無線可視對講門禁系統中圖像通信的設計與實現

0 引言
現階段中小城市居民樓單元入口大多數是敞開著的，這方便了居民的進出，也給居民的生活帶來了諸多的不便和不安定因素。例如：任何人都可隨意進入居民樓道內，在居民樓道內隨處都能看到貼于墻上或樓梯臺階上的各類紙質廣告，這既影響了樓道內的衛生，也影響了樓道的美觀。可視對講門禁系統能夠實現住戶對訪客圖像的識別和雙向通話的功能，正好解決了居民生活的諸多不便，已經成為小區住宅中不可缺少的配套設施。目前的可視對講門禁系統大多是有線系統，雖然具有傳輸容量大，可靠性高等優點，但是有線系統也有其不可避免的缺點，其靈活性差，安裝成本高，施工難度大和維修困難。無線可視對講門禁系統能夠隨意安放，即裝即用，省去了布線、鑿洞的麻煩，也不會影響裝修環境與室內美觀。人們在房間的任何位置都可以利用無線遙控自動開鎖，避免了必須到指定位置開啟的不便。因此，研究無線可視對講門禁系統取代有線可視對講門禁系統具有深遠的實踐意義和較高的學術價值，可以解決現實生活中的實際問題。
目前，國外對無線可視對講門禁系統的研究正在蓬勃發展中，其中典型的代表有摩托羅拉設計的最新款GB3188。該機以出眾的整體設計與優異的性能價格比為眾多商家，特別是給物業管理、酒店服務業、建筑業以及制造業等行業的用戶帶來了高效簡便的通行管理解決方案，但不足之處是該系統沒有涉及到圖像的傳輸。國內對無線可視對講門禁系統的研究主要朝著無線可視方向進軍。北京工業大學崔振碩士設計的無線可視對講門禁系統，能在同一信道中兼容傳輸模擬信號和數字信號，節省了一套無線收發設備，降低了成本。但是，圖像信號和聲音信號采用模擬信號傳輸，只有呼叫信號、開鎖信號、報警信號采用數字信號傳輸，導致音質和圖像質量不佳，而且有干擾信號。浙江工業大學孟利民教授設計的無線可視對講門禁系統，實現了聲音信號的數字傳輸，但是圖像信號還是采用模擬信號傳輸，因此圖像質量不佳。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，通過無線數字傳輸電路來傳輸視頻信號，可以達到50～200 m的無線傳輸距離。該設計優點是在單張拍攝的基礎上，獲得圖像的連續顯示，它真正意義上實現了圖像信號的無線數字傳輸。

1 整體設計方案
系統結構主要由3部分組成：上位機系統、下位機系統和通信系統。這三部分共同完成了主控制器與分控制器的信息交換，達到樓宇監控的目的。主控制器和分控制器通過無線數字傳輸模塊SRWF進行數據和命令的傳輸。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。

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，由單片機把數據送給數字傳輸電路，數字傳輸電路再通過無線信道把數據發送出去。從控制器的主控芯片也使用AT89C51，通過數字傳輸電路接收主控器的控制信息和數據信息，對接收到的數據進行分類，若是主機發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據，從而發出振鈴音。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、驅動及數碼顯示電路、看門狗電路、無線數傳電路等幾部分組成。主控制器系統的硬件電路原理圖如圖2所示。

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字傳輸芯片SRWF發送出去。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送數據。每發1幀數據就等待從機的應答信號，同時對每幀數據都發送校驗幀，以確保數據傳輸的準確無誤。