毕业设计（论文）-无线可视对讲门铃系统的设计.doc

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1、 大学毕业设计（论文）说明书 I 目目 录录 1 绪论1 1.1 我国发展智能住宅小区的前景 .1 1.2 开发门铃系统的意义 .3 1.3 系统工作概述 .4 2 无线可视对讲门铃总体方案的设计6 2.1 系统的工作原理 .6 2.2 系统设计原则与结构 .8 2.2.1 系统的设计原则及指导思想8 2.2.2 系统结构8 2.3 功能简介 .10 3 系统硬件电路设计11 3.1 单元电路的选择 .11 3.1.1 单片机的选用11 3.1.2 双音多频收发器13 3.1.3 模拟开关14 3.1.4 无线收发机15 3.2 控制模块的设计与实现 .17 3.2.1 呼叫及摘挂机检测模块设

2、计及实现17 3.2.2 视频显示及控制模块设计及实现17 3.2.3 开锁和音频信号输入/出控制模块设计及实现.18 3.2.4 音频信号放大处理模块设计及实现18 3.3 硬件可靠性及抗干扰设计 .19 3.3.1 单片机对接收模块的干扰19 3.3.2 供电系统的干扰21 3.3.3 数字信号传输中的抗干扰措施21 3.3.4 电路板设计中的元件布置抗干扰22 4 系统软件工作流程与实现24 大学毕业设计（论文）说明书 II 4.1 系统信号处理 .24 4.2 软件设计工作流程 .25 4.3 软件程序设计 .29 4.4 软件抗干扰设计 .31 结论与展望33 参 考 文 献35 致

3、 谢36 附 图37 大学毕业设计（论文）说明书 1 1 1 绪论绪论 1.1 我国发展智能住宅小区的前景我国发展智能住宅小区的前景 目前，我国的住宅发展已进入一个新的发展时期，住宅需求已从追 求简单生存空间的数量型需求向追求数量、质量、功能、服务等多重需 求过渡。要提高住宅、住宅小区建设的现代科技水平，推动住宅产业现 代化和住宅的改朝换代，就必须充分利用现代建筑技术、新型建材、环 保节能技术，特别是以计算机网络技术为特征的信息技术。智能建筑是 未来建筑的发展方向，特别是随着 21 世纪的到来，现代高科技和信息技 术正在由智能大厦走向智能住宅小区，进而走进家庭。现代社会的家庭 成员正在以追求家

4、庭智能化带来的多元化信息和安全、舒适与便利的生 活环境作为一个目标。 智能住宅小区的概念和系统组成智能建筑源于“Intelligent Building” ，“智能住宅小区是具有住宅自动化、通信自动化、家政管理自 动化功能的住宅小区，通过综合配套住宅小区内的各功能子系统的集成， 以综合布线系统为基础，以现代信息技术和计算机网络为桥梁，全面实 现通信自动化、家政管理自动化和小区内各配套设施的综合管理，并实 现小区和附近的社区服务建筑区域联网以及与城市区域联网。 ”根据以上 定义，智能住宅小区的系统组成包括： 1、自 动 化系统。这个系统对住宅内的家用电器、照明设备、空调 卫生系统、供水系统、燃气

5、系统、安全防范系统、消防系统、紧急呼叫、 车辆出入控制系统和不断增加、不断扩充的新系统，实行自动控制及远 距离控制。 2、通信自动化系统。利用计算机、电话、寻呼、计算机网络、多媒 体设备等及时地接转处理各种语言、文字、图像信息，扩大和延伸个人 的社会界面，使个人在家中工作、学习、娱乐成为可能。 3、家政管理自动化系统。可以实现家庭经济中的工资和财政收入、 各项支出：如水、电、气、物业管理费用等的自动结算，各种家庭档案、 大学毕业设计（论文）说明书 2 文件资料的自动化管理，各种家庭电子信件、图像资料自动化管理及股 票证券期货信息的分析指导处理。 4、 住宅小区的区域网络建设。一是实行住宅小区与

6、城市区域联网， 互通信息，资源共享：二是把小区和附近的社区公共服务配套建筑：如 医院、学校、幼儿园、购物中心等通过网络连接起来，通过网络终端实 现医疗、娱乐、商业、教育等公共服务和费用自动结算等。 智能化住宅和智能小区近几年在全球以及在中国的快速发展和火爆 是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是 IT 产业向传统 建筑产业以及人们生活渗透的必然结果。智能化住宅和智能小区建设目 标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的居住环境、高效便 利的物业管理” 。改革开放以来，我国的建筑业通过不断的技术创新，在 商业性、办公性智能大厦的建设上己奠定了基础：在住宅建设中，也初 步建立了建筑

7、与结构技术、节能技术、厨卫技术、住宅管线技术、环境 保障技术等体系。因此，把一体化的智能建筑管理系统应用到民用建筑 中，同时采用其他的最新科研成果来建设智能住宅小区，也是我国技术 创新的必然趋势。 发展智能住宅小区是住宅产业现代化的必然选择。一方面，随着生 活水平的提高，居民对住宅的功能、质量提出了更高的要求：另一方面， 由于家庭经济水平的差异、家庭结构的多元化，居民对住宅从户型、面 积、功能、环境等也有不同层次的要求：第三，随着个人计算机的普及， 家庭工作空间已成为潮流。这就需要住宅产业也要由数量型向质量型转 变，住宅质量的内涵从单纯的施工质量向全方位的功能质量转变，住宅 价格从单一价格向多

8、元化价格体系转变。科学技术迅猛发展的结果，是 使住宅的科技含量不断增加，家庭住宅从经济适用房到小康住宅再发展 到智能住宅。智能 住 宅 小区建设是我国可持续发展的需要。我国人口 众多，地大而物不博，以快速竭尽自然资源和恶化生态环境为代价的粗 放型产业经济发展模式已不能满足知识经济时代的要求。建成后的智能 住宅小区能满足以下一系列要求： 大学毕业设计（论文）说明书 3 1、 人居环境的所有社会功能，首先着眼于现实与未来的平衡，在 可持续发展方面起先导和示范作用。 2、 节约能源，节省建材和配套器材等消耗型资源，如目前的智能 大厦已能达到节能 30%左右。 3、 以人为本，创造人与环境的和谐空间。

9、 综上所述，在网络信息服务飞速发展的情况下，致力于高质量、高 自动化、高智能化、高实用性的门铃系统的研发是十分有意义的。 1.2 开发门铃系统的开发门铃系统的意义意义 近几年来， 随着市场上智能化楼宇的不断升温， 门铃系统已作为 智能化办公室和智能化住宅小区的一个重要组成部分，被各商家和用户 所接受。人们已开始习惯用门铃系统代替传统的铁钥匙去管理各通道门， 这使门铃系统得到了飞跃性的发展。在 2000 年， 全世界的门铃系统销 量比 1999 增长了接近 10 倍，占整个安防市场的 40%。 目前，市场上的门铃产品大多为有线门铃单向语音且模拟以及部分 简单的无线门铃产品。有线门铃需要布线，不仅

10、耗费人力，物力，而且 影响居室美观，尤其对于像别墅这类带有院落的住宅，更显示出其局限 性. 同时各种危害到社会安定和人民的生命财产安全的犯罪也层出不穷， 新的形势对现有的门铃安全体系提出了新的挑战。人们迫切需要一种不 仅安全可靠图像清晰、通话可靠、显示准确、灵敏度高而且造型独特、 新颖美观等优点于一体的智能产品，因此无线对讲可视门铃等安全防范 装置是本课题研究的目标。 在当前的电子行业中，无线技术已经渗透到方方面面，无论是电视 机的遥控设备，还是计算机的外围设备都是如此，有的键盘和鼠标甚至 也使用了无线技术。无线网络技术已经成为热门技术。无线网络产品广 泛应用于家庭网络、小型办公室、会展中心、

11、体育中心、飞机厂、医院、 学校、港口、住宅小区、酒店、宽带接入。它使人们在 Internet 应用中摆 脱了无穷无尽电线电缆的束缚，进入真正的无网不在的 Internet 自由空间。 大学毕业设计（论文）说明书 4 无线网络技术可望成为新的经济增长点。已经在各个方面逐渐被无线传 输方式所取代。 1.3 系统工作概述系统工作概述 目前国内已经有很多可视门铃方面的产品，主流产品是有线方式， 单向语音且模拟。出于成本的考虑，这些可视门铃系统传输距离受限制， 信号质量不高，抗干扰性差等。但随着微电子技术、无线技术和网络技 术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对于居住环境的安 全、方便提出了越

12、来越高的要求， 从追求简单的生存空间向着追求数量、 质量、功能、服务等多重需求过渡，尤其是在大型别墅中，门铃和图像 接收端相距较远，这就需要将有线变为无线，模拟信号调幅或调频无线 传输变为数字信号调制无线传输。通过系统的数字化，图像信号质量得 到提高，抗干扰性得到大大加强；同时，整个系统的体积相比其它的传 输方式将会减小很多，因此，具有广泛的商业应用价值和发展前景。 本文介绍了一种基于单片机 AT89C2051 的一种新型的无线可视对讲 门铃系统。在本系统中，阐述了该系统的总体结构和工作原理，并对其 中的全双工数字语音通信、图像信息的处理、无线传输以及智能模块的 各种控制等关键技术进行了详细的

13、设计和实现。 首先是模拟传输的这一路。这一路传输的是视频模拟信号，为单向 传输。在室外，视频信号经过摄像头的采集和处理，传到射频发射模块 的视频输入端，由射频发射模块发射出去在室内，由相应的射频接收模 块接收这路视频模拟信号，然后从射频接收模块的视频输出端送至显示 屏，显示图像。 另一路就是数字传输的一路。这一路数字传输的信号包括音频信号 和控制信号，均为双向传输。在室内，模拟语音信号经过语音芯片的处 理转换为数字信号以及控制操作经过单片机的处理转换为相应的控制信 号(监视、摘挂机及开锁信号)，经过的处理和打包，再传到无线数字传 输模块，通过模块的天线发射出去。在室外，由另一块无线数字传输模

14、大学毕业设计（论文）说明书 5 块接收这路数字信号，然后进行解包和处理，然后分别把音频信号和控 制信号传到语音芯片和单片机中，音频信号经过语音芯片处理后送至扬 声器，控制信号经过单片机的处理去控制各部分协调工作。另一个方向 (从室外到室内)的音频信号和控制信号(呼叫信号)也是通过类似的方式进 行发送和接收。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 6 2 2 无线可视对讲门铃总体方案的设计无线可视对讲门铃总体方案的设计 2.1 系统的工作原理系统的工作原理 图 2-1 所示为该可视对讲门铃室内分机的工作原理框图。室外分机 的原理图与此图类似。本图中以单片机 AT89C2051 作为系统控制核心，

15、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/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。 图 2-1 室内分机的工作原理框图 当来访者按门铃开关传来呼叫主人的门铃信号时，AT89C2051 的 P1.7 脚通过呼叫检测模块检测到门铃呼叫信号，其 P1.4 脚输出开启视频显示 控制信号到视频显示及控制模块；其 P1.6 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 P1.4 和 P1.6 脚 分别输出关闭视频显示

16、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 P1.5 脚检测到已摘机，则终止 30s 定时。主人 大学毕业设计（论文）说明书 7 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 P1.6 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

17、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 P1.5 脚检测到已挂机，则由 P1.4 和 P1.6 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。 该系统是一个在无线条件下，应用了单片机编程技术，双工对讲技 术、摄像及视频显示技术而设计的一种无线可视对讲智能系统。该系统 采用模数混合技术，即语音数字，视频模拟，是将来全数字无线可视对 讲门铃系统的一个过渡。视频信号为无线模拟传输；音频信号及控制信 号为无线数字传输，所以其工作原理也要分别从模拟和数字两路

18、来阐述。 首先是模拟传输的这一路。这一路传输的是视频模拟信号，为单向 传输。在室外，视频信号经过摄像头的采集和处理，传到射频发射模块 的视频输入端，由射频发射模块发射出去在室内，由相应的射频接收模 块接收这路视频模拟信号，然后从射频接收模块的视频输出端送至显示 屏，显示图像。 另一路就是数字传输的一路。这一路数字传输的信号包括音频信号 和控制信号，均为双向传输。在室内，模拟语音信号经过语音芯片的处 理转换为数字信号以及控制操作经过单片机的处理转换为相应的控制信 号(监视、摘挂机及开锁信号)，经过的处理和打包，再传到无线数字传 输模块，通过模块的天线发射出去。在室外，由另一块无线数字传输模 块接

19、收这路数字信号，然后进行解包和处理，然后分别把音频信号和控 大学毕业设计（论文）说明书 8 制信号传到语音芯片和单片机中，音频信号经过语音芯片处理后送至扬 声器，控制信号经过单片机的处理去控制各部分协调工作。另一个方向 (从室外到室内)的音频信号和控制信号(呼叫信号)也是通过类似的方式进 行发送和接收。 无线可视对讲门铃系统是新一代电子安全防范系统，是现代花园、 山庄、别墅理想的安全防范装置。家人可以在室内，通过屏幕看图像、 语音对讲，远距离了解门外的情况，准确判断来访者的身份，决定是否 开门接待，保障家庭的人身和财产安全。 2.2 系统设计原则与结构系统设计原则与结构 2.2.12.2.1

20、系统的设计原则及指导思想系统的设计原则及指导思想 设计可视对讲系统方案，应遵循以下几个原则： （1） 实用性和先进性：所设计的智能化对讲系统应该在体现实用 的原则下，尽可能的采用先进的技术和方法，力求物尽其用，不虚设浪 费。 （2）可靠性和稳定性：考虑技术先进的同时，应确保系统可靠稳定 的运行。 （3）可扩展性和易维护性：为了适应用户要求，必须充分考虑系统 的升级能力和扩展能力。同时系统应便于维护，尽可能的降低系统的运 行和维护费用。 （4）具有高性能价格比，能够做到物有所值，追求物超所值。 2.2.22.2.2 系统结构系统结构 该系统由两部分组成：室内机部分和室外机部分。 室内机结构图其主

21、要由室内机控制器、无线收发机、显示设备、通 话设备、门铃和报警、开锁等控制信号输入键组成。室内机控制器的作 用与门口机控制器作用类似，无线收发机用于接收门口机传来的信号， 发送音频信号和各种数字信号给门口机，显示设备用于显示门口视频， 大学毕业设计（论文）说明书 9 户主可根据不同的情况选择不同的控制按键。室内机结构图如图 2-2 示 图 2-2 室内机结构框图 门口机结构图如图 2-3 示，其主要包括：门口机控制器、无线收发 机、键盘、摄像头、喇叭、麦克、报警装置等几部分。无线收发机用于 发射视频信号、音频信号和各种数字信号给室内机和监控中心，并接收 室内机发送过来的音频信号和各种数字信号。

22、该系统中视频信号为单向 传输，在室内可以观察到门口的情况，在门口无法查看室内情况，所以 门口机接收到的信号中没有视频信号；键盘用于输人房间号；摄像头用 于捕捉门口视频信号；喇叭和麦克用于户主和访客进行语音交流；报警 装置用于当户主遇到特殊情况时报警。 大学毕业设计（论文）说明书 10 图 2-3 室外机结构框图 2.3 功能简介功能简介 （1）通话功能 在没有门铃信号时，可视电话门铃上的电话机和普通电话机一样 使用。有门铃信号时，可通过对讲按钮选择和来访者对或和外线通话。 （2）监视功能 有门铃信号时，系统自动启动监视器电源和摄像信号电源，进人 监控状态，并延时 30 秒钟后自动复位。若 30

23、 秒钟内有其他操作，则取 消 30 秒计时，延长监控时间，直至人工复位。无门铃信号时，可通过监 控按钮，选择监控状态与非监控状态。 （3）记录功能 若家中无人，可提前设置录音或录像功能。设置录音功能后，当 大学毕业设计（论文）说明书 11 有来访者按门铃时，系统的语音片自动发出“主人不在，请简短留言” 的声音若干次，并自动录音 90 秒钟。若设置录像功能，则对所监视信息 自动定时录像。 （4）控锁功能 可利用控制面板上的门锁按钮控制家门电锁的开闭。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 3 3 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 3.1 单元电路的单元电路的选择选择 3.1.13.1.1 单

24、片机单片机的选用的选用 AT89C2051 是一带有 2K 字节闪速可编程可擦除只读存储体 (EEPROM)的低电压，高性能 8 位 CMOS 微型计算机。它采用 ATMEL 的高密非易失存储技术制造并和工业标准 MCS51 指令集和引脚结构兼 容。通过在单块芯片上组合通用的 CPL1 和闪速存储器，ATMEL AT89C2051 是一强劲的微型计算机，它对许多嵌入式控制应用提供高度 灵活和成本低的解决办法。 此外，从 AT89C2051 内部结构图与 8051 内部结构基本一致（除模 拟比较器外） ，引脚 RST、XTAL1、XTAL2 的特性和外部连接电路也完 全与 51 系列单片机相应引

25、脚一致，但 P1 口、P3 口有其独特之处。 AT89C2051 是一个功能强大的单片机，但它只有 20 个引脚，15 个 双向输入/输出（I/O）端口，其中 P1 是一个完整的 8 位双向 I/O 口，两 个外中断口，两个 16 位可编程定时计数器，两个全双向串行通信口，一 个模拟比较放大器。主要性能参数如表 3-1 所示。 表 3-1 AT89C51 性能参数 兼容 MCS51 指令系统2k 可反复擦写(1000 次）Flash ROM 15 个双向 I/O 口6 个中断源 两个 16 位可编程定时/计数器2.7-6.V 的宽工作电压范围 时钟频率 0-24MHz128x8bit 内部 R

26、AM 两个外部中断源两个串行中断 可直接驱动 LED两级加密位 低功耗睡眠功能内置一个模拟比较放大器 可编程 UARL 通道软件设置睡眠和唤醒功能 大学毕业设计（论文）说明书 13 图 3-1 AT89C2051 芯片管脚图 AT89C2051 是一种 20 引脚的双列直插式 IC 芯片，引脚是单片机的 硬件外特性，用户通过引脚连接外部器件就能组建单片机系统。 AT89C2051 芯片管脚如图 3-1。各管脚的功能如下： 1. VCC：电源电压。 2. GND：地。 3. P1 口：P1 口是 8 位双向 I/O 口。口引脚 P1.2P1.7 提供内部上拉 电阻。 P1.0 和 P1.1 要求

27、外部上拉电阻。P1.0 和 P1.1 还分别作为片内精 密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1 口输出缓冲器 可吸收 20mA 电流并能直接驱动 LED 显示。当 P1 口引脚写入“1”时，其 可用作输入端。当引脚 P1.2P1.7 用作输入并被外部拉低时，它们将因 内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。 P1 口还在闪速编程和程序校验期间 接收代码数据。 4. P3 口：P3 口的 P3.0P3.5、P3.7 是带有内部上拉电阻的七个双向 I/0 引脚。P3.6 用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用 I/O 引脚而不可访问。P3 口缓冲器可吸收 20mA 电

28、流。当 P3 口引脚写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时，被外部 大学毕业设计（论文）说明书 14 拉低的 P3 口引脚将用上拉电阻而流出电流。 P3 口还用于实现 AT89C2051 的各种功能，如下表 3-2 所示。 表 3-2 P3 口的引脚功能 P3 口引脚功能 P3.0RXD(串行输入端口) P3.1TXD(串行输出端口) P3.2INT0(外中断 0) P3.3INT1(外中断 1) P3.4TO(定时器 0 外部输入) P3.5T1(定时器 1 外部输入) P3 口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 5. RST：复位输入。RST 一旦

29、变成高电平，所有的 I/O 引脚就复位 到“1”。当振荡器正在运行时，持续给出 RST 引脚两个机器周期的高电 平便可完成复位。每一个机器周期需 12 个振荡器或时钟周期。 6. XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。 7. XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。 从上述引脚说明可看出，AT89C2051 没有提供外部扩展存储器与 I/O 设备所需的地址、数据、控制信号，因此利用 AT89C2051 构成的单 片机应用系统不能在 AT89C2051 之外扩展存储器或 I/O 设备，也即 AT89C2051 本身即构成了最小单片机系统。 3.1.23.1.2 双音多频收

30、发器双音多频收发器 本系统使用的双音多频(DTMF)收发器是集成度高、功耗低、功能强 的集成芯片MT8880。MT8880 是一个带有呼叫处理滤波器的单片 DTMF 收发器。信号的接收部分采用 DTMF 信号接收单片机 MT8870 的 工业制造标准：发送部分采用开关电容进行 D/A 转换，信号失真小、精 度高、定时准确。 大学毕业设计（论文）说明书 15 利用 AT89C2051 单片机的双向 I/O 口与 MT8880 直接相连，利用其 丰富的位操作指令模拟 MT8880 的时序，从而实现对 MT8880 的读、写 操作控制。采用这种方法最多占用 9 条 I/O 线（工作在中断方式） ，至

31、少 还有 6 条 I/O 线可选用，例如可以扩展串行 EEPROM、键盘、显示等。 其最大优点 L 成本低、体积小、电路连接简单、程序保密性高等。其通 信部分的硬件电路如图 3-2 所示。图中 MT8880 的数据线 D0-D3 与 AT89C2051 的 P1.0P1.3 相对应，读、写线（WR*） 、片选线（CS*） 、 寄存器输入选择线（RSI）和时钟线（CP）分别对应 AT89C2051 的 P1.7P1.4，中断线（IRQ*）接 AT89C2051 的外部中断 0（P3.2） 。 图 3-2 MT8880 与 AT89C2051 的接口电路 3.1.33.1.3 模拟开关模拟开关 本

32、系统采用 CD4066Z 作模拟开关。CD4066Z 是由德州仪器公司生 产的内含高四组独立开关的 IC 芯片。一个控制端控制一组开关，利用控 制端的数位信号来决定输入端信号能否到达输出端的元件。CD4066 开关 信号两端均可作输入端或输出端。可以利用 CD4066 对四路信号进行切 大学毕业设计（论文）说明书 16 换测量。本系统中，单片机控制 CD4066 来切换音频信号和数字信号， 使其在不同时隙发射，减免数字信号和音频信号之间的相互冲突和干扰。 3.1.43.1.4 无线收发机无线收发机 目前，无线视频传输大多利用 2.4GHz 的免申请频段，这个频段属 于微波，利用微波传输视频信号

33、，信号好，干扰小，图像无失真，可以 传输彩色图像。这个频段也可以无线传输声音，可以传输立体声。 本系统采用了上海金鑫电子有限公司的 2.4GHz 无线影音传输模块。 利用 2 对该模块可以实现室外机向室内机方向的视频信号的无线传输和 音频信号传输，以及室内机向室外机音频信号的传输。该模块采用了先 进的微波无线电传输技术，可以高保真的无线传输视频信号和音频信号。 其系统内部结构图如下：其中图 3-3 为数据接收模块的电路，图 3- 4 为数据发射模块的电路图。 图 3-3 数据接收模块的电路图 大学毕业设计（论文）说明书 17 图 3-4 数据发射模块的电路图 该模块主要有以下几方面特点： (1

34、)良好的微波抗干扰性能。该模块音/视频信号采用频率极高的微 波传输方式，其载波频率高达 2.4GHz，因此可以有效地避免 900MHz 等 频段拥挤不堪的无线电话信号或各类；电火花及家用电器的干扰，同时 也极大程度地避免了本机发；射频率对其他接收设备的干扰。 (2)优良的音/视频接收品质。该模块为提高音/视频接收品质，采用 了性能优越的调频方式。音/视频具有宽频特性且信噪比极高。使用监控 摄像头传输信号，也有极佳的分辨力。 (3)该模块采用单一电源+5V 供电，便于使用。 (4)广泛的应用扩展空间。 该无线收发机是一套可以同时传输视频信号和音频信号的无线收发 机，其工作频率为 2.4GHz ，

35、其工作电压为 12V，传输距离为 500m。 该无线收发模块及其外围电路如下 3-5 图示：其中 PT2262/PT2272 大学毕业设计（论文）说明书 18 是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)， 任意组合可提供 531441 地址码，PT2262 最多可有 6 位(D0-D5)数据端 管脚，设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射 电路。 图 3-5 无线收发模块及外围电路 3.2 控制模块的设计与实现控制模块的设计与实现 3.2.13.2.1 呼

36、叫及摘挂机检测模块设计及实现呼叫及摘挂机检测模块设计及实现 呼叫检测模块由附图 1 中的 D5、R16、R17、C1、Q7 及 AT89C2051 的 P1.7 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 P1.7 脚由高电平变为低电平，完成呼叫检测。 附图 1 中的压键开关、AT89C2051 的 P1.5 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

37、换状态，P1.5 脚的电平 大学毕业设计（论文）说明书 19 由高变低，完成摘机检测。反之，完成挂机检测。 3.2.23.2.2 视频显示及控制模块设计及实现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附图 1 所示，主要由 Q3、Q4、Q5、Q6、继电器 HRJ、视频显示屏及 AT89C2051 的 P1.4 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

38、，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，P1.4 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，P1.4 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。 3.2.3

39、3.2.3 开锁和音频信号输入开锁和音频信号输入/ /出控制模块设计及实现出控制模块设计及实现 附图 1 中的压键开关、R2、R3、Q1、Q2、AT89C2051 的 P1.6 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 P1.6 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，P1.6 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

40、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。 大学毕业设计（论文）说明书 20 3.2.43.2.4 音频信号放大处理模块设计及实现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。附图 1 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，C1

41、2 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

42、少，工作电压为 4V12V，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。如附图 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 立式按键如附图 1 所示。 3.3 硬件可靠性及抗干扰设计硬件可靠性及抗干扰设计 3.3.13.3.1 单片机对接收模块的干扰单片机对接收模块的

43、干扰 单片机系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能 是系统可靠性的重要指标。随着单片机在工业测控中应用的深入，系统 大学毕业设计（论文）说明书 21 的可靠性越来越成为人们关注的一个重要课题，抗干扰性设计是单片机 应用系统开发过程中的一个重要内容。 单片机模拟 2262 时一般都很正常，然而单片机模拟 2272 解码时通 常会发现遥控距离缩短很多，这是因为单片机的时钟频率的倍频都会对 接收模块产生干扰。 51 系列单片机工作的时候，会产生比较强的电磁辐射，频率范围在 9MHZ-900MHZ，因此它会影响任何此频率内的无线接收设备的灵敏度， 解决的方法是尽量降低 CPU 晶体的频率

44、。测试表明：在 1M 晶体的辐射 强度，只有 12M 晶体时的 1/3，因此，如果把晶体频率选择在 500K 以下， 可以有效降低 CPU 的辐射干扰。另外一个比较好的方法是：将接收模块 通过一个 3 芯屏蔽电缆（地，+5V，DATA，屏蔽线的地线悬空）将模块 引出到离开单片机 2 米以外，则不管 51CPU 使用那个频率的晶体，这种 干扰就会基本消除。对于 PIC 单片机，则没有上述辐射干扰。可以任意 使用。 还可以改用频点较高的接收频率，如 433MHz 就可增加遥控距离， 或者需要采用一些抗干扰措施来减小干扰。比如单片机和遥控接收电路 分别用两个 5V 电源供电，将 DF 接收板单独用一

45、个 78L05 供电，单片机 的时钟区远离 DF 接收模块，降低单片机的工作频率，中间加入屏蔽等。 系统中模块之间通讯干扰主要是接收回路干扰它是由发射频率的非 线性部分引起的由于接收电路存在着非线性当几个信号同时被接收时寄 生信号将影响有用信号若寄生信号的频率接近于接收模块的工作频率时 将形成模块之间的干扰。 从天线接收的信号不仅包括有用的信号而且包括噪声信号它通过接 收模块放大送到单片机中这些噪声包括空中产生的电磁波无线电广播噪 声无线通讯噪声和直流电机噪声除了由直流电机产生的并发噪声外其它 噪声都是随机噪声这类噪声持续时间短但它的放大倍数高传送频道宽， 所以它对无线通讯系统影响最大。 大学

46、毕业设计（论文）说明书 22 内部噪声是由系统本身产生的它不同于外部噪声内部噪声总是存在 的且很难预测但内部噪声对系统的影响可以估算出。为提高通信效率保 证质量通信协议必须可靠为了使收发的数据准确数据发送时数据之间不 能有间隙。 接收模块工作时一般输出的是高电平脉冲，不是直流电平，所以不 能用万用表测试，调试时可用一个发光二极管串接一个 3K 的电阻来监 测模块的输出状态。 本系统硬件设计过程中，主要从以下几方面采取措施来提高系统抗 干扰能力。 3.3.23.3.2 供电系统的干扰供电系统的干扰 由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影。在信号传输 线上会将在脉冲序列的前后沿形成震荡。震

47、荡的存在使高低电平间的阈 值差变小，当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉 冲电平值，导致通信时间变长或通信中断。接地和屏蔽不好会导致传输 线抑制外部电磁干扰能力的下降，体现在视频图像就是雪花噪点、网纹 干扰以及横纹滚动等；在信号传输线上形成尖峰干扰，造成通信错误。 平衡传输线路失衡也会在信号传输线上形成尖峰干扰。静电放电除了会 造成设备损坏外，还会影响存储器内的数据，使设备出现些莫名其妙的 错误。 3.3.33.3.3 数字信号传输中的抗干扰措施数字信号传输中的抗干扰措施 (1)视频信号的干扰 视频信号的干扰在图像上表现为地花点和 50Hz 横纹滚动，对于雪 花点干扰是由于传输

48、线上信号衰减以及耦合了高频干扰所致，这种干扰 比较容易消除，在摄像机与控制矩阵之间合理位置增加一个视频放大器， 将信号的售噪比提高，或者改变视频电缆的路径避开高频干扰源，高频 干扰的问题可基本上得到解决。较难解决的是 50Hz 横纹滚动及进一步 大学毕业设计（论文）说明书 23 加高频干扰的情况，比如电梯轿厢内摄像机的输出图像。为了抑制上述 干扰，首先分析一下造成上述问题的原因。 摄像机要求的供电电源一般有三种：直流 12V、交流 24V 或 220V，大多数工程应用中不从电梯轿厢的供电电源上取，而是另外布设 供电电源给摄像机供电，摄像机输出图像经过一条软性的视频电缆从井 道的止方或下方送出，

49、视频电缆和供电电缆与轿厢的动力线捆绑在一起， 当电梯运行时牵引电机运行产生的电磁场沿照明动力线传播，显然会影 响摄像机供电电缆和视频电缆，当视频电缆的屏蔽层不够严密时，高频 干扰就经视频电缆传回监视器。而对于 50Hz 的横纹滚动根据电磁学理 论知道视频电缆的屏蔽层可完全消除 50Hz 工频干扰。由此可以推断这 部分干扰不是通过视频电缆耦合过来，而是来自电源线和不合理的视频 线联结。 视频电缆屏蔽层是接地的，如果视频信号“地”与显示器的“地”相对 “电网地”的电位不同，那么通过电源在摄像机与显示器之间形成电源回 路，这样 50Hz 的工频干扰进入显示器中，消除 50Hz 工频干扰方法有两 种，一是想办法使各处的“地”电位与“电网地”的电位差完全相同，或者 切断形成地环流的路径。由于工程环境比较复杂，使各处“地”完全等电 位比较困难，只能通过加大摄像机供电线缆的线径，尽可能降低地回路 的电阻。或者采用切断地环流回路的方法，在摄像机或显示器端有一端 不接地，通常在显示器端不接供电电源的地，这样虽不能完全消除干扰 但可大减少 50Hz 的干扰。 从上面的分析中看到，如果电源线上耦合上高频噪声，即使视频电 缆的屏蔽电缆的屏蔽再好，也会将噪声送至显示器，因此摄像机的供电 电源线最好也要屏蔽，上述措施需要在工程设计和施工时就要全面考虑 才能实现，若到了系统调试