基于五类线的新一代智能型多功能可视对讲联网系统设计与实现

林家国

【摘要】基于五类线的新一代智能型多功能可视对讲联网系统，全面采用5类网线作为传输线材，使用单片机STC12LE5A60S2控制各模塊，视频采用有源双绞线差分驱动器Intersil的EL5171和EL5172实现单端与差分信号转换。利用最先进的技术--自适应增益均衡技术和最优化的产品方案，有效的降低产品本身的制造和工程布线应用等成本，在现有市场的同类产品中具有较强的技术代表性和产品竞争力。

【关键词】五类线系统;自适应增益均衡技术;差分;STC12LE5A60S2;EL5171

引言

随着楼宇可视对讲系统不断的升级换代以适应人们多样化的需求，楼宇对讲行业正朝数字化、网络化、智能化、集成化综合化的方向发展。

目前基于5类线的新一代联网型小区智能化可视对讲系统，满足市场新的需求，利用最先进的技术和最优化的产品方案，结合高性能和高扩展性的新型产品系统的同时，有效的降低产品本身的制造和工程布线应用等成本，在现有市场的同类产品中具有较强的技术代表性和产品竞争力。

1.关键技术及实现

本系统关键技术是5类线作为传输介质在信号传输与处理领域的应用，即采用行业领先的音视频双绞线差分传输技术和双绞线自适应增益均衡技术，充分利用5类网线内部的4对双绞线同时传输4路信号，解决了双绞线传输的音频、视频、数据等达到工程应用的实际要求及实现系统的稳定性和可靠性。其关键技术为：

1.1 视频信号双绞线差分传输技术

通常的视频信号，是一种非平衡方式的视频基带信号，适合在同轴电缆这种非平衡传输方式的线缆中传输，而双绞线是一种平衡传输方式的线缆，使用双绞线传输视频信号，必须将视频信号转换成平衡信号才能实现。也就是，使用双绞线代替常规视频线传输视频信号，需要在线缆的前、后端均加进平衡/非平衡转换器。实现了视频信号的双绞线差分传输。

1.2 自适应增益均衡技术

由于双绞线在传输视频信号时存在较大衰减，因此在电路设计上对高频信号预加重与去加重以及补偿电路。具体的原理为由于信号线越长，衰减越大，实际应用时在信号源端插入预加重电路，并根据信号线的实际长度调节视频信号的增益，让信号在发送之前就让高频部分有个较大的提升，可以弥补高频信号在传输中造成的衰减。

当实际应用的信号线路较短情况下，信号衰减的很少，在接收输入端插入去加重电路，用来抑制曾被加强的高频成分;当实际应用的信号线路较长的情况下，高频成分衰减的很严重，就需要在线路的接收端加入补偿电路，通过这样的方法保证信号的传输质量。

1.3 音频信号半双工传输的消侧音技术

本系统音频信号采用半双工传输的消侧音电路技术。

2.系统架构及主要功能

2.1 系统架构

系统主要包括围墙机、管理中心机、联网器、门口机、层分器和分机等设备。系统架构框图如图1所示。

2.2 主要功能及特点

全面采用统一的5类网线作为信号传输介质、标准的RJ45网络接口，具有多个门口机循环监视、遥控开锁、管理中心机与门口机、分机、围墙机及二次确认机之间呼叫对讲，览，铃音及音量选择，屏幕亮度/色度、对比度调节，分机免打扰功能，用户紧急求助功能及向管理中心上报紧急求助信息，一户多分机（不分主从）， 同户多分机可呼叫对讲，编号设置，门铃功能，消音（报警音），电源指示及占线提示;能与侦烟感知器、瓦斯侦测器、防盗报警器、红外、门磁探头等结合，从而发挥防盗、报警、紧急求助等综合功能，同时还具有信息浏及查询，自动拍照和控制电梯等功能需求。

图1 系统架构框图

采用5类线布线方式，简化了布线，节约线材人工可达70%以上，性能稳定和成熟，支持防区报警、信息发布等功能的可视系统，在现有市场的同类产品中具有较强的技术代表性和产品竞争力。

3.硬件系统设计

3.1 硬件系统架构

系统主控制电路由单片机STC12LE5A60S2及外围电路组成，CPU 选用STC12LE5A60S2，双串口带AD按键扫描，可接串行存储器，低功耗低成本，完成所有数据信号的处理并转换成相应的控制信号，控制相关接口电路，以实现本机电源及开锁，按键部分，存储部分，直按设置，视频及放大，音频部分，补光及调光，通讯部分，IC/ID卡及控制，防拆及出门检测等功能。

3.2 硬件系统功能实现

硬件系统功能模块包括主控模块、视频模块、音频对讲及语音模块、电源模块、485通讯模块和辅助部件组成，相关模块描述如下：

主控制电路由单片机STC12LE5A60S2及外围电路组成，MCU主要负责通讯收发、命令解析、界面显示、IC/ID卡检测、按键扫描、开锁控制和其他工作状态控制等。

视频模块采用有源双绞线差分驱动器Intersil的EL5171和EL5172，使用正负双电源供电，传输距离最大1000m，差分发送器或接收器通过外部电路元件调整衰减补偿，图像效果好，视频传输具有线路衰减补偿功能，可通过跳线帽设置适当的线路衰减补偿，共4个档位：0～300m、301～500m、501～700m、701～1000m，电源为非隔离5V单电源。

音频模块采用半双工模拟对讲芯片MC34018，以及语音芯片H6161P和音频功率放大器LM386。

电源模块包括13.5V电源、5V电源和3.3V电源。13.5V电源为DCDC电源，主要用于开锁、音频模块供电、摄像头供电、5V电源的输入等;5V电源为DCDC电源，主要用于通讯模块供电、视频模块、ID/IC卡模块供电和3.3V电源的输入;3.3V为线性稳压电源，主要用于MCU、液晶屏、语音IC、数字逻辑IC等。

通讯模块采用分立RS485电路，并对485线加相应的保护电路。

辅助部件主要有数码显示模块、IC/ID卡模块、摄像头模组、LED补光电路、开锁电路、防拆电路、按键电路、咪头、喇叭等。

4.软件系统设计

4.1 软件主体模块

软件主体共分为8个模块：刷卡处理模块;按键扫描处理模块;RS485通讯模块;状态监视模块;T0定时器模块;I2C通讯模块;eeprom操作模块;SPI Flash操作模块，其中：

RS485通讯模块：负责门口机与分机、联网器之间的数据通讯。

I2C通讯模块：与语音芯片的I2C通讯，用于播放语音提示。

Eeprom操作模块：单片机内部eeprom的数据读写。

SPI Flash操作模块：外部SPI flash的数据读写。

4.2 主循环流程

软件采用前后台结构，前台程序由主循环实现，后台程序由若干中断服务程序实现，主循环流程首先对整机进行了初始化操作，然后从flash中读取所存储的密码，接着进入主循环，在循环中，进行了喂狗、按键扫描、处理门口机与管理机通信、防区检测等工作。

4.3 总线通讯系统流程

RS485接收发送数据驱动：RS485接收、发送数据处理;数据接收处理----对接收到的数据进行分析、处理;数据发送处理----准备数据发送。

5.结语

基于5类线传输的楼宇可视对讲系统，大幅提升楼宇对讲的技术含量，促进新一代楼宇对讲产业化和国产化，增强企业的市场占有率，打破国外垄断，增强国际竞争能力。

参考文献

[1]崔巍等.一种低成本的病床呼叫系统[M].陕西电子杂志社，2014，37（3）：91-93.

[2]姚有峰，赵江东，郝诗平.基于单片机技术的环境状态监测系统的设计[J].测控技术，2012，31（1）：105-108.