论文导读:：本设计结合LONWORKS和单片机的优点。本研究采用单片机与LONWORKS技术实现了可视化家居门禁系统。许多智能门禁系统也因应而生。
论文关键词：单片机，可视化，门禁系统
近几年来随着社会经济发展，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[1-3]。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 。许多智能门禁系统也因应而生，集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术等诸多方而[4-5]。存在成本高，难于普及的特点。本文介绍了可视对讲系统的设计原理以及软、硬件的实现方式并提出以单片机和LONWORKS为设计核心的智能小区可视对讲系统的解决方案，克服了速率低、通信距离短的缺陷，提高了系统对总线以及监控设备的兼容性。
LON总线是美国Echelon公司推出的一种现场总线单片机，采用OSI全部七层协议，是开放式的、直接面向对象的网络协议（LonTalk协议）。核心采用神经元芯片，内含3个8位处理器，分别负责介质访问控制、网络处理和应用处理。采用专门的网络收发器使物理层可以使用多种介质，如双绞线、无线及低压电源线载波等等。LONWORKS总线在网络开放性和网络互操作性等网络处理能力方面具有很大的优势，已在智能家居得到广泛应用[6-12]。本设计结合LONWORKS和单片机的优点，设计出直观、廉价、易于推广且有一定安全功能的智能门禁系统。
*作者：罗少兰，女，硕士研究生，讲师，厦门海洋职业技术学院教师，从事计算机教学、单片机方面的研究。
1 系统结构设计 对于整个控制区，采用分级总线型网络，网络结构如图1－1所示。
图1－1 控制区网络结构图
所有节点由ATMEL89S52单片机系统和FT 3120-E4P40自由拓扑智能收发器构成核心模块，加上相应的外围电路构成。整个系统由多个子网络构成，子网络与子网络通过LONWORKS路由器进行扩张。各节点通过LONWORKS总线进行网络通信，相互之间以双绞线相连，可视对讲系统的视音频模拟信号通过视音频总线传输。该方案采用2级总线设计，实现在同一系统中同时进行多个通话的功能论文网站。同时，设置网络数据管理机和数据服务器，实现实时控制网络与计算机网络的信息共享。
2 节点硬件设计
图2－1 节点硬件原理图
节点硬件设计是通过单片机和LONWORKS联合控制来实现的。节点硬件原理图如图2－1所示。
(1) CUP。节点的单片机CPU采用ATMEL89S52。要外接外部RAM，存放包括LonTalk协议、Neuron C库函数和任务调度程序的系统映象，存放包括Neuron C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。
(2)收发器。选用Echelon公司的FT3120-E4P40自由拓扑智能收发器，把神经元3120网络处理器核心分别与自由拓扑双绞线收发器集成在一块芯片上，做成一个低成本的、智能收发器。它内嵌了Echelon公司的高性能FT-X1通信变压器，自由拓扑布线可以快速的、更为经济地进行单片机，减少了节点安装的时间和费用。FT 3120智能收发器是完整意义的单芯片系统，集成了Echelon公司的自由拓扑收发器和强大的神经元网络处理器核心；神经元3120核心最高时钟频率为40MHz，包括4K的EEPROM和2K的RAM。LONWORKS系统固件是在片内ROM中。应用程序代码存储在内嵌的EEPROM存储器中，可通过网络更新。FT 3120收发器提供32管脚的SOIC封装和44管脚TQFP封装。FT 3120智能收发器提供可以配置用于一个或更多的34种预定义标准输入/输出模式的11个I/O管脚。它集成了多种的I/O模式和两个片上定时/计数器，使得FT 3120收发器使用最小限度的外部逻辑电路或软件开发来实现应用电路的接口。在本系统中，将其设置成方式2，即位输出，用以控制继电器构成的视音频切换器。
（3）路由器。采用MPR-50多端口路由器。MPR-50路由器为五个信道之间提供ANSI/CEA-709.1兼容的路由选择，这五个信道包括四个TP/FT-10自由拓扑双绞线（ANSI/CEA-209.3）信道和一个LonMark标准的TP/XF-1250信道。
(4)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，减少了硬件出错的可能性，提高了系统的可靠性，大大减轻了硬件设计的工作量。
在工作流程上，一方面当户内发生异常情况，经监控设备所采集的相应监控信号将送入户内可视分机，经ATMEL89S52判断处理后送交神经元芯片，经过收发器送上LONWORKS网络，并传输到管理中心进行相应的显示和报警；另一方面有访客通过单元主机向户内发送请求，则启动主机上摄像头，并使相应的视频切换继电器吸合，将访客影像实时传送到户内可视分机的显示器上，方便户主辨别。当户主开启与门口主机相连的电磁锁时单片机，切断视频连接，释放线路资源以便于其他访客使用。
3 节点软件设计 3．1 LONWORKS部分
主程序流程如图3－1所示。神经元芯片的应用程序以“Nueron C”语言编写。它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 。
图3－1 主程序流程图
神经元芯片是LONWORKS技术的核心所在，是一个带有多个处理器、读写/只读存储器（RAM和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I/O功能库。一个完整的操作系统包括一个能够执行LONWORKS协议的神经元芯片固件，它包含在每个神经元芯片的ROM中。大部分LONWORKS设备包括一个具有相同的、内置的、实现LONWORKS协议的神经元芯片。神经元芯片实际上将3个8位的内嵌处理器集成为一体论文网站。两个用于执行LONWORKS协议；第三个用于设备的应用程序。Neuron C是一种基于ANSI C并为神经元芯片设计的一种编程语言，它对ANSI C进行了扩展以直接支持Neuron芯片的固件例程。Neuron C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。
对于单个节点，软件设计包括初始化，读取输入数据，更新网络变量，定时控制和执行输出控制操作等任务。而对于控制区网络，则将总线控制权交由工作站掌握，其他节点如有总线占用需求，需要向工作站发出请求，等待工作站发出请求响应命令；而当节点总线访问程序结束后，工作站会发出释放总线命令，终止节点对总线占用，以方便其他节点对总线的访问。
3．2单片机部分
单片机部分CPU采用ATMEL公司生产的ATMEL89S52芯片，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单片机，都将首先送到户内可视分机，由ATMEL89S52进行判断和初步处理，然后转交神经元芯片送上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。控制软件由汇编语言编写，分户内可视分机和单元主机两部分，由系统不同状态的处理和切换组成。
4 结论
本研究采用单片机与LONWORKS技术实现了可视化家居门禁系统，大大提高了通信网络的使用率，可以多机平级联网、多机分级联网、管理中心间呼叫、通话、监看；可以与小区内任一分机、主机呼叫、通话、监看，显示警情；能转接住房(分机)间的呼叫、通话；联接电脑后可以进行安防信息管理。除此以外，还可以联接小区内的低层、多层普通对讲系统，实现智慧型联网管理。具备网络清晰、操作简便、配置、组网随意灵活，运行可靠，安全调试、维护简单等优点，将成为我国小区安防管理的首选系统，造福于安居乐业的现代社会。
参考文献：
[1]陈双全,宋谦.智能小区可视对讲系统设计[J].武汉船舶职业技术学院学报，2003，3：36-39.
[2]叶选.智能住宅中安防可视对讲门禁系统设计[J].工程设计CAD与智能建筑，2002，2：60-63.
[3]吴俊君.智能楼宇门禁系统研究与实现[J].安防科技，2008，2：45-47.
[4]周斌,陈伟海,于守谦.基于AVR单片机的门禁控制器的设计与实现[J]. 安防科技, 2008, 2: 35－37.
[5]李炳宇，萧蕴诗，李永东.AT89C51单片机在多层楼宇对讲系统中的应用[J].自动化与仪表，第16卷2001，16（4）：51-57.
[6]W.L. Tse, W.L. Chan, S.S. Lai. Emergencylighting monitoring system using LonWorks[J]. Automation in Construction , 2003,12: 617– 629.
[7]Jun Wang, Yan Wang, Huihe Shao.Performance improvement of VAV air conditioning control systemthrough diagonalmatrix decoupling and Lonworks technology [J]. Energy andBuildings, 2005, 37:911–919.
[8]Jun Wang , Yan Wang, Huihe Shao. Performanceimprovement of indoor air temperature through state feedback decoupling,genetic algorithm; A study with LonWorks fieldbus[J]. International Journal ofThermal Sciences, 2005, 44:1098–1105.
[9]Sung-Hoe Hur, Dongwon Kim, Gwi-Tae Park .Building automation system via LonWorks and Linux based personal computer[J]. Automationin Construction, 2006, 15:522 – 530.
[10]Suk Lee a, Kyoung Nam Ha a, Kyung Chang Lee.Performance evaluation of MAC layer of LnCP and LonWorks protocol as homenetworking system[J]. Computer Standards & Interfaces, 2008,12:102-110.
[11]王俊杰，张伟，谢春燕.LonWorks技术及其应用［J］.自动化仪表， 1999（7）：40－43，1999（8）：41－44，1999（9）：40－44，1999（12）：39－43.
[12]刘鑫.LonWorks现场总线网络产品的开发与应用［J］. 电子技术应用，1998（10）：20－22.
|
