉(zhuǎn)換器件選擇靈敏度高，頻率響應(yīng)好的駐極體傳聲器，但經(jīng)傳聲器轉(zhuǎn)換形成的音頻電壓信號(hào)比較微弱，不適宜直接傳輸，為此需要設(shè)計(jì)音頻輸出信號(hào)前置放大處理模塊。為了降低成本，音頻輸出信號(hào)前置放大采用三極管進(jìn)行兩極放大。如圖2所示，分壓電阻R19、R20、R21和濾波電容C10為傳聲器提供直流工作電壓，傳聲器產(chǎn)生的音頻信號(hào)經(jīng)C11耦合，C12濾波輸入到Q8的基極，經(jīng)Q8放大后，由集電極輸出直接耦合到Q9的基極，再經(jīng)Q9放大由集電極輸出。 R30起到兩個(gè)作用，一是給AIO電路供電，二是將Q9集電極輸出的音頻信號(hào)混合到音頻輸入輸出線AIO，并送到室外機(jī)（防盜門端），經(jīng)再次放大，供來訪者聽話。圖中的R25、R26、R27、R28及R29為Q8、Q9的直流工作限流電阻。

來訪者傳聲器產(chǎn)生的并經(jīng)前置放大的音頻輸入信號(hào)，由于傳輸衰減需要再次放大，為此需設(shè)計(jì)輸入音頻信號(hào)放大模塊。設(shè)計(jì)時(shí)，可選用通用集成運(yùn)算放大器來設(shè)計(jì)，但所需外圍器件較多，并且音頻放大效果不夠理想，為此選用具有所需外圍器件少，工作電壓為4V～12V，低變形和低功耗等特點(diǎn)的專用音頻集成功率放大器 LM386，并且采用放大倍數(shù)為20倍的典型接法。如圖2所示，C8從AIO線取出的輸入音頻信號(hào)經(jīng)C9和R22濾波后，由LM386的3腳輸入，經(jīng)過 20倍放大后由5腳輸出，再經(jīng)C7和R24濾波，由C6耦合到頻率特性好，諧波失真小的平膜動(dòng)圈式耳機(jī)發(fā)聲，完成通話動(dòng)作。

另外，還設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立式按鍵，用于開鎖和主動(dòng)監(jiān)視，設(shè)計(jì)的獨(dú)立式按鍵如圖2所示。

3 單戶防盜門可視對(duì)講門鈴室內(nèi)機(jī)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

單片機(jī)軟件主要完成門鈴呼叫信號(hào)檢測(cè)、摘掛機(jī)檢測(cè)、按鍵檢測(cè)及相應(yīng)控制信號(hào)的輸出，完成來訪者呼叫后及主動(dòng)監(jiān)視30s定時(shí)等功能。用MCS-51語言編寫的具體軟件實(shí)現(xiàn)程序如下：

4 結(jié)束語

該單戶防盜門可視對(duì)講門鈴室內(nèi)分機(jī)和其室外機(jī)在唐山市安裝后，經(jīng)長(zhǎng)期使用結(jié)果表明：與同類產(chǎn)品或其它使用雙D觸發(fā)器制作的可視對(duì)講門鈴相比，具有性價(jià)比高，可靠性好，故障率低等特點(diǎn)。

參  考  文  獻(xiàn)：
[1]王港元,電子技能基礎(chǔ),成都科技大學(xué)出版社,1999.
[2]夏方林,一種基于單片機(jī)AT89C51的溫濕度控制儀的設(shè)計(jì),工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,1999(6).
[3] AT89C2051單片機(jī)資料,From: http://www.mcufan.com/
[4]李華,MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù),北京航空航天大學(xué)出版社,1996