基于AT89C2051的楼宇直按可视对讲门铃系统的设计

2.1 呼叫铃音产生调理模块设计及实现
铃音信号可用软件或硬件模拟合成，也可用集成音乐片。经综合考虑，选用可用于线性放大器和 RC振荡器的六反相器 4069、配以图 2 a 中 R1～R11、C1～C4、Q1（9014）、Q4（A940）、D2 来模拟合成铃音信号。其中 C1、C2 串联得到 0.5μ电容，与 R1、R2 及 4069 的 1、2 两个反相器构成 RC 振荡电路以产生合成铃音的所需的信号，该信号经 4069 第 3 个反相器反相，R3 限流送 Q1 的 b 极，放大后的信号一路由 Q1 的e 极输出并经 R5、R6 和 4069 第 6 个反相器组成的线性放大器放大后，与 Q1 的 c 极输出的一路放大信号混合，再经 4069 第 5 个反相器反相，然后与 C3 从 Q1 的 e 极取得的另一路信号混合，最后由 4069 第 4 个反相器反相得到合成的模拟铃音信号输出。Q4、R7～R11、C4、D2 为 4069 提供工作电源。当无房号键按下时，限流电阻 R8 断路，因 R7 的偏压，Q4 截止；当按下房号键时，Q4 导通，c 极输出电压，一路经 R9、R10 分压，C4 滤波提供 4069 的工作电压，起到了保护 4069 的作用；另一路经 D2 单向截止，R11 降压后提供呼
叫时 LM386 等的工作电压。为提高输出铃音信号的驱动能力和传输距离，设计了图 2a 中由限流电阻 R12～R14、Q2（9015）、Q3（8050）、D1、C5、C7 组成的铃音调理模块。当按下房号键时，铃音信号经 R12 限流后由 Q2 的 e 极输入，c 极输出到 Q3 的 b 极进行放大后从 Q3 的 c 极输出，一路由 C5 取出，经 LM386 再次放大后送主机喇叭供来人听呼叫铃音；另一路由 C7 取出混入 HJK 线，经按下的房号键直接送分机喇叭产生呼叫主人的铃音。D1起单向截止作用。

2.2 主机键盘、呼叫及摘挂机检测模块设计及实现
主机键盘所有房号键的一端连主机的 HJK，另一端各自连对应分机的 X0X。为便于来人在光线暗淡或夜间辨认房号键，设计了由发光二极管 LED 构成的键盘光源系统。其控制电路由图 2a 中的 Q5（A940）、限流电阻 R15 和 R16、偏压光敏电阻 RS 构成。当光线强时，RS 阻值很小，Q5 截止，LED 不发光，降低了功耗。当光线暗时，RS 阻值很大，Q5 的 c 极输出电压，LED 发光。设计时每个 LED 并联，这虽增加了主机键盘设计的复杂性，但解决了同类产品因 LED 串联，一个损坏，其余均不能再提供光源的缺陷。设计的呼叫检测模块由图 2b 中的 D1、R2、R3、C1、Q1（9014）及 AT89C2051 的 P17 脚及其上拉电阻R1 构成。当来人按下房号键，由 X0X 线传来的门铃呼叫信号一路经喇叭发出门铃呼叫音，另一路经过 D1反向截止，R3 与 C1 组成的充放电电路，由 R2 驱动 Q1 导通，使 AT89C2051 的 P17 脚的电平由高变低，完
成呼叫检测。设计的摘挂机检测模块由图 2b 中的压键开关、AT89C2051 的 P33 脚及其上拉电阻 R6 组成，一旦摘机，压键开关转换状态，P33 脚的电平由高变低，完成摘机检测。反之，完成挂机检测。

2.3 视频采集调理模块和视频及音频控制模块设计及实现
视频采集调理模块选用工作电压为 DC12V，内部自带视频调理的 CCD 摄像头模块，其输出视频信号传输距离远，直接由图 2a 中的 C18 取出后送 VI 线，无需其它外围电路，简化了系统电路设计。设计的视频及音频控制模块由图 2b 中的 Q4～Q6（9014）、Q7（A940）、限流电阻 R10～R15、偏压电阻R16、D3～D5、继电器、AT89C2051 的 P16 脚及其上拉电阻 R9 组成。视频显示器选用工作电压为 15V 的国产 4 寸黑白扁平显像管模块。为控制 VI 线输入的视频信号，设计时选用单刀双掷电磁继电器并利用其常开触点，R15 对继电器线圈起限流保护，D3 起续流保护。待机时，P16 脚输出高电平，Q4 导通，Q5～Q7 截止。当 AT89C2051 检测到呼叫信号或按主动监视键时，P16 脚输出低电平，Q4 截止，Q5 导通使 Q7 导通，V+线送来的 18V 直流电源经 Q7 的 c 极输出，一是提供继电器线圈工作电压和视频显示器 15V 稳压片的输入电源；一是经 D4 单向截止提供音频模块输入电源，再经 D5 单向截止由 VK 线给主机的摄像头和音频模块提供输入电源。Q6 导通，继电器吸合给视频显示器提供视频信号。

2.4 开锁及其控制模块设计及实现
开锁模块由图 2a 中的 3V 稳压管 Z1、限流电阻 R37 和 R38、Q8（2073）、Q9 和 Q10（9014）组成。开锁控制模块由图 2b 中的压键开关、限流电阻 R7 和 R8、Q2 和 Q3（9014）、AT89C2051 的 P15 脚及其上拉电阻 R6 构成。待机时，即使摘机使压键开关转换状态，但 P15 脚输出高电平，Q2 导通，Q3 截止。因 AI/O线上的直流电压高于 Z1 的稳定电压 3V，Z1 被击穿，其反向击穿电流使 Q10 导通，从而使 Q9 的 b 极对地短路而导致 Q8 截止，电控锁线圈无电流输入，防盗门处于上锁状态。来人呼叫后，主人摘机并按下开锁键，P15 脚输出低电平使 Q2 截止，Q3 导通，AI/O 接地，Z1 无反向击穿电流输出，Q10 截止，Q9 导通使 Q8导通，其 c 极连接的 18V 直流电源由 e 极输出给电控锁线圈，电控锁动作，打开防盗门，完成开锁。

2.5 输出音频前置调理模块设计及实现
声电转换选用了灵敏度高的驻极体传声器，但经传声器转换形成的音频电压信号较弱，不宜直接传输，为此需设计音频前置调理模块。为降低成本，采用三极管 9014 进行两级调理。主机声电转换电路及音频前置调理模块由图 2a 中的 Q6、Q7、R31、R18～R27、C12～C14 及传声器构成。由 VK 线上送来的受控电源经 R18～R20 分压，C12 滤波为传声器提供工作电压。传声器转换成的音频信号经 C13 耦合到 Q6 的 b 极放
大后，由 c 极直接输出到 Q7 的 b 极再次放大后，由 C14 从 Q7 的 e 极取出经 R31 混合到 AI/O 线，经分机后置调理模块取出调理后送耳机，供主人听话。另外该信号还送入主机后置音频调理模块调理后供来人听自己说话。模块中 R21～R25 为 Q6、Q7 的直流限流电阻，R26、R27 分压为 Q6 提供 b 极工作电压。分机声电转换电路及音频前置调理模块由图 2b 中的 R27～R35、Q8、Q9、C9～C11 及传声器组成。其
原理与主机的相同，C9 滤掉音频信号的高频部分，放大后的音频信号由 Q8 的 c 极输出经 R32 混合到 AI/O线，经主机后置调理模块取出调理后送喇叭，供来人听话。

2.6 输入音频后置调理模块设计及实现
输入的音频信号，因传输衰减需再次调理，为此需设计后置调理模块。设计时，可选集成运放或专用音频集成放大器。这里选用了可用于音频信号放大的集成双运放 082D 和专用音频集成放大器 LM386 来设计。设计的主机输入音频后置调理模块由图 2a 中 082D 的第一个运放、R28～R36、LM386、C8～C11、C15～C17 组成。由 VK 线送来的受控电源一路经 C15、C16 滤波，R33、R34 分压提供 082D 反相端和同相端直流
工作电压，另一路经 R28 降压，C10、C11 滤波后提供 LM386 的工作电压。R35、R31、R32 与 082D 的第一个运放接成双端输入求和运放作为第一级调理。输入音频信号经 R30 滤直流后，由 082D 的同相端输入，经第一级调理后由 R36 限流 C17 耦合，再经 R29 和 C8 滤波后，由 LM386 的 3 脚输入，经过 20 倍放大后由5 脚输出，由 C9 耦合到喇叭发声。设计的分机输入音频后置调理模块由图 2b 中的 082D、C5～C8、R20～R27 组成。082D 的第一个运放与R24～R27 构成双端输入求和运放作为第一级调理，输入音频信号经 C8 从 AI/O 线取出送第一级调理的同相端调理后，由 C6 耦合到由 082D 的第二个运放、R22、R23、C7 组成的第二级比例运放的同相端进行调理，
最后由 C5 耦合到耳机发声。其中第一级运放直流工作电压由 Q8 的 e 极提供，第二级运放同相端直流工作电压由 R20、R21 分压提供。

3 楼宇直按可视对讲门铃室系统软件设计及实现
单片机软件主要完成门铃呼叫信号、摘挂机、按键检测及相应控制信号的输出，完成来人呼叫后及主
动监视 30s 定时等功能。

4 结束语
该门铃系统在唐山市唐海县等地安装并经长期使用表明：其操作简便，与同类产品或其它非单片机控制产品相比，具有可靠性好，故障率低，综合性价比高，一户能同时安装两台分机，且具有呼叫后才能摘机通话和开锁等特点，这很好地解决了同类产品或其它未使用单片机控制的产品在任何状态下，摘机即可通话、开锁、视频显示以及来人可从室外主机的喇叭听到室内发出的声音等缺陷。