智能家居網(wǎng) 整體設計方案

本文設計了一種樓宇無線可視對講電路該電路以單片機為控制器核心再連接外圍電路通過無線數(shù)字傳輸電路來傳輸視頻信號可以達到50～200m的無線傳輸距離該設計優(yōu)點是在單張拍攝的基礎上獲得圖像的連續(xù)顯示它真正意義上實現(xiàn)了圖像信號的無線數(shù)字傳輸

1整體設計方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由3部分組成上位機系統(tǒng)下位機系統(tǒng)和通信系統(tǒng)這三部分共同完成了主控制器與分控制器的信息交換達到樓宇監(jiān)控的目的主控制器和分控制器通過無線數(shù)字傳輸模塊SRWF進行數(shù)據(jù)和命令的傳輸該通信模型屬于一對多的通信模式其整體方框圖如圖1所示

圖1

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主控制器的主控芯片為AT89C51通過鍵盤獲得訪問的房間號碼確認后單片機會控制打開視頻采集芯片和緩沖芯片進行工作并在設定的通信波特率的情況下通過串口通信由單片機把數(shù)據(jù)送給數(shù)字傳輸電路數(shù)字傳輸電路再通過無線信道把數(shù)據(jù)發(fā)送出去從控制器的主控芯片也使用AT89C51通過數(shù)字傳輸電路接收主控器的控制信息和數(shù)據(jù)信息對接收到的數(shù)據(jù)進行分類若是主機發(fā)送過來的通信地址信號從控制器會讀取振鈴音存儲電路里的數(shù)據(jù)從而發(fā)出振鈴音接下來開始接收視頻信號并通過LCD顯示電路顯示出來用戶可通過按鍵控制電路決定是否與主控器進行進一步通話｜

2硬件電路設計

2.1主控制器的電路設計

主控制器電路由單片機AT89C51鍵盤掃描電路驅(qū)動及數(shù)碼顯示電路看門狗電路無線數(shù)傳電路等幾部分組成主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖2所示

圖2

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其工作流程如下先通過鍵盤掃描電路掃描用戶的按鍵信息以便獲得從機的通信地址并將按鍵信息通過4個LED顯示出來以便用戶清楚獲知自己要訪問的從機地址用戶可以通過鍵盤上的增值減值重輸確認修改其輸入值當用戶按下確認鍵的時候主機存貯此時的從機地址并開啟視頻芯片采樣視頻信號同時把從機地址通過無線數(shù)字傳輸芯片SRWF發(fā)送出去收到從機的應答信號和準備就緒信號后主機在設定的波特率下開始發(fā)送數(shù)據(jù)每發(fā)1幀數(shù)據(jù)就等待從機的應答信號同時對每幀數(shù)據(jù)都發(fā)送校驗幀以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_無誤

2.1.1鍵盤掃描電路

鍵盤掃描部分采用4×4鍵盤通過P1口設置掃描電平先置P1口的低4位中某一位為零然后讀取P1口高4位的電平P1口的低一位置零即給列線置低若在P1口的高4位監(jiān)測到某位為零則通過行列的位置即可知道按鍵的部位在按鍵過程中存在抖動問題解決方法有硬件編碼鍵盤和軟件編碼方式鑒于成本考慮和AT89C51的高性能考慮本設計采用軟件編碼方式實現(xiàn)掃描鍵盤掃描電路如圖2所示

LED顯示電路

2.1.2LED顯示電路

LED顯示電路采用動態(tài)顯示方式顯示由74LS248BCD譯碼芯片和74LS138譯碼器組成采用74LS248的目的是為了節(jié)省I/O口資源以便控制更多的外圍芯片LED的段選數(shù)據(jù)由通過74LS248譯碼過來的段選碼決定位選數(shù)據(jù)由74LS138譯碼產(chǎn)生工作的時候首先把按鍵的值轉(zhuǎn)換為BCD碼再送入P0口的第4位但是對P0口時整體復制會破壞位選口的數(shù)據(jù)此時需進行P0口數(shù)據(jù)的修正通過或邏輯運算把位選數(shù)據(jù)也送入P0口的第4位和第5位再把修正好的數(shù)據(jù)送給P0口此時既有段選數(shù)據(jù)又有位選數(shù)據(jù)要使顯示的數(shù)據(jù)不閃則需要利用人眼的視覺暫留性將每個數(shù)據(jù)顯示之間的時間延時控制在10ms以內(nèi)這樣顯示的數(shù)字才不閃LED顯示電路如圖2所示｜

2.1.3視頻獲取及數(shù)傳電路

視頻獲取電路由CAMERA0V7620芯片和IDT7205組成采用該組合方法是因為視頻獲取的數(shù)據(jù)量都比較大但單片機的工作頻率比較低如果直接搭配則二者不能正常接收因此增加緩沖芯片IDT7205這樣通過單片機控制其工作來達到數(shù)據(jù)量和單片機的匹配只有單片機允許接收時才使能IDT7205如果單片機監(jiān)測到視頻芯片的VSYN上跳后就會在P0.7口輸出1從而開始控制IDT7205從視頻芯片獲取數(shù)據(jù)SRWF模塊在使用之前要進行無線信道接口類型接口速率接口參數(shù)等的設定在設置完成后便可以進行數(shù)據(jù)傳輸當模塊收到單片機發(fā)來的第1個數(shù)據(jù)后自動進行無線網(wǎng)絡連接及數(shù)據(jù)同步等工作因此第1個數(shù)據(jù)將在5個字節(jié)時間延遲后從接收方串口輸出如圖2所示

2.2分控制器的電路設計

分控制器也采用AT89C51單片機作為微處理器分控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由晶振LCD圖像顯示電路按鍵開鎖電路看門狗電路通信接口電路存儲器等組成分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖3所示

圖3

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它的工作過程是初始化其接收波特率并一直處于信息監(jiān)測狀態(tài)當收到地址幀時就與本身的地址相對比若不同則丟棄此幀數(shù)據(jù)繼續(xù)檢測若相同則讀取AT24C02芯片存儲的樂曲編碼通過P2.1口來控制喇叭發(fā)出樂曲音從而告訴用戶有訪客請求進入樓宇當用戶按下鍵盤上的接聽鍵時單片機會把從無線數(shù)字傳輸模塊接收過來的數(shù)據(jù)送P0口進行液晶顯示房主看到液晶上的圖像時若認識訪客則按鍵開鎖若不認識訪客則按掛機鍵結(jié)束視頻通話視頻顯示電路的主要工作芯片為TFT6448BTFT6448B自帶數(shù)據(jù)鎖存器不需要擴展鎖存芯片在選中TFT6448B后通過往TFT6448B的相應行列控制數(shù)據(jù)寄存器中寫入數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)單片機AT89C51對TFT6448B的控制顯示｜

3軟件設計

主機由AT89C51單片機充當從機為AT89C51單片機主機與從機的數(shù)據(jù)通信波特率定為9600B每個從機都有惟一的地址號用來區(qū)分各從機單片機的數(shù)據(jù)通信由串口完成定時器T1為波特發(fā)生器數(shù)據(jù)傳送格式為1位起始位8位數(shù)據(jù)位1位停止位1位可編程位T-B8工作方式將定時器T1設置為方式2串口設置為工作方式3

該系統(tǒng)的通信協(xié)議是所有從機的SM2位置1處于接收地址幀狀態(tài)主機發(fā)送一地址幀其中第8位是地址第9位是地址/數(shù)據(jù)的區(qū)分標志該位置1表示該幀為地址幀所有從機接收到地址幀后都將接收的地址與本機的地址比較對于地址相符的從機使自己的SM2位置O并把本機地址發(fā)回主機作為應答對于地址不符的從機仍保持SM2=1對主機后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬從機發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后要發(fā)送一幀校驗和并置第9位為1作為從機數(shù)據(jù)傳送結(jié)束的標志主機接收數(shù)據(jù)時先判斷數(shù)據(jù)接收標志RB8若RB8=1表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束并比較此幀校驗和若正確則回送正確信號00H命令該從機復位若出錯則發(fā)送信號OFFH命令該從機重發(fā)數(shù)據(jù)若接收幀RB8=0則將數(shù)據(jù)存到緩沖區(qū)并準備接受下一幀信息主機接收到從機的應答地址后確認地址是否相符如果地址不符則發(fā)復位信號如果地址相符則清TB8=0開始發(fā)送數(shù)據(jù)從機收到復位命令后回到監(jiān)聽地址狀態(tài)否則開始接受數(shù)據(jù)和命令主控制器和從控制器的通信程序流程圖如圖4和圖5所示

系統(tǒng)仿真

圖4圖5圖6

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4系統(tǒng)仿真

在Proteus的ISIS7.1sp2軟件環(huán)境下畫出電路原理圖接下來就是將設計的程序在KeilC51μVision2開發(fā)集成環(huán)境上編譯成機器語言進入Proteus的ISIS鼠標左鍵點擊菜單Debug選中useromotedebugermonitor便可實現(xiàn)KeilC與Proteus的連接調(diào)試首先在Proteus中雙擊單片機AT89C51將KeilC下編程生成的.HEX文件導入到AT89C51中可在Proteus中單擊全速仿真運行按鈕進行現(xiàn)象查看能清楚地觀察到芯片上每一個引腳的電平變化紅色代表高電平藍色代表低電平如果現(xiàn)象不正確則在KeilC中單步調(diào)試程序并在Proteus觀察現(xiàn)象哪一步不正確則對該段的程序進行修改調(diào)試直到仿真完全成功為止

依次按下掃描鍵盤上的3個按鈕待3個按鈕全部輸入后會在數(shù)碼管上顯示剛才所按的數(shù)據(jù)按照按下的順序顯示數(shù)字該數(shù)字表示要訪問的房間號碼如504表示要訪問504房間的主人該房間號碼會提供給單片機用來作為多機通信的地址仿真結(jié)果如圖6所示

在Proteus里用LM4229代替設計中的TFT6448B芯片仿真的目用來獲得圖像顯示的編碼方式和液晶的單色位圖顯示功能LM4229通過CDWRITEREAD三個引腳的電平來確定是讀數(shù)據(jù)還是讀狀態(tài)或者是寫數(shù)據(jù)還是寫命令其數(shù)據(jù)引腳為8位可以與單片機進行直接的數(shù)據(jù)交換P2口為液晶顯示的控制端仿真結(jié)果如圖7所示

圖7

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5結(jié)語

該可視對沖電路采用了以單片機AT89C51為核心以SRWF-1CAMERAOV7620IDT7205等為外圍芯片的設計文中給出了硬件電路圖及主程序流程圖闡述了軟硬件設計過程中對關(guān)鍵技術(shù)的處理該電路完全可以滿足圖像信號的連續(xù)采集無線傳輸圖像信號顯示單色位圖振鈴呼叫的樓宇無線可視對講電路的實用要求本文的創(chuàng)新點在于把低速單片機應用于數(shù)據(jù)量大的圖像信號采集和圖像短距離無線傳輸上在設計中圖像信號的實時性處理將成為以后需要努力研究的方向