一对一楼宇对讲系统设计.doc

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******学院毕业设计（论文）一对一楼宇对讲系统设计学生：学号：专业：班级：指导教师： **********学院摘要本系统由室内机和室外机两部分组成，主要运用单片机技术、通信技术和控制技术。来访者在门口按下PUSH键，对讲系统可以把来访者的语音信号传到室内机，客人可与主人进行通话，若主人同意来访者进入便按下室内机的LOCK键，此时大门会自动打开，从而实现楼宇智能控制。此系统性能优异，操作简便，适合于单个住户使用。关键词：对讲系统，PIC12C508，LM386， PCB ABSTRACT The system is composed of two parts： indoor unit and outdoor unit. The single-chip technology, communication technology and control technology are mostly used the system. Visitors press the PUSH button at the gate , the intercom system will transmit the visitors’ voice signals to indoor unit, guests can make a call with the owner. If the owner agrees the visitors entering, the owner can press the LOCK button at the indoor unit. The door will be automatically opened at this time, so that we have achieved the intelligent control of buildings. Due to the excellent capability and being simple to operate, the system is suitable for a single household. Key words：Intercom system, PIC12C508, LM386, PCB - I - 目录摘要 I ABSTRACT II 第1章引言 1 1.1 什么是楼宇对讲系统 1 1.2楼宇对讲系统的发展状况 1 1.3 系统功能 2 第2章方案论证 4 2.1方案一：计算机控制楼宇对讲系统 4 2.2 方案二：单片机控制楼宇对讲系统 5 2.3方案确定 5 第3章系统硬件电路设计 6 3.1系统硬件组成 6 3.1.1单片机芯片的选取 7 3.1.2 信号传输方式的选取 9 3.2电源电路设计 10 3.3室内机首级音频放大电路 11 3.3.1 芯片选择 11 3.3.2室内机首级音频放大电路图 12 3.4 室内机监视器驱动电路 13 3.5 室内机音乐门铃电路 15 3.6 室内机IC端口电路 15 3.7 室内机远距离开锁电路 17 3.8 室内机总电路 17 3.9 室外机前端电路 18 3.10 室外机首级音频放大电路 18 3.11 室外机终端输出电路 19 3.11.1 芯片选择 19 3.11.2 终端输出电路 21 3.12室外机总电路 21 3.13系统总电路说明 22 第4章系统软件设计 23 4.1可行性分析 23 4.1.1可行性分析的任务 23 4.1.2可行性分析的步骤 23 4.2需求分析 24 4.2.1需求分析的任务 24 4.2.2软件需求的验证任务 24 4.3软件结构设计 24 4.4主流程图设计 26 4.5各模块程序流程图 26 4.6应用程序设计 29 4.6.1 PIC12C508特殊寄存器 29 4.6.2 睡眠模式（SLEEP） 32 4.6.3模块应用程序 33 第5章结束语 36 致谢 37 参考文献 38 附录 39 附录一室内机总电路图 39 附录二室外机总电路图 40 附录三源程序 41 第1章引言 1.1 什么是楼宇对讲系统随着居民生活水平的提高，小区的物业管理越来越规范和严谨。其中访客登记及值班看门的管理方法已不适合现代管理快捷、方便、安全的需求，小区对讲系统能充分提高管理的简洁性和方便性。楼宇对讲系统是居民住宅小区的住户与外来访客的对话系统，对小区的规范管理和小区的安全有重要意义。它是在各单元口安装防盗门，小区总控中心的管理员总机、楼宇出入口的对讲主机、电控锁、闭门器及用户家中的可视对讲分机通过专用网络组成，以实现访客与住户对讲，住户可遥控开启防盗门，各单元梯口访客再通过对讲主机呼叫住户，对方同意后方可进入楼内，从而限制了非法人员进入。同时，若住户在家发生抢劫或突发疾病，可通过该系统通知保安人员以得到及时的支援和处理。住宅小区的特点是用户集中，容量大，统一保安管理，而且国内大部分地区经济收入不高，因此小区安防系统必须满足"安全可靠、经济有效、集中管理"的要求，虽然目前市场上有各种各样的安防系统，但是真正符合小区特点、适合小区使用的产品并不多。楼宇对讲系统作为这样的产品，具有连线少、户户隔离不怕短路、户内不用供电、待机状态不耗电、不用专用视频线、稳定性高、性能可靠、维护方便等特点。 1.2楼宇对讲系统的发展状况随着社会的进步、经济的发展，人们对空间、环境的要求越来越高，科技的飞速发展，给智能建筑行业抢占了一块巨大的市场，其中最基本的一部分——楼宇对讲系统作为保障居住安全的最后一道屏障，被人们喻为居家生活的"守护神"。早期的楼宇对讲产品功能比较单一，主要是单户型与单元型楼宇对讲产品，只能简单的实现通话、开锁等功能。后来在非可视的基础上增加了摄像头和显示屏，这样不但能听到访客的声音，还能看到访客的图像，从而完善了对讲系统的功能。随着Internet互联网的普及和技术的进一步发展，现今有实力的厂家集中开发联网型楼宇智能小区，楼宇智能系统集成度越来越高，首先实现了多门口机多管理机系统，接着集成了安防报警、小区服务及信息发布等功能，另外一些厂家还集成了三表远抄、监控及巡更等系统，产品的稳定性在进一步提高。楼宇对讲系统在欧美国家、香港、台湾等地区已采用近20年，自本世纪80年代末期，国内已开始有单户可视对讲和单元型对讲产品面世。当时，市场容量较小，对讲产品在广东地区有个别厂家生产，用户集中在广东。可视对讲产品主要有韩国、台湾品牌，在上海、广东有销售。楼宇对讲系统在国内的发展虽然时间不长，但由于其市场前景看好，时至今日，生产厂商已猛增至250家左右。楼宇对讲与电视监控、防盗报警、门禁管理、智能停车场等共同组成了安防产业。由于社会的进步，人类生活模式和思维模式的改变，加之，随着经济的发展，社会阶层的分化加剧，社会治安情况不容乐观，所有这些对安防产业的发展都具有极大的推进作用。自1992年起，国外楼宇对讲系统生产制造商陆续到中国开拓市场。最早的楼宇对讲产品功能单一，主要有单元对讲、可视单户门铃等，在90年代初期，国内市场年需求量不足十万户。 1995-1997年是国内市场第一个发展期，广东地区出现了数家专业生产厂家，如深圳视得安、广州市安居宝、中山奥敏、福建有振威、西安有交大开元等，这些厂家产品开始规模生产，技术也不断进步，单元楼宇型对讲及可视对讲用户呈现持续增长势头，集中在房地产市场启动较早的广东、上海等经济发达城市，90年代末，楼宇对讲产品进入第二个高速发展期，大型社区联网及综合性智能楼宇对讲设备开始涌现，深圳卫锐通、福建立林、珠海进帧、太川公司等也相继推出各自的产品。2000年以后各省会城市楼宇对讲产品的需求量发展迅速，相应生产厂家也快速增加，上海、山东、辽宁、河北、福建、广东、北京等地都有新的制造厂商出现。2004年全国可视对讲用户超过200万户，对讲混装用户达到600万户，从地域上分布，2000年以前主要分布在广东及北京、上海等发达城市，2000年以后开始大量进入各省会城市，现有向周边中小城市扩展的势头。从需求市场来看，该产品已进入需求量平台区。近三年，由于受金融危机及经济不景气等影响，国外品牌销售不畅。虽然国外品牌厂家纷纷改变行销策略，但由于市场不断扩大，楼宇对讲产品的生产厂家众多，介入该行业的生产商能力参差不齐，市场竞争开始激烈化，许多厂家却无力改变颓势。国内楼宇对讲生产厂商数量多，但规模相对较小。楼宇对讲系统的市场集中度愈来愈高，许多产品的利润空间减少使得规模较小的企业生存面临困境，规模过小的企业将会失去生存空间，无明显优势的厂商将举步维艰。 1.3 系统功能楼宇对讲系统是采用单片机技术、双工对讲技术、CCD摄像及视频显像技术而设计的一种访客识别电控信息管理的智能系统。楼门平时总处闭锁状态，避免非本楼人员未经允许进入楼内。本楼内的住户可以用钥匙或密码开门自由出入。当有客人来访时，需在楼门外的对讲主机键盘上按出被访住户的房间号，呼叫被访住户的对讲分机，接通后与被访住户的主人进行双向通话或可视通话。【1】通过对话或图像确认来访者的身份后，住户主人允许来访者进入，就用对讲分机上的开锁按键打开大楼入口门上的电控门锁，来访客人便可进入楼内。来访客人进入后，楼门自动闭锁。 - 5 - 第2章方案论证 2.1方案一：计算机控制楼宇对讲系统在此方案中，系统运用计算机编写软件来实现对楼宇对讲的控制。来访者可通过楼下单元门前的主机方便地呼叫住户并与其对话，住户在户内控制单元门的启闭。从功能模块上分为：计算机管理中心、门口主机、语音分机、可视分机、电控锁和USP电源，如图2-1所示。语音分机计算机管理中心电控锁门口主机电控锁 UPS电源语音分机门口主机 UPS电源可视分机可视分机图2-1 计算机控制楼宇对讲系统框图　计算机管理中心是楼宇对讲系统的核心控制部分，它控制门口主机和每一户分机。主机控制每一户分机的传输信号以及电锁控制信号。　分机是一种对讲话机，一般都是与主机进行对讲，它分为可视分机，非可视分机，具有电锁控制功能和监视功能，一般安装在用户家里的门口处，主要方便住户与来访者对讲交谈。 UPS电源的功能主要是保持楼宇对讲系统不掉电。正常情况下，处于充电的状态。当停电的时候，UPS电源就处于给系统供电的状态。现在楼宇对讲系统，厂家一般不用UPS电池，主要是可视系统耗电太大，一般的小容量UPS电池保证不了使用时间。电控锁的内部结构主要由电磁机构组成。用户只要按下分机上的电锁键就能使电磁线圈通电，从而使电磁机构带动连杆动作，就能控制大门的打开。 2.2 方案二：单片机控制楼宇对讲系统本方案中电路设计简单，系统采用单片机进行控制，当有人来访时，来访者按下室外机上的按钮，其信息被送到单片机，单片机对传入信号进行编码并送室内机，主人也可通过室内机把信号传到室外机，从而实现客人与主人的通话。室外机室内机编码输入信息接受回馈单片机图2-2 单片机控制楼宇对讲系统框图 2.3方案确定将以上两种方案进行比较可知：方案一中的系统功能强大，属于小区联网型楼宇对讲系统。小区的主机可以随时接收住户报警信号传给值班主机并通知小区保卫人员，系统不仅增强了高层住宅安全保卫工作，而且大大方便了住户，减少了许多不必要的上下楼麻烦。但是其设计范围广，系统复杂，制作成本高。方案二介绍的系统虽然只能适用于单个住户，但电路设计简单,易于调试，实用性较强，成本低，故本设计选用第二种方案，即一对一楼宇对讲系统。第3章系统硬件电路设计 3.1系统硬件组成本设计选择的是方案二——单片机控制的楼宇对讲系统，故将硬件框图设计如下：音频采集音频播放音频放大音频放大室外机室内机音频采集音频播放音频放大音频放大监视器电路室内开锁电路控制电路接口电路开锁按钮接口电路按键开关图3-1 硬件设计框图当客人来访时，按下室外机上的按键开关将控制信号通过室外机接口电路传入室内机接口电路，再送入室内机的控制电路，系统自动开启监视器。系统工作后，室外机通过音频采集(咪头)电路将客人的声音信号转换为电信号，并通过音频放大电路放大后由接口电路将音频信号传入室内机接口电路，并再次通过室内机音频放大电路对信号进行放大后，输入音频播放电路(喇叭)将电信号转换成声音。同时室内机也可以将音频采集电路采集的主人的声音信号通过音频放大电路放大后，通过接口电路传到室外机，并通过室外机的音频放大电路进行放大后输入室外机的喇叭，从而实现主人与客人对话。主人在按下开锁按钮后，系统将通过控制电路将开锁按键信号发送到室内开锁电路，从而实现远距离开锁。 3.1.1单片机芯片的选取在整个设计中，要实现所有的功能必须有一个单片机芯片对电路进行控制。单片机的字长由4位、8位、16位发展到32位，目前这几种字长的单片机同时存在于市场，用户可以根据需要进行选择。【2】其中，8位单片机由于内部构造简单，体积小，成本低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。而一对一楼宇对讲系统对单片机性能要求不高，故将单片机的型号局限在8位单片机以降低成本。经过比较和筛选，锁定在两种单片机上：一种是51系列单片机，一种是 PIC系列单片机。 ◆ 51系列单片机从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位，不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备。在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合128个位，相应位地址为00H～7FH），使用极为灵活。【3】51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各 I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，可谓有利有弊。故其他系列的单片机（如PIC系列、AVR系列等）对I/O口进行了改进，增加了方向寄存器以确定输入或输出。 ◆ PIC单片机系列是美国微芯公司的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。而51系列有111条指令，比PIC系列复杂。采用Harvard双总线结构，运行速度快(指令周期约160～200ns)，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期（个别除外），这也是高效率运行的原因之一。【2】此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC系列单片机的I/O 口是双向的，其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器，从而解决了51系列I/O脚为高电平时同为输入和输出的状态。当置位1时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；置位0时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达25mA，高电平输出电流可达 20mA，可以直接驱动数码管显示且外电路简单，相对于51系列而言，这是一个很大的优点。综上所述，在本设计中选用PIC系列的单片机对系统进行控制最满足要求。在PIC系列单片机中，PIC12C508片内带有一个1K字节的Flash可编程可擦除只读存储器(EPROM)，因其具有高性能RISC结构CPU、低功耗、双硬件堆栈、双总线结构、宽工作电压、I/O引脚可唤醒睡眠、内置自振式看门狗可防止死锁、价格低廉等特点，所以为本设计采用。 PIC12C508引脚功能如图3-2所示：图3-2 PIC12C508引脚功能 VCC为电源端； GND为接地端； GP0和GP1为双向I/O口线，带可编程弱上拉，并具电平变化唤醒睡眠功能； GP2/T0CK1为双向I/O口线，并可设置为计数器TIMER0的外部信号输入端； GP3/MCLR/VPP为单向输入口线，也可设置为芯片复位端，当设为复位端MCLR时，低电平有效； GP4/OSC2为双向I/O口线，使用片内RC振荡源时，也可作为晶振输出端； GP5/OSC1/CLKIN为双向I/O口线，使用片内RC振荡源时，也可作为晶振输入端或外部振荡输入端。 3.1.2 信号传输方式的选取本系统主要有两种信号的传输：音频信号和控制信号。 ◆ 音频信号的传输方式音频信号的传输方式分为：不作任何改变的基带传输方式和无线数据传输方式。【5】音频信号的基带传输方式——它是将未经调制的信号直接传送。由于音频信号不需要转为其它形式，所以此类传输方式的电路简单，制造成本低，被现代楼宇对讲系统普遍采用，但其却存在传输距离短，一旦受到外界干扰便不容易消除，需要独立的音频信号传输线等缺点。音频信号的无线传输方式——它将音频信号经过调制后以微波的形式发送，在接收端将次调制信号解调后经放大电路放大后送入扬声器，此类传输方式的特点是无需布线，但成本高。由于一对一楼宇对讲系统的传输距离很短，所以本设计采用音频信号的基带传输方式。 ◆ 控制信号的传输方式控制信号的传输方式通常有RS422、RS485、RS232、无线传输这几种。 RS422为全双工的数据传输方式，它通过两对双绞线可以工作收发互不影响，其传输数据线一般单独使用五芯信号线，由于用线较多，仅在少数感应卡门禁系统中使用（如披克的感应卡系统就使用这种信号传输方式）。 RS485为半双工的数据传输方式，与RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接收，不需要数字地线。由于只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线，其传输距离一般不超过1.2km，接入设备一般不超过50台，若设备较多时，必须分成多个接口管理，一般使用两芯线，但协议比较复杂，【5】此类传输方式在楼宇对讲感应卡、门禁、抄表、报警等系统中使用得较为普遍。 RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线、发送线和接收线三条线（异步传输），还可以加其它控制线完成同步等功能。一般在小区智能化设备和电脑进行通讯时使用，其特点是信号传输距离短，一般情况下，数据传输线不超过10米，但被小区智能化设备和电脑联接时普遍使用。控制信号的无线数据传输方式虽然无需布线，但电路复杂，成本高，一般很少使用。根据本设计的要求，在整个系统中由于信号传输距离短，所以选用RS232。 3.2电源电路设计一对一楼宇对讲系统能正常工作需要24小时不间断供电，这是安全技术防范产品应具备的重要条件。大多数的安全技术防范产品都采用集中供电并安装备用电源的方式来解决突然遇到停电等突发事件，以使安全技术防范产品仍然能够正常工作。楼宇对讲系统中绝大多数也统一使用外置电源配置备用电池进行集中供电，以保证系统的正常运行。电源配置问题是楼宇对讲系统在实际施工中遇到的最不容易处理的问题：在如今的联网可视对讲系统中，系统的功能越来越强大，随之而来的是各部分器材所消耗的电源功率也越来越大。所以，良好的电源供应是楼宇对讲系统正常运行的前提条件之一。此次设计的一对一楼宇对讲系统采用直流电源供电，整体属于弱电系统。 ◆ 室内机电源设计要使室内机的电路正常工作，必须提供5V直流电源。LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流。本设计采用常用的电源设计方法，先输入12V直流电压，通过一个三端稳压器件，输出5V直流电压。为了更加保险，我们在该元件周围安装了电解电容，尤其是输出端的电解电容最为重要，通常电容越大，其感性特点越明显，所以室内机电源电路中的E5、E6，它们的电感特性是不可忽略的，高频波是滤不掉的，故我们在最后的输出端还加了一个104的小电容，用来滤掉高频波。具体电路如图3-3所示。图 3-3 室内机电源电路 ◆ 室外机电源设计 LM7809是美国国家半导体公司生产的三端固定稳压集成电路，用于将输入的电压稳压为9V后提供给有关电路，其应用相当广泛，在音视频设备、计算机及其显示器等各种电器上均有应用。要使室外机正常工作，需为其提供9V直流电压。在本电路中采用LM7809三端稳压器，输入12V直流电压，通过LM7809，输出9V直流电压，其中电解电容E16同样起滤波的作用，如图3-4所示。图 3-4室外机电源电路 3.3室内机首级音频放大电路 3.3.1 芯片选择在室内机音频放大电路中，为了增强信号强度达到传输目的，需要通过运算放大器对音频信号进行放大。本设计选用LM324通用运算放大器。 LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四运算放大器可以工作在低至3V或者高达32V的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。 LM324的引脚排列如图3-5所示。图3-5 LM324引脚图 3.3.2室内机首级音频放大电路图要将主人的声音信号传输到室外机使客人听到，就必须先增强主人的声音信号，也就是将信号进行放大，所以将室内机首级音频放大电路设计如下：图3-6室内机首级音频放大电路如图3-6所示，室内机首级音频放大电路的工作原理为咪头（受话器）输出的电信号，经过电容C12耦合，再经过电容C11滤波，然后进入LM324的第六脚，电阻R16和R17组成分压电路，为LM324的第五脚提供电压，电容C8用来消除可能出现的高频自激，最后由LM324的第七脚输出到室外机接收端。 3.4 室内机监视器驱动电路当单片机PIC12C508检测到呼叫信号时，我们应设计一驱动电路来开启室内机的监视器，即室内机监视器驱动电路。图3-7 监视器驱动电路监视器驱动电路，如图3-7所示，是指当检测到室外机按钮后，即当IC（PIC12C508）第四脚检测到呼叫信号时,我们的程序会让IC（PIC12C508）在第七脚输出一个高电压，然后通过电阻R25链接到三极管T5（2SC9014）,并让三极管T5导通，进而让上面的三极管TIP127导通,在T4的集电极输出一个高电平，从而开启监视器。在这里三极管T5我们选用的是2SC9014,它是一个NPN管，其电流电压承受能力小，但反应敏捷,所以我们没有必要在基极加加速电容。本设计未对监视器部分进行设计，只做了视频驱动部分，若要完成可视功能只需在监视器驱动接口处连接上监视器即可。 3.5 室内机音乐门铃电路图 3-8 音乐门铃电路室内机音乐门铃电路，如图3-8所示，电阻R31接IC（PIC12C508）的第六脚，当第六脚（TR）输出低电压时，三极管T1（ 23C9012）饱和导通，电压下降，音乐片得电开始工作。另外，三极管T1的反应敏捷，不需要在基极加加速电容，两个二极管D1和D7是为了防止电流反向，电阻R30起分流的作用以保护好音乐片，最后由音乐片的3脚输出到LM386。 3.6 室内机IC端口电路整个系统功能的实现，需要一个单片机芯片对其进行控制，在此设计中采用的是PIC12C508芯片，前面已对其具体功能进行了介绍。图3-9 室内机IC端口电路整个电路由IC（PIC12C508）控制，如图3-9所示，三个电阻R20、R21和R22用于限流，保护对应的芯片接口线，PIC12C508的第一脚和第八脚，分别接电源和地，其余端口由用户自己定义，根据本设计的需要，于是将它们分别定义为：第2脚接挂机状态，其实是一个空脚，为了安全，一直让它导地，只有摘机以后信号才切换；第3脚为监视，平时为高电平5V，需要监视时，让该引脚短路导地，由于电压的跳变，我们的程序会驱动第6脚输出低电压，带动后级电路工作；第5脚是为了扩展升级用的，定义为它机摘机，即用于接分机；第6脚为音乐片发声驱动脚；第7脚为电源输出脚，用于程序驱动。 3.7 室内机远距离开锁电路图3-10 室内机远距离开锁电路室内机远距离开锁电路，如图3-10所示，其中K1是一个继电器，当主人需要为访客开锁时，控制其OPEN端，让继电器导通，+12V电压输出到接口J2，接口直接与电锁相连，从而为电锁提供工作电压，实现远距离开锁。 3.8 室内机总电路室内机总电路，图见附录一。当客人按下室外机的按键开关时，按键信号通过室外机接口电路送入室内机，此时室内机控制芯片IC（PIC12C508）的第四脚为高电平，并在PIC12C508芯片的第七脚产生一个高电平通过R25送入T5（2SC9014）从而让三极管T5导通和三极管T4（TIP12）也导通，于是打开监视器；同时IC（PIC12C508）第六脚输出低电平，经电阻R31与三极管T1（23C9012）相连，从而使三极管T1饱和导通，电压下降音乐片开始工作，若无人应答，30秒后系统自动挂机。当客人通过室外机与室内机主人通话时，室内机通过咪头（受话器）将声音信号转化为电信号，并通过隔直耦合电容C9从U2（LM324）芯片第六脚输入并放大，并由U2（LM324）第七脚输出，然后经过R23后输出到接口电路。同时室外机通过室内机外部接口电路将音频信号输入到U2（LM324）第三脚，经放大后从U2（LM324）第一脚输出，再通过电容C4耦合将信号输入到音频功率放大器U1（LM386），并从其第六脚输出后经电容E4输入到喇叭。当主人按下开锁键后，按键信号送入到继电器D3，从而让D3导通，+12V电压输出到接口电路后，为电锁提供工作电压，从而实现远距离开锁。 3.9 室外机前端电路咪头将采集到的访客的声音信号传到音频放大电路的过程中会遇到很多问题，此时就需要设计一电路来解决，故我设计了室外机的前端电路。图 3-11室外机前端电路如图3-11所示，在室外机前端电路中，电阻R52和电容E14构成滤波网络，同时，电阻R48和R51组成串联分压电路，为咪头（受话器）提供电压， C23为隔直耦合电容，C24可将噪音短路导地，电阻R49和R50组成串联分压电路为后级的LM324提供电压。 3.10 室外机首级音频放大电路室外机首级音频放大电路的设计与室内机首级音频放大电路同理，电路中也需要将咪头产生的电信号通过运算放大器进行放大，以增强信号的强度，在此为了方便操作和节约成本故仍采用LM324芯片。其引脚功能见图3-5。图3-12 室外机首级音频放大电路室外机首级音频放大电路，如图3-12所示，咪头产生的电信号通过C23隔直耦合电容送入LM324第2号引脚，通过放大后将信号从LM324第1脚输出。电阻R49和R50构成串联分压电路为LM324第3脚提供电压，电容C22用来消除可能出现的高频自激。 3.11 室外机终端输出电路 3.11.1 芯片选择当室内机接口电路把主人的音频信号传到室外机后，需要再次将输出的信号采用音频功率放大器进行放大。在常用音频功率放大器中，LM386最能符合本设计的需求。 LM386低电压音频功率放大器,是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。它是一个三级放大电路：第一级为差分放大电路；第二级为共射放大电路；第三级为准互补输出级功放电路。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地为参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半。由于外接元件少、电源电压VCC使用范围宽（VCC=4~12V）、静态功耗低（VCC= 6V时为24mW），因而在便携式无线电设备、收音机、录音机、小型放大设备中得到广泛应用。它的外形和引脚排列如图3-13所示：图3-13 LM386引脚图引脚1与引脚8：电压增益设定端；引脚2：反相输入端；引脚3：同相输入端；引脚4：接地端；引脚5：输出端；引脚6：工作电源引入端；引脚7与地之间串接旁路电容，旁路电容容值一般取10μF。 3.11.2 终端输出电路图 3-14室外机终端输出电路室外机终端输出电路，如图3-14所示，首先将运算放大器U2（LM324）的输出端第7脚输出的音频信号经电容C18耦合送入U1（LM386）经放大后直接送入喇叭。滑动变阻器RW50用于改变输入信号的大小，在音频放大器LM386的第1脚和第8脚之间增加一个10uF的电解电容E11是为了将增益调为200，与地相连的电容C16为LM386的旁路电容。 3.12室外机总电路室外机总电路，图见附录二。客人来访时，按下室外机上的按键，室外机将按键信号通过接口电路传入到室内机，并将来自室内机芯片的控制信号传入J7后打开音乐模块，若30秒无人应答系统将自动挂机。否则室外机通过咪头（受话器）将客人的声音信号转换为电信号，并通过耦合隔直电容C23输入到室外机首级音频放大电路U2（LM324），然后通过接口J2输入到室内机，同时将室内机输出的音频信号输入到U2（LM324）后再将信号输入到音频功率放大器LM386放大后，输出到喇叭。 3.13系统总电路说明客人来访时先按下室外机上的按钮，按键信号通过室外机接口J3传入室内机接口J2，此时单片机PIC12C508的第4号引脚(GP3)变成高电平后，在PIC12C508的第6号引脚（GP1）输出低电平，通过接口J7传出到门口机接口J3从而打开室外机音乐模块，客人便可以听到铃声；同时在PIC12C508芯片的第七脚产生一个高电平通过R25送入T5（2SC9014），从而让三级管T5导通和三级管T4（TIP12）也导通，从而打开监视器。30秒钟无人应答系统将自动挂机，进入待机模式。当室内有人摘机时，室内机PIC12C508第2号引脚变成高电平，单片机PIC12C508检测到电平变化后，并在其第6号引脚输出一高电平从而关闭响铃。室内机通过咪头（受话器）将声音信号转化为电信号，并通过隔直耦合电容C9从U2（LM324）芯片第六脚输入并放大，并由U2（LM324）第七脚输出，经过R23后经接口J2输出到室外机接口J2后，送入U2（LM324）第3号引脚经过放大后，再将信号输入到音频功率放大器LM386后，并从其第5号引脚输出经过电容C19耦合输出到喇叭；室外机通过咪头（受话器）将声音转换为音频信号，并通过耦合隔直电容C23输入到室外机首级音频放大电路U2（LM324）后，通过接口J2输入到室内机接口J2，输入到U2（LM324）第三脚，经放大后从U2（LM324）第一脚输出，再通过电容C4耦合将信号输入到音频功率放大器U1（LM386），并从其第六脚输出后经电容E4输入到喇叭。当主人按下室内机开锁键后，按键信号送入到继电器D3，从而让D3导通，+12V电压输出到接口J2，接口直接与电锁相连，为电锁提供工作电压，从而实现远距离开锁。 - 45 - 第4章系统软件设计 4.1可行性分析 4.1.1可行性分析的任务可行性分析的目的不是解决问题，而是为了确定问题是否值得去解决。其研究的方面分为： (1)技术可行性从本次楼宇对讲系统设计的任务看主要完成的功能需求是实现单片机PIC12C508对本系统进行管理，主要完成监控、延时、驱动等。现阶段市场上此类产品都用用单片机控制，在技术上来说是可行的。 (2)经济可行性楼宇对讲系统将是智能建筑小区的基本配置，在新建商品住宅设计中，一些大中城市已强制在新建楼盘中配置此类系统。而本论文设计的楼宇对讲系统从生产成本上看其造价在几百元内，价格十分低廉。因此该楼宇对讲系统的可靠性高，适用性强、有良好的应用前景。 (3)操作可行性本系统的操作方法十分简单，系统平时处于检视状态，当访客来时按下门口机上的按钮，系统将切换到工作状态并打开检视器，查询室内的响应，当30秒无相应系统挂机，若有响应系统切换到通话状态，整个过程系统自动完成，故操作上是可行的。 4.1.2可行性分析的步骤 (1)复查系统规模和目标 (2)研究目前系统正在使用的系统 (3)导出新系统的高层逻辑模型 (4)进一步定义问题 (5)导出并评价供选解法 (6)制定开发计划并审查 4.2需求分析 4.2.1需求分析的任务 ◆功能需求功能需求任务是指出系统必须提供的服务，通过需求分析应该划出系统必须完成的所有功能本楼宇对讲系统功能需求有：（1）待机响应（2）摘机通话（3）查询摘机类型（4）根据摘机类型进入不同的响铃响应状态（5）监视器响应（6）延时控制 ◆性能需求性能需求是指定系统必须满足的定时约束和容量约束，通常包含速度（响应时间）、安全性、信息速率等。 ◆将来可能用到的需求将来可能用到的需求目的是在设计中对系统将来可能的扩充和修改做预备，以便一旦确实需要时比较容易地进行扩充和修改，主要有系统它机摘机。 4.2.2软件需求的验证任务（1）一致性验证（任一条需求不能和其它需求矛盾）（2）完整性验证（3）实现性验证（在硬件技术和软件技术基本上可以实现）（4）有效性验证（需求必须正确有效） 4.3软件结构设计本设计主要是通过单片机PIC12C508实现对单户型楼宇对讲系统进行管理，完成监控、对讲、延时、驱动等功能。它操作方法十分简单，系统平时处于待机状态，当有人来访时按下室外机上的按钮，系统将切换到工作状态并打开监视器，查询室内的响应，当30秒无响应系统挂机，若有响应系统切换到通话状态，系统自动完成整个过程。考虑到系统要满足待机响应、摘机通话、查询摘机类型、根据摘机类型进入不同的响铃响应状态、监视器响应和延时控制等功能需求，所以将它的软件结构设计如下：图4-1系统软件结构各模块功能分别为：（1）初始化模块（设置系统初始工作状态）；（2）空闲处理模块（等待外部事件，当外部事件发生时修改相应状态控制字并转向相应模块）；（3）响铃处理模块（包括响铃1和响铃2，根据控制字执行相应响铃方式，并根据状态控制字判断是否进入通话状态，若控制字允许进入通话状态则转向呼叫处理模块）；（4）呼叫处理模块（处理呼叫）；（5）监视器处理模块（处理监视器响应）。 4.4主流程图设计图4-2主程序流程图如图4-2所示，系统启动后，自动执行初始化程序，设置芯片各端口、定时器等工作方式，程序进入循环后，首先判断单片机PIC12C508的状态，然后转向执行相应状态的程序模块。 4.5各模块程序流程图空闲处理模块流程图：图4-3 空闲处理模块程序流程图响铃处理1流程图：图4-4 响铃处理1程序流程图响铃处理2流程图：图4-5 响铃处理2程序流程图

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