基于五類線的新一代智能型多功能可視對講聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

林家國

【摘要】基于五類線的新一代智能型多功能可視對講聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，全面采用5類網(wǎng)線作為傳輸線材，使用單片機(jī)STC12LE5A60S2控制各模塊，視頻采用有源雙絞線差分驅(qū)動器Intersil的EL5171和EL5172實現(xiàn)單端與差分信號轉(zhuǎn)換。利用最先進(jìn)的技術(shù)--自適應(yīng)增益均衡技術(shù)和最優(yōu)化的產(chǎn)品方案，有效的降低產(chǎn)品本身的制造和工程布線應(yīng)用等成本，在現(xiàn)有市場的同類產(chǎn)品中具有較強的技術(shù)代表性和產(chǎn)品競爭力。

【關(guān)鍵詞】五類線系統(tǒng);自適應(yīng)增益均衡技術(shù);差分;STC12LE5A60S2;EL5171

引言

隨著樓宇可視對講系統(tǒng)不斷的升級換代以適應(yīng)人們多樣化的需求，樓宇對講行業(yè)正朝數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化綜合化的方向發(fā)展。

目前基于5類線的新一代聯(lián)網(wǎng)型小區(qū)智能化可視對講系統(tǒng)，滿足市場新的需求，利用最先進(jìn)的技術(shù)和最優(yōu)化的產(chǎn)品方案，結(jié)合高性能和高擴(kuò)展性的新型產(chǎn)品系統(tǒng)的同時，有效的降低產(chǎn)品本身的制造和工程布線應(yīng)用等成本，在現(xiàn)有市場的同類產(chǎn)品中具有較強的技術(shù)代表性和產(chǎn)品競爭力。

1.關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

本系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)是5類線作為傳輸介質(zhì)在信號傳輸與處理領(lǐng)域的應(yīng)用，即采用行業(yè)領(lǐng)先的音視頻雙絞線差分傳輸技術(shù)和雙絞線自適應(yīng)增益均衡技術(shù)，充分利用5類網(wǎng)線內(nèi)部的4對雙絞線同時傳輸4路信號，解決了雙絞線傳輸?shù)囊纛l、視頻、數(shù)據(jù)等達(dá)到工程應(yīng)用的實際要求及實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。其關(guān)鍵技術(shù)為：

1.1 視頻信號雙絞線差分傳輸技術(shù)

通常的視頻信號，是一種非平衡方式的視頻基帶信號，適合在同軸電纜這種非平衡傳輸方式的線纜中傳輸，而雙絞線是一種平衡傳輸方式的線纜，使用雙絞線傳輸視頻信號，必須將視頻信號轉(zhuǎn)換成平衡信號才能實現(xiàn)。也就是，使用雙絞線代替常規(guī)視頻線傳輸視頻信號，需要在線纜的前、后端均加進(jìn)平衡/非平衡轉(zhuǎn)換器。實現(xiàn)了視頻信號的雙絞線差分傳輸。

1.2 自適應(yīng)增益均衡技術(shù)

由于雙絞線在傳輸視頻信號時存在較大衰減，因此在電路設(shè)計上對高頻信號預(yù)加重與去加重以及補償電路。具體的原理為由于信號線越長，衰減越大，實際應(yīng)用時在信號源端插入預(yù)加重電路，并根據(jù)信號線的實際長度調(diào)節(jié)視頻信號的增益，讓信號在發(fā)送之前就讓高頻部分有個較大的提升，可以彌補高頻信號在傳輸中造成的衰減。

當(dāng)實際應(yīng)用的信號線路較短情況下，信號衰減的很少，在接收輸入端插入去加重電路，用來抑制曾被加強的高頻成分;當(dāng)實際應(yīng)用的信號線路較長的情況下，高頻成分衰減的很嚴(yán)重，就需要在線路的接收端加入補償電路，通過這樣的方法保證信號的傳輸質(zhì)量。

1.3 音頻信號半雙工傳輸?shù)南麄?cè)音技術(shù)

本系統(tǒng)音頻信號采用半雙工傳輸?shù)南麄?cè)音電路技術(shù)。

2.系統(tǒng)架構(gòu)及主要功能

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主要包括圍墻機(jī)、管理中心機(jī)、聯(lián)網(wǎng)器、門口機(jī)、層分器和分機(jī)等設(shè)備。系統(tǒng)架構(gòu)框圖如圖1所示。

2.2 主要功能及特點

全面采用統(tǒng)一的5類網(wǎng)線作為信號傳輸介質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，具有多個門口機(jī)循環(huán)監(jiān)視、遙控開鎖、管理中心機(jī)與門口機(jī)、分機(jī)、圍墻機(jī)及二次確認(rèn)機(jī)之間呼叫對講，覽，鈴音及音量選擇，屏幕亮度/色度、對比度調(diào)節(jié)，分機(jī)免打擾功能，用戶緊急求助功能及向管理中心上報緊急求助信息，一戶多分機(jī)（不分主從）， 同戶多分機(jī)可呼叫對講，編號設(shè)置，門鈴功能，消音（報警音），電源指示及占線提示;能與偵煙感知器、瓦斯偵測器、防盜報警器、紅外、門磁探頭等結(jié)合，從而發(fā)揮防盜、報警、緊急求助等綜合功能，同時還具有信息瀏及查詢，自動拍照和控制電梯等功能需求。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)框圖

采用5類線布線方式，簡化了布線，節(jié)約線材人工可達(dá)70%以上，性能穩(wěn)定和成熟，支持防區(qū)報警、信息發(fā)布等功能的可視系統(tǒng)，在現(xiàn)有市場的同類產(chǎn)品中具有較強的技術(shù)代表性和產(chǎn)品競爭力。

3.硬件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主控制電路由單片機(jī)STC12LE5A60S2及外圍電路組成，CPU 選用STC12LE5A60S2，雙串口帶AD按鍵掃描，可接串行存儲器，低功耗低成本，完成所有數(shù)據(jù)信號的處理并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號，控制相關(guān)接口電路，以實現(xiàn)本機(jī)電源及開鎖，按鍵部分，存儲部分，直按設(shè)置，視頻及放大，音頻部分，補光及調(diào)光，通訊部分，IC/ID卡及控制，防拆及出門檢測等功能。

3.2 硬件系統(tǒng)功能實現(xiàn)

硬件系統(tǒng)功能模塊包括主控模塊、視頻模塊、音頻對講及語音模塊、電源模塊、485通訊模塊和輔助部件組成，相關(guān)模塊描述如下：

主控制電路由單片機(jī)STC12LE5A60S2及外圍電路組成，MCU主要負(fù)責(zé)通訊收發(fā)、命令解析、界面顯示、IC/ID卡檢測、按鍵掃描、開鎖控制和其他工作狀態(tài)控制等。

視頻模塊采用有源雙絞線差分驅(qū)動器Intersil的EL5171和EL5172，使用正負(fù)雙電源供電，傳輸距離最大1000m，差分發(fā)送器或接收器通過外部電路元件調(diào)整衰減補償，圖像效果好，視頻傳輸具有線路衰減補償功能，可通過跳線帽設(shè)置適當(dāng)?shù)木€路衰減補償，共4個檔位：0～300m、301～500m、501～700m、701～1000m，電源為非隔離5V單電源。

音頻模塊采用半雙工模擬對講芯片MC34018，以及語音芯片H6161P和音頻功率放大器LM386。

電源模塊包括13.5V電源、5V電源和3.3V電源。13.5V電源為DCDC電源，主要用于開鎖、音頻模塊供電、攝像頭供電、5V電源的輸入等;5V電源為DCDC電源，主要用于通訊模塊供電、視頻模塊、ID/IC卡模塊供電和3.3V電源的輸入;3.3V為線性穩(wěn)壓電源，主要用于MCU、液晶屏、語音IC、數(shù)字邏輯IC等。

通訊模塊采用分立RS485電路，并對485線加相應(yīng)的保護(hù)電路。

輔助部件主要有數(shù)碼顯示模塊、IC/ID卡模塊、攝像頭模組、LED補光電路、開鎖電路、防拆電路、按鍵電路、咪頭、喇叭等。

4.軟件系統(tǒng)設(shè)計

4.1 軟件主體模塊

軟件主體共分為8個模塊：刷卡處理模塊;按鍵掃描處理模塊;RS485通訊模塊;狀態(tài)監(jiān)視模塊;T0定時器模塊;I2C通訊模塊;eeprom操作模塊;SPI Flash操作模塊，其中：

RS485通訊模塊：負(fù)責(zé)門口機(jī)與分機(jī)、聯(lián)網(wǎng)器之間的數(shù)據(jù)通訊。

I2C通訊模塊：與語音芯片的I2C通訊，用于播放語音提示。

Eeprom操作模塊：單片機(jī)內(nèi)部eeprom的數(shù)據(jù)讀寫。

SPI Flash操作模塊：外部SPI flash的數(shù)據(jù)讀寫。

4.2 主循環(huán)流程

軟件采用前后臺結(jié)構(gòu)，前臺程序由主循環(huán)實現(xiàn)，后臺程序由若干中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，主循環(huán)流程首先對整機(jī)進(jìn)行了初始化操作，然后從flash中讀取所存儲的密碼，接著進(jìn)入主循環(huán)，在循環(huán)中，進(jìn)行了喂狗、按鍵掃描、處理門口機(jī)與管理機(jī)通信、防區(qū)檢測等工作。

4.3 總線通訊系統(tǒng)流程

RS485接收發(fā)送數(shù)據(jù)驅(qū)動：RS485接收、發(fā)送數(shù)據(jù)處理;數(shù)據(jù)接收處理----對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理;數(shù)據(jù)發(fā)送處理----準(zhǔn)備數(shù)據(jù)發(fā)送。

5.結(jié)語

基于5類線傳輸?shù)臉怯羁梢晫χv系統(tǒng)，大幅提升樓宇對講的技術(shù)含量，促進(jìn)新一代樓宇對講產(chǎn)業(yè)化和國產(chǎn)化，增強企業(yè)的市場占有率，打破國外壟斷，增強國際競爭能力。

參考文獻(xiàn)

[1]崔巍等.一種低成本的病床呼叫系統(tǒng)[M].陜西電子雜志社，2014，37（3）：91-93.

[2]姚有峰，趙江東，郝詩平.基于單片機(jī)技術(shù)的環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].測控技術(shù)，2012，31（1）：105-108.