基于单片机与Lonworks的可视对讲系统设计

图1 园区网络结构图

    所有节点由AT89S52单片机系统和神经元芯片TMPN3150B1AF构成核心模块，加上FTT一10A收发器和相应的外围电路构成。神经元芯片 
有11个I／O口，可由软件灵活配置34种不同接口，单片机较强的实时控制能力保证了数据间传输的实时性。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，通信速率为78 kb／s，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。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 。

3 节点硬件设计 

    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所示。

图2 节点硬件原理图

    (1)CPU。节点的CPU采用工业级AT89S52和Neuron Chip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、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。3150芯片有11个应用I／O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／O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(bit output)，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FTT-10A，通信速率为78 kb／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，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，如产生超过正常浓度的烟雾以及门窗被非正常开启等，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51芯片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，从而方便小区管理人员及时采取应对措施；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CCD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，切断视频连接，释放线路资源以便于其他访客使用。

4 节点软件设计
 
4．1 Lonworks部分 

    Neuron芯片的编程语言为Neuron C，它是从ANSI C派生出来的，并对ANSI C进行了删减和增补。例如，Neuron C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。 

    主程序流程如图3所示。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 主程序流程图

    神经元芯片(neuron chip)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I／O功能库。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。 

    而对于园区网络，则将总线控制权交由管理中心掌握，其他节点如有总线占用需求，需要向管理中心发出请求，等待管理中心发出请求响应命令；而当节点总线访问程序结束后，管理中心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。

4．2 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TMPN3150B1AF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。

5 结论
 
    采用基于单片机与Lonworks技术的可视监控系统，不仅不用单独为Lonworks网络设计专用的监控设备，而且提高了通信网络的使用率，简化了网络设计，减少了开发和生产成本，使可视化监控更加人性化。 

参考文献： 
[1] 李爱军．基于ARM和以太网的数字化家庭智能信息系统,安防科技,2003(9)：55-57． 
[2] 邓燕妮．基于Lonworks的智能小区的节点设计研究

作者简介：
龚玲平，女，云南昆明人，云南广播电视大学理工学院副教授
邓燕妮，武汉理工大学自动化学院