楼宇对讲系统.docx

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1、 楼宇对讲系统社会的进步引起了人类生活模式和思维模式的改变，安防产业的市场前景越来越被看好，监控和数字服务是安防产业重要的技术支撑手段。楼宇对讲系统从九十年代初开始进入中国，到现在中小城市都随处可见，智能楼宇对讲已发展成为行业新亮点。楼宇对讲系统对于保障人民生活与社会安全具有重要意义，已经从普通对讲发展到可视对讲，可视对讲功能日益趋向于多样化和综合化。以实时监视、控制、报警等特点深受广大小区用户的欢迎，并取得了较大的经济效益与社会效益。当前，随着科学技术的发展和人们生产生活水平的提高，智能楼字可视对讲系统将被越来越多地应用于各个住宅小区以及豪华别墅区。开发一套具有较强功能的实时监控的可视智能楼

2、宇对讲系统，必将有很好的应用前景。可视 对 讲 系统的数字化是必然的发展趋势，然而数字信号传输速率要受到带宽和处理机运算速率的影响，当传输大容量信息时，经常出现语音或者画面迟缓或停顿现象。高性能数字系统的设计需要高速处理芯片和优秀的压缩算法，价格成为制约数字可视对讲系统市场应用的重要因素。本论文研究并开发的实时监控可视对讲系统由小区出入口主机、单元主机、楼层信号隔离器、室内分机、管理机等部分组成。论文简要介绍了智能楼宇、可视对讲技术以及通信控制方式的国内外现状;给出了采用单片机控制的模拟图像和语音传输可视对讲系统的设计方案;重点研究并设计完成技术难点之一一对讲系统硬件构成;分析和研究了视频信号

3、传输原理及过程以及可视对讲中的啸叫产生原因，给出了消除啸叫的方法，并对负载阻抗匹配、视频信号接口、直流电源以及单片机控制等问题给出了解决方案;在对CAN节点设计的基础上，解析了CAN网络的结构和组成，搭建了一个通信可靠、传输速率快捷的现场总线平台;设计并通过了对讲系统软件编写和调试;分析了CAN通信协议的特征，包括标准帧和扩展帧的组成、接收缓冲器和发送缓冲器、单双验收滤波器工作机理，给出了CAN控制器的地址、程序框图和初始化程序、人机接口软件设计方法:完成了对讲系统的调试和分析。设计中采用的单片机智能控制技术和现场总线技术，对系统布线可以实现根据小区内不同的建筑布局进行树形或星形的网络拓扑方式

4、灵活选择。该系 统 在 语音和图像传输上无停顿现象，并且在强抗干扰性、低价位、易调试等应用方面具有显著的优势。本设计简化了系统组成、降低了成本、提高了可靠性，设计开发的实时监控可视对讲系统在高、中低档小区建设与旧小区改造工程中有极为广阔的市场。论文在有线通信、现代交换技术、音视频传输技术、计算机网络技术、电脑多媒体技术，单片机微电脑控制技术、尤其在充分利用FO端口技术等应用方面进行了有意义的研究和探索。1系统概况介绍1.1智能楼宇的国内外现状智能 楼 宇 的发展史，是一个从监控到管理的发展史。国外早在数十年前就有超高层大楼了。一栋大楼内的设备非常多，各种专业系统同时并存(如空调系统、给排水系统

5、、变配电系统、保安系统、消防系统、停车场系统等等)，操作和运行这些系统，便成了问题.在当时的技术条件下，只能采用大型的仪表集中盘对各种重要的设备状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式的操作。但是，在配线上，仍采用个别配线的方式。如果需要将某设备的状态信号及操作功能全部显示于中央监控室，就必须一对一的设置配线，这样就产生了配线太多的问题。考虑到经济效益，最后只能选择一些最重要的设备在中央监控室内显示和操作，而大多数设备仍在现场操作和记录。80 年 代， 由于微电脑技术的发展以及信号传送技术的进步，大楼内部的中央监控系统开始发生了变化，对楼宇各种设备的状态监测不必再一对一地配置线路了。一对信号线路

6、就可传送多种信号，所有的设备状态都可以显示于中央监控室内，很容易进行操作和管理，不但节省了人力，而且提高了效率。但是在控制功能方面，由于当时的现场控制器价格昂贵，功能也不完善，所以大部分的系统运算及处理功能，仍需集中到中央控制室内由计算机主机进行处理。当时中央监控系统的功能，多限于初级的设备状态变化显示、时间表和直接控制管理，以及对现传送来的数据进行运算。90年代以前需要由中央监控主机完成的功能，己由一些低价格、高处理能力的现场控制器所取代。中央监控室的操作人员，只要下达所需要的指令，现场控制器就会自动的参考其它数据进行演算并控制相关的设备，以达到操作者的要求。这样一来，中央监控系统的主机，就

7、不需要再负担大量的数据运算工作，而中央监控的功能也逐步由控制改为提供各种数据报表和专项的统计文件。此时，“中央监控系统”的名称就逐步改为“中央管理系统”，其内涵的范围也由以前的集中监视、集中控制，扩大到集中监视、集中管理，分散式控制。中央监控室的主机也变为以提供报表和紧急应变处理为主，因此，中央监控室也可以称为防灾中心.该中心不断地将各种数据报表提供给管理人员，通过分析数据报表，以求本大楼最低的运营成本(如节省能源、节省人工成本等)，从而进一步提高大楼的附加值。当有灾害发生时，可以通过大楼管理系统得知何时何地发生何事故，便于事故处理人员的迅速反应，减小事故带来的危害和影响.现代 的 大 楼管理

8、系统应该是一个智能化的综合管理系统。它能够利用收集到的楼内相关资料，分析整理成具有高附加值的信息，并运用先进的技术和方法使大楼的作业流程更有效、运行成本更低、竟争力更强。同时，该管理系统能够使大楼内各个实时子系统高度集成，做到保安、防火、设备监控三位一体，进一步实现了楼宇管理系统(Building Management System , BMS)、办公自动化(Ofice Automation System ,OAS)和通信与网络系(Communication &N etworkS ystem,C NS)集成在一个图形操作界面上来进行整个大厦的全面监视、控制和管理。1.2可视对讲技术的国内外现状

9、对讲系统从上世纪80年代兴起于日本和欧美，在欧美国家、香港、台湾等地区己采用近20年，国外的可视对讲产品主要有韩国、日本、台湾品牌。自1992年起，国外楼宇对讲系统生产制造商陆续到中国开拓市场，楼宇对讲产品进入国内市场最先是从单户机型开始的。早期的楼宇对讲产品功能比较单一，主要是单户型与单元型楼宇对讲产品，只是简单的实现访客系统的基本功能。自2000年来，有实力的厂家集中开发联网型楼宇智能小区，楼宇智能系统集成度越来越高，首先实现了多门口机多管理机系统，接着集成了安防报警、小区服务及信息发布等功能，另外一些厂家还集成了三表远抄、监控及巡更等系统，产品的稳定性在进一步提高。对讲系统的数字化、网络

10、化、信息化、智能化是楼宇监控今后发展的方向，MOTOROLA公司2003年年底在中国国际高新技术成果交易会上推出了数字化可视对讲，该系统不但具有对讲、监视等功能，还有多媒体帮助、访客留影、信息发布、广告服务等先进功能。目前 采 用 的可视系统是通过遥控摄像机及其辅助设备 (镜头，云台等)直接观看被监视场所的清况，把被监视场所的图像内容、声音内容传送到监控中心， 用长时间录像机将图像记录在录像带上，为突发事件的及时响应和日后处理提供了方便条件和重要依据。虽然闭路电视监控系统在银行、商场等公共场所应用广泛，但在居住小区及楼宇公共安全防范系统中的应用却相对缓慢，一个重要的原因就是闭路电视监控系统所需

11、的多画面分割器、长时间录像机等设备价格昂贵。随着 可 视 对讲系统的成本进一步降低、市场继续扩大、新技术的不断引入，该产品功能将出现多元化。如门口机引入图像识别技术、指纹识别技术使系统更人性化:采用音、视频数字化技术、ARM 嵌入式技术可使系统直接接入宽带网:采用蓝牙技术可以实现免布线的无线楼宇对讲系统等。目前，规模较大的厂家在销售、工程安装、服务方面的成本居高不下，随着产品标准化进程，工程安装、服务的社会化，产品成本会逐步降低。总之，楼宇对讲产品的发展已经到了新的阶段，但还有很多方面还不很成熟，未来的楼宇对讲产品将向新的高度发展。1.3通信控制方式的国内外技术现状楼宇对讲系统中需要传输的主要

12、是三类信号，它们分别是音频信号、视频信号和数据信号。在楼宇对讲系统布线中，重点需要考虑的是:音频传输质量、视频传输质量、数据传送质量的优劣。在介质材料上，目前主要以多芯线为主流方式，视频信号用同轴电缆传送，音频、数据、电源通常用RV V线，也可以使用网络线。传 统 的控 制模式中模拟及数字监控系统前端设备与控制中心需要有视频线、信号线相连，前端有几路摄像机就要有几条视频线，这种方式往往不能适应新型智能化可视对讲的要求。现在的数据传送一般采用专用编解码芯片、CAN收发器、RS-485等方式。采用差分数据传送方式如CAN 、RS-485等，这种传输在信号抗干扰方面具有优势，而采用基带电平方式传送数

13、据将极易受到干扰，这在大型小联网系统中尤为明显.在布线结构上，大多数产品采用现场总线方式，将网络分为干总线(联网)和支总线(单元)，由路由器(分线器)连接。现场 总 线 是一种工业数据总线，现场总线FB(FieldB us)技术是主要解决现场的智能化仪表、控制器、协作机构等现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术。一方面将现场测量控制设备互连为通信网络，实现不同网段、不同现场通信设备之间的信息共享;另一方面又将现场运行的各种信息传到远离现场的控制室，以进一步与上层管理控制网络联接和信息共享。既可以将一个现场设备的运行参数、状态以及故障信息等送往控制室，又可将各种控制、维护、组态命令甚至

14、现场设备的工作电源等送往相关的现场设备，从而沟通了生产过程现场级控制设备之间及其控制管理层之间的联系。现场总线技术发展十分迅速。到目前为止，应用于各种不同场合的主要总线协议已有数十种，较为著名的有过程现场总线PROFIBUS(Process Field bus)、基金会现场总线FF(FoundationF ieldb us)、控制器局域网现场总线CANb us(C ontrolAr eaNetwork)、可寻址远程传感器数据通路 (HART)和局部操作网络(LONWORKS)从许 多 资 料分析和应用实践来看，FF、LONWORKS或 HART与国内的技术状况和承受能力有一定距离。CAN总线更

15、适合我国国情，其通信芯片价格较为低廉，并且使用较方便。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测量仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以使用双绞线、同轴电缆和光导纤维。1.4国内楼宇对讲系统现存的主要问题1. 粗劣产品冲击市场普及型楼宇对讲系统的技术含量不高，生产投资较少，市场又看好，各种经济实体的厂家都一哄而上，打破原来只有几家大型企业独霸市场的格局，促进了各厂家在开发引进新产品，提高质量、降低成本、做好售后服务等方面的投入，相反，也带来了不少负作用。不少小工厂或者就是手工作坊，生产条件极差，整体素质低，毫无技术力量可言，

16、更谈不上专业化，大批量的生产，一味粗制滥造，以廉价打人市场，冲击着市场上的优质产品，这些粗劣产品在刚开始安装使用楼宇对讲系统的地方，因故障频繁，给正常生活带来极大的不便，造成极坏影响，严重影响楼宇对讲系统的形象对进一步发展市场起到较大的阻碍作用。2.对讲系统的质量问题楼宇 对 讲 系统是公共设备，又安装在室外，对质量要求较高，而目前质量的控制依赖于对电子元件的严格重筛选和制造工艺的严格要求。国内电子元器件市场的结构及采购方式很难对元器件的质量有所控制，订做专业IC，尽可能地替代独立元件，楼宇对讲系统的质量及使用寿命I会大幅提高，降低制造工艺不完善造成的不良因素也会降低生产成本，实现批量化生产。

17、3.编码方式现在 工 程 单位的技术水平参差不齐，而对讲系统的选址、编码基本上都采用现场编码121(批脚、拔号、剪线等方式)，易出现不少人为故障，如采取电子搜索编码，则可将其控制到最低。2.对讲系统研究的意义、内容和特点楼宇对讲系统在国内的发展虽然时间不长，但由于其市场前景被商家们一致看好，时至今日，生产厂商已猛增至250家左右。楼宇对讲己经与电视监控，防盗报警、门禁管理、智能停车场等共同组成了安防产业。由于社会的进步，人类生活模式和思维模式的改变，加之，随着经济的发展，社会阶层的分化加剧，社会治安情况的不容乐观，监控和服务成为安防产业重要的技术支撑手段。基于网络的可视对讲研究，将更加有利于提

18、高市场竞争优势，提高自动化管理水平，提升管理效益。可视 对 讲 系统根据信道中传输的信号分为:数字型和模拟型两种。数字型系统在信道传输中传输的是数字信号如声音、图像数字信号，但数字信号要受到频率带宽和处理机运算速率的影响。一般来说，数字信号传输中不可避免存在语音或图像信号的延时，出现语音或画面停顿现象。如果采用高速处理器和优秀的压缩算法以及足够的带宽技术，例如:采用DSP和FPGA作为处理机161，工作在30M高速环境，并采用32位高速A/D和D/A转换芯片Y，同时采用优秀的语音和图像压缩算法，将可以生产出高性能的数字系统。但是一个好的产品的市场推广价格因素具有重要的地位，价格 ，数字系统的市

19、场价格大大高于模拟系统，这就是数字系统很难市场推广的理由。而采用微处理器控制的模拟通信可视对讲系统却具有很大的市场，该系统在延时性、抗干扰性、低价位、易调试等方面具有显著的优势。根据 市 场 调研，现在使用的模拟可视对讲系统在设计上存在两点明显不完善的地方:一种是技术上采用的是传统的数字电子技术，利用门电路的逻辑关系控制各个对象，这样的设计需要多达几十根的信号控制线以及大量按键。第二种是采用传统的通信手段RS485或RS232通信，该设计存在缺点是:人机界面不友好、控制对象数量限制、通信不稳定、信号传输质量不好、系统安装复杂且成本高，尤其要提的一点是这_样的通信中如果某控制点出现故障将容易引起

20、整个通信网络的瘫痪，引起故障的无限扩大。针对 传 统 的控制方式和通信问题，考虑采用单片机智能控制技术和 CAN总线通信技术!7-101。利用单片机的智能技术可以充分利用其I/ O mtqux端口的功能节省大量的按键和连线;CAN通信可以提高通信的可靠性和安全性，提高通信速率。在CAN现场总线通信平台上我们将进一步研究低失真率的全双工模拟语音对讲和模拟图像传输。根据 系 统 设计的实际情况，我们把研究内容分为硬件部分和软件部分。其中硬件部分包括模拟电路设计部分(对讲部分、可视部分、电源部分)和单片机设计部分(CAN通信节点部分、人机界面接口部分、网络构建部分);软件部分包括人机界面软件的设计和

21、CAN通信协议的设计。针对 用 户 在传统可视对讲使用中提出的问题，本文主要研究的内容是:1. 全 双 工对讲时存在声音啸叫现象。如何有效的减弱或消除啸叫是本设计中要解决的主要问题。2. 对 讲 时存在声音浑浊和失真现象。经过研究发现主要是由于扬声器负载和功放输出阻抗不匹配引起的。另外，对讲时需要有效的抑制环境噪声，防止噪声信号窜入语音通道。同时需要解决视频信号放大和接口问题。3. 采 用较 先进的现场CAN总线通信，需要解析 CAN协议中标准帧和扩展帧的格式、输入输出缓冲器和验收滤波器工作原理。需要进一步研究通信协议的执行约定、CAN智能节点的电路实现、CAN通信网络平台的构建等。可视 对 讲 系统主要有三种工作方式:可视对讲方式、监听方式、群呼方式，系统需。