单片机门禁系统设计

张恒

关键词：Lonworks可视对讲单片机

随着智能化住宅小区的出现，传统的门铃已经远不能适应现代的家庭。从最初的普通单元门对讲，到可视单元门对讲，发展到联网管理，智能楼宇对讲系统已成为一种兼容性强大的综合系统。可以说，智能楼宇对讲系统不仅仅是方便住户和访客的电控门系统，也是小区物业管理和安防管理必不可少的有效手段，是现代化住宅小区必不可少的设施。

一、Lonworks总线技术

一般的可视对讲系统大多由单片机与RS-485总线构成，虽然成本低，但受到RS一485总线的限制，在无中继的情况下，通信距离不能太远，通信速率也不能太高，而采用中继则会提高成本，增大设计开发和施工维护的难度。如果采用单纯的Lonworks总线，又会降低网络对其他总线设备的兼容性，增加开发成本和设计困难。笔者采用基于单片机与Lonworks的可视对讲技术，不仅可以克服以上缺点，而且能更好地发挥二者的优势。整个系统由门口单元主机和户内可视分机组成，在网络上视其为不同的通信节点。对于Lonworks网络中设备的通信，则只需要采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现。LonTalk协议又称为ANSI/EIA709.1控制网络标准，它提供了一系列通信服务，使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文，而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。LonTalk协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。

二、系统结构设计

对于整个园区，采用星型分级网络；对于较大型的小区通信系统，可以采用域的管理方式。

（1）CPU。节点的CPU采用工业级AT89S52和NeuronChip家族的TMPN3150B1AF，3150芯片不带程序存储空间，因而需要外接外部RAM，存放包括LonTalk协议、NeuronC库函数和任务调度程序的系统映象，存放包括NeuronC编译器产生的用户应用程序代码和其他特定应用参数的应用映象。3150芯片有11个应用I/0引脚，这些引脚可以各种方式配置并提供具有最小外扩电路的灵活I/0功能，可通过软件设置成34种可选的工作方式。在本系统中，将其设置成方式2，即位输出（bitoutput），用以控制继电器构成的视音频切换器。

（2）收发器。选用Echelon公司的FfT-10A，通信速率为78kb/s，带有变压器隔离耦合和一个曼切斯特编码器，支持多种网络拓扑结构。

（3）程序存储器。选用Winbond公司的W27C512-45，可以很方便地利用LonMaker来直接下载应用映象，其大容量也为将来的功能扩展提供了便利。由于采用了单片机与Lonworks技术相结合的办法，不仅兼容了户内传统的监控设备，同时也提高了网络的通信效率和传输速率，简化了整个系统。

三、节点软件设计

1、Lonworks部分。Neuron芯片的编程语言为NeuronC，它是从ANSIC派生出来的，并对ANSIC进行了删减和增补。例如，NeuronC由事件的发生来驱动任务的执行；Neuron的芯片提供了毫秒和秒这2种类型的软件计时器。主程序主要完成的任务如下:首先对I/O对象和软件计时器的定义以及设置变量初始值，判断是否有“开锁”信号，并启动计时器开始计时，计时器终止时，Neuron芯片接受新的定时任务仁。神经元芯片（neuronchip）是Lonworks技术的核心所在，它是一个带有多个处理器、读写/只读存储器（RAM/ROM）以及通信和I/O接口的单芯片系统。只读存储器包含一个操作系统、LonTalk协议和1/0功能库。NeuronC是一种基于ANSIC并为神经元芯片设计的一种编程语言，它对ANSIC进行了扩展以直接支持Neuron芯片的固件例程。NeuronC语言包括一个内部多任务调度程序、一个Run-Time函数库，采用的是事件驱动编程结构。整个接点的软件功能都是由若干个事件驱动完成。

2、单片机部分。单片机部分CPU采用ATMEL公司生产的工业级AT89S52芯片，这种芯片是AT89C51的工业版本，具有抗干扰能力强和价格低廉的特点。单片机系统软件需要实现的基本功能如下：（1）待机功能。平时（无控制操作时），户内可视分机和单元主机均处于待机状态，射频模块、单元主机摄像头以及户内可视分机显示屏电源均处于关闭状态。（2）监控信号采集功能。户内可视分机不仅是连接单元主机的节点，更是户内各监控点信号采集的中心，当门磁、窗磁、户内红外、烟感以及紧急信号被发出时，都将首先送到户内可视分机，由AT89S52进行判断和初步处理，然后转交TMPN315OBlAF芯片送上Lonworks通信网络，传送到管理中心进行显示和处理。（3）开锁功能。通过户内可视分机，可以控制打开安装于单元门上并与单元主机相连的电磁锁。

参考文献：

[1]邓燕妮.基于Lonworks的智能小区的节点设计研究[J].武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2006,28(4)

[2]叶选.安防可视对讲门禁系统的设计[J].工程设计CAD与智能建筑.2002(2)