基于五類線的新一代智能型多功能可視對講聯網系統設計與實現

林家國

【摘要】基于五類線的新一代智能型多功能可視對講聯網系統，全面采用5類網線作為傳輸線材，使用單片機STC12LE5A60S2控制各模塊，視頻采用有源雙絞線差分驅動器Intersil的EL5171和EL5172實現單端與差分信號轉換。利用最先進的技術--自適應增益均衡技術和最優化的產品方案，有效的降低產品本身的制造和工程布線應用等成本，在現有市場的同類產品中具有較強的技術代表性和產品競爭力。

【關鍵詞】五類線系統;自適應增益均衡技術;差分;STC12LE5A60S2;EL5171

引言

隨著樓宇可視對講系統不斷的升級換代以適應人們多樣化的需求，樓宇對講行業正朝數字化、網絡化、智能化、集成化綜合化的方向發展。

目前基于5類線的新一代聯網型小區智能化可視對講系統，滿足市場新的需求，利用最先進的技術和最優化的產品方案，結合高性能和高擴展性的新型產品系統的同時，有效的降低產品本身的制造和工程布線應用等成本，在現有市場的同類產品中具有較強的技術代表性和產品競爭力。

1.關鍵技術及實現

本系統關鍵技術是5類線作為傳輸介質在信號傳輸與處理領域的應用，即采用行業領先的音視頻雙絞線差分傳輸技術和雙絞線自適應增益均衡技術，充分利用5類網線內部的4對雙絞線同時傳輸4路信號，解決了雙絞線傳輸的音頻、視頻、數據等達到工程應用的實際要求及實現系統的穩定性和可靠性。其關鍵技術為：

1.1 視頻信號雙絞線差分傳輸技術

通常的視頻信號，是一種非平衡方式的視頻基帶信號，適合在同軸電纜這種非平衡傳輸方式的線纜中傳輸，而雙絞線是一種平衡傳輸方式的線纜，使用雙絞線傳輸視頻信號，必須將視頻信號轉換成平衡信號才能實現。也就是，使用雙絞線代替常規視頻線傳輸視頻信號，需要在線纜的前、后端均加進平衡/非平衡轉換器。實現了視頻信號的雙絞線差分傳輸。

1.2 自適應增益均衡技術

由于雙絞線在傳輸視頻信號時存在較大衰減，因此在電路設計上對高頻信號預加重與去加重以及補償電路。具體的原理為由于信號線越長，衰減越大，實際應用時在信號源端插入預加重電路，并根據信號線的實際長度調節視頻信號的增益，讓信號在發送之前就讓高頻部分有個較大的提升，可以彌補高頻信號在傳輸中造成的衰減。

當實際應用的信號線路較短情況下，信號衰減的很少，在接收輸入端插入去加重電路，用來抑制曾被加強的高頻成分;當實際應用的信號線路較長的情況下，高頻成分衰減的很嚴重，就需要在線路的接收端加入補償電路，通過這樣的方法保證信號的傳輸質量。

1.3 音頻信號半雙工傳輸的消側音技術

本系統音頻信號采用半雙工傳輸的消側音電路技術。

2.系統架構及主要功能

2.1 系統架構

系統主要包括圍墻機、管理中心機、聯網器、門口機、層分器和分機等設備。系統架構框圖如圖1所示。

2.2 主要功能及特點

全面采用統一的5類網線作為信號傳輸介質、標準的RJ45網絡接口，具有多個門口機循環監視、遙控開鎖、管理中心機與門口機、分機、圍墻機及二次確認機之間呼叫對講，覽，鈴音及音量選擇，屏幕亮度/色度、對比度調節，分機免打擾功能，用戶緊急求助功能及向管理中心上報緊急求助信息，一戶多分機（不分主從）， 同戶多分機可呼叫對講，編號設置，門鈴功能，消音（報警音），電源指示及占線提示;能與偵煙感知器、瓦斯偵測器、防盜報警器、紅外、門磁探頭等結合，從而發揮防盜、報警、緊急求助等綜合功能，同時還具有信息瀏及查詢，自動拍照和控制電梯等功能需求。

圖1 系統架構框圖

采用5類線布線方式，簡化了布線，節約線材人工可達70%以上，性能穩定和成熟，支持防區報警、信息發布等功能的可視系統，在現有市場的同類產品中具有較強的技術代表性和產品競爭力。

3.硬件系統設計

3.1 硬件系統架構

系統主控制電路由單片機STC12LE5A60S2及外圍電路組成，CPU 選用STC12LE5A60S2，雙串口帶AD按鍵掃描，可接串行存儲器，低功耗低成本，完成所有數據信號的處理并轉換成相應的控制信號，控制相關接口電路，以實現本機電源及開鎖，按鍵部分，存儲部分，直按設置，視頻及放大，音頻部分，補光及調光，通訊部分，IC/ID卡及控制，防拆及出門檢測等功能。

3.2 硬件系統功能實現

硬件系統功能模塊包括主控模塊、視頻模塊、音頻對講及語音模塊、電源模塊、485通訊模塊和輔助部件組成，相關模塊描述如下：

主控制電路由單片機STC12LE5A60S2及外圍電路組成，MCU主要負責通訊收發、命令解析、界面顯示、IC/ID卡檢測、按鍵掃描、開鎖控制和其他工作狀態控制等。

視頻模塊采用有源雙絞線差分驅動器Intersil的EL5171和EL5172，使用正負雙電源供電，傳輸距離最大1000m，差分發送器或接收器通過外部電路元件調整衰減補償，圖像效果好，視頻傳輸具有線路衰減補償功能，可通過跳線帽設置適當的線路衰減補償，共4個檔位：0～300m、301～500m、501～700m、701～1000m，電源為非隔離5V單電源。

音頻模塊采用半雙工模擬對講芯片MC34018，以及語音芯片H6161P和音頻功率放大器LM386。

電源模塊包括13.5V電源、5V電源和3.3V電源。13.5V電源為DCDC電源，主要用于開鎖、音頻模塊供電、攝像頭供電、5V電源的輸入等;5V電源為DCDC電源，主要用于通訊模塊供電、視頻模塊、ID/IC卡模塊供電和3.3V電源的輸入;3.3V為線性穩壓電源，主要用于MCU、液晶屏、語音IC、數字邏輯IC等。

通訊模塊采用分立RS485電路，并對485線加相應的保護電路。

輔助部件主要有數碼顯示模塊、IC/ID卡模塊、攝像頭模組、LED補光電路、開鎖電路、防拆電路、按鍵電路、咪頭、喇叭等。

4.軟件系統設計

4.1 軟件主體模塊

軟件主體共分為8個模塊：刷卡處理模塊;按鍵掃描處理模塊;RS485通訊模塊;狀態監視模塊;T0定時器模塊;I2C通訊模塊;eeprom操作模塊;SPI Flash操作模塊，其中：

RS485通訊模塊：負責門口機與分機、聯網器之間的數據通訊。

I2C通訊模塊：與語音芯片的I2C通訊，用于播放語音提示。

Eeprom操作模塊：單片機內部eeprom的數據讀寫。

SPI Flash操作模塊：外部SPI flash的數據讀寫。

4.2 主循環流程

軟件采用前后臺結構，前臺程序由主循環實現，后臺程序由若干中斷服務程序實現，主循環流程首先對整機進行了初始化操作，然后從flash中讀取所存儲的密碼，接著進入主循環，在循環中，進行了喂狗、按鍵掃描、處理門口機與管理機通信、防區檢測等工作。

4.3 總線通訊系統流程

RS485接收發送數據驅動：RS485接收、發送數據處理;數據接收處理----對接收到的數據進行分析、處理;數據發送處理----準備數據發送。

5.結語

基于5類線傳輸的樓宇可視對講系統，大幅提升樓宇對講的技術含量，促進新一代樓宇對講產業化和國產化，增強企業的市場占有率，打破國外壟斷，增強國際競爭能力。

參考文獻

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