基于单片机的单户可视对讲门铃室内分机的设计

0 引言

在城市居民日常生活中，防盗门上的门铃用得比较频繁，但这种门铃不具有对讲功能，并且可视性也不好，这给市民的日常生活带来了诸多的不便。例如当有人按门铃时，房主一般走到门口，通过防盗门上所谓的“猫眼”来辨认来访者是谁，这不仅费劲，而且当来访者是你不愿接见的人时，由于走动到门口发出的脚步声已告知来访者你在家，有时碍于情面，你不得不接见来访者。本文介绍的基于单片机AT89C2051的单户防盗门可视对讲门铃室内分机便很好的解决了这些问题。该可视对讲门铃室内分机和与其配套使用的防盗门上的室外机特别适合于别墅式住宅防盗门安装使用，也适合于普通市民入户防盗门安装使用。

1 单户可视对讲门铃室内分机工作原理

图1所示为该单户防盗门可视对讲门铃室内分机的工作原理框图。它以单片机AT89C2051作为系统控制核心，配以呼叫检测模块、摘挂机检测模块、视频显示及控制模块、开锁和音频信号输入/出控制模块、音频信号输入放大模块、音频信号输出前置放大模块以及按键组成。当来访者按门铃开关传来呼叫主人的门铃信号时，AT89C2051的P17脚通过呼叫检测模块检测到门铃呼叫信号，其P14脚输出开启视频显示控制信号到视频显示及控制模块；其P16脚输出允许通话控制信号到音频控制模块，同时进行30s定时。若主人不在家或通过辨认CRT显示器中显示的来访者决定不接见，则30s后AT89C2051通过 P14和P16脚分别输出关闭视频显示信号和禁止通话信号；若主人决定接见来访者，则摘机。AT89C2051通过P15脚检测到已摘机，则终止30s定时。主人的话音音频信号经过前置放大模块放大后，经CN的4脚AIO线传到门口室外机供来访者听话，而来访者的话音音频输入信号经放大模块从AIO线取出放大后送耳机发声，完成通话动作。主人通过通话询问并从显示屏中观察来访者的表情，进一步判明来访者的身份和意图，判明后主人按下开锁键 “UNLOCK”，AT89C2051经P16脚输出的开锁信号经由AIO线传到门口室外机，控制防盗门的电控锁的电磁铁动作，门被打开。客人进门后，防盗门依靠闭门器的作用再次关上。主人挂机，AT89C2051通过P15脚检测到已挂机，则由P14和P16脚分别输出关闭视频显示信号和禁止通话信号，恢复收铃状态。另外，主人还可通过按主动监视键“MORNITOR”，来开启显示屏显示来访者或查看门外的情况。

2 单户防盗门可视对讲门铃室内分机硬件设计及实现

图2所示为该单户防盗门可视对讲门铃室内分机硬件电路原理图。

2.1 呼叫及摘挂机检测模块设计及实现

呼叫检测模块由图2中的D5、R16、R17、C1、Q7及AT89C2051的P17 脚及其上的上拉电阻R18构成。当来访者按下门铃开关，由CN的7脚的HJ线传来的门铃呼叫信号一路经扬声器发出门铃呼叫声，另一路经过D5反向截止，R16与C1组成的充放电电路，由R17驱动三极管Q7导通，使AT89C2051的P17脚由高电平变为低电平，完成呼叫检测。

图2中的压键开关、AT89C2051的P15脚及其上的上拉电阻R6构成摘挂机检测模块，当主人摘机后压键开关转换状态，P15脚的电平由高变低，完成摘机检测。反之，完成挂机检测。

2.2 视频显示及控制模块设计及实现

设计的视频显示及控制模块如图2所示，主要由Q3、Q4、Q5、Q6、继电器HRJ、视频显示屏及AT89C2051的P14脚及其上的上拉电阻R12构成。视频显示屏选用具有显像作用，工作电压为12V的国产金阳牌4寸黑白扁平显像管。设计时为了同时对显示屏的12V直流工作电源和CN的5脚VID输入的视频信号进行控制，选用HJR型双刀双掷电磁式继电器并利用其常开触点，R4对继电器线圈起限流保护作用，D3对继电器线圈起续流保护作用。待机时，P14脚输出高电平，Q6导通，Q4和Q5截止。当AT89C2051检测到呼叫信号或主人按下主动监视键时，P14脚输出低电平，Q6截止，Q4、 Q5导通。Q4导通使大功率三极管A940导通，由CN的1脚V+送来的18V直流电源，经A940的集电极输出，提供继电器线圈工作电压和12V集成稳压器的输入电源，并经CN的6脚VDC给室外机的视频摄像镜头提供受控的输入电源。Q5导通，继电器吸合给视频显示屏提供工作电压及视频信号以显示视频图像。

2.3 开锁和音频信号输入/出控制模块设计及实现

图2中的压键开关、R2、R3、Q1、Q2、AT89C2051的P16脚及其上的上拉电阻R1构成了开锁和音频信号输入/出控制模块。待机时，即使摘机使压键开关转换状态，但P16脚输出低电平，Q1截止，Q2基极得电导通，使AIO对地短路而禁止通话。当AT89C2051检测到门铃呼叫信号时，P16脚输出高电平使Q1导通，Q2因基极对地短路而截止，允许通话。但若主人未摘机，则压键开关不转换状态，来访者仍不能与主人进行通话。这很好地解决了同类产品或其它未使用单片机控制的单户可视对讲门铃任何状态下，摘机即可通话，以及来访者呼叫后，即可从室外机的扬声器听到室内发出的声音等缺陷。

2.4音频信号放大处理模块设计及实现

声电转换器件选择灵敏度高，频率响应好的驻极体传声器，但经传声器转换形成的音频电压信号比较微弱，不适宜直接传输，为此需要设计音频输出信号前置放大处理模块。为了降低成本，音频输出信号前置放大采用三极管进行两极放大。如图2所示，分压电阻R19、R20、R21和滤波电容C10为传声器提供直流工作电压，传声器产生的音频信号经C11耦合，C12滤波输入到Q8的基极，经Q8放大后，由集电极输出直接耦合到Q9的基极，再经Q9放大由集电极输出。 R30起到两个作用，一是给AIO电路供电，二是将Q9集电极输出的音频信号混合到音频输入输出线AIO，并送到室外机（防盗门端），经再次放大，供来访者听话。图中的R25、R26、R27、R28及R29为Q8、Q9的直流工作限流电阻。

来访者传声器产生的并经前置放大的音频输入信号，由于传输衰减需要再次放大，为此需设计输入音频信号放大模块。设计时，可选用通用集成运算放大器来设计，但所需外围器件较多，并且音频放大效果不够理想，为此选用具有所需外围器件少，工作电压为4V～12V，低变形和低功耗等特点的专用音频集成功率放大器 LM386，并且采用放大倍数为20倍的典型接法。如图2所示，C8从AIO线取出的输入音频信号经C9和R22滤波后，由LM386的3脚输入，经过 20倍放大后由5脚输出，再经C7和R24滤波，由C6耦合到频率特性好，谐波失真小的平膜动圈式耳机发声，完成通话动作。

另外，还设计了两个独立式按键，用于开锁和主动监视，设计的独立式按键如图2所示。

3 单户防盗门可视对讲门铃室内机软件设计及实现

单片机软件主要完成门铃呼叫信号检测、摘挂机检测、按键检测及相应控制信号的输出，完成来访者呼叫后及主动监视30s定时等功能。用MCS-51语言编写的具体软件实现程序如下：

4 结束语

该单户防盗门可视对讲门铃室内分机和其室外机在唐山市安装后，经长期使用结果表明：与同类产品或其它使用双D触发器制作的可视对讲门铃相比，具有性价比高，可靠性好，故障率低等特点。

参  考  文  献：
[1]王港元,电子技能基础,成都科技大学出版社,1999.
[2]夏方林,一种基于单片机AT89C51的温湿度控制仪的设计,工业仪表与自动化装置,1999(6).
[3] AT89C2051单片机资料,From: http://www.mcufan.com/
[4]李华,MCS-51系列单片机实用接口技术,北京航空航天大学出版社,1996