面向智慧住区的远程可视对讲系统设计

田茂明 吴 芳 山东省新泰市建筑安装工程有限公司，新泰 721000

智慧住区以智慧社区各类软硬件设施为依托，以住区主体为服务对象，以住区智慧服务为主要内容，满足住区居民多方面生活需求，提升住区居民生活质量。可视对讲系统是智慧住区必不可少的基础设施，关系到住区最为重要的安全性问题，其智能化、信息化水平也与住区的便利性紧密相关。同时，可视对讲系统已经成为安防系统最为重要的一部分。为此，山东省绿色智慧住区评价指标体系也明确提出“单元门口设有门禁系统，支持与住区平台联动”的方向。

1 可视对讲系统架构设计和工作流程

远程可视对讲监控系统主要包括传统数字可视对讲系统、远程端服务器、嵌入式子系统，其中嵌入式子系统包括数据转接模块和命令转接模块，采用嵌入式技术开发。

该系统以一种低成本的方式对传统已安装的或正在安装的非远程数字式可视对讲系统进行改造。两模块在可视对讲系统内通过不同的端口号分别接收和发送不同的数据，命令转接模块负责传递系统内所有的命令数据，包括开锁、应答、监视、结束通话等命令；数据转接模块负责将视频音频信号转发存储到数据库中，客户端访问这些数据即实现远程可视对讲。其架构图如图1所示。

远程可视对讲系统运行主要分为两个流程：数据推送和命令下达。当来访者按下单元机相应门牌号时，数据传送至室内机，室内机响铃。同时，将来访者信息上报至服务器，服务器解析数据并存储至数据库。确认后客户端与服务器建立通信，开始传输音视频信号，客户端通过调用库函数进行视频解码播放，同时调用本地摄像头API获取本地视频，经压缩后传送至服务器。当客户确认来访者身份后，客户端发送开锁命令至直服务器，从而下达至可视对讲局域网，单元机确认信息后，开锁。其命令下达流程图如图2所示。

图1 远程可视对讲系统框架图

2 嵌入式子系统硬件设计方案

嵌入式子系统的命令转接模块和数据转接模块均采用相同的硬件设计，包括一个处理器和两个网络模块。处理器采用STM32F103xx芯片，外设通过总线相互连接；网络模块一个与可视对讲系统相连接，一个与互联网相连接，进行数据交互，转接模块的结构如图3所示。

2.1 控制器模块

图2 命令下达流程图

图3 转接模块硬件结构

嵌入式子系统的内核采用ARM最新的Cortex-M3内核。优先级抢占的中断控制器，支持中断自动嵌套，硬件完成现场保护与恢复，中断嵌套时，只需保护和恢复一次现场，即使在恢复现场的时候再次中断也不需要再次保护现场，只需6个clk的调整时间。具有5个USART串口，USART速度高达4.5Mbps，不仅支持IrDA，还与接触式的IC卡协议兼容，其可靠性和稳定性也可以满足可视对讲系统的功能要求。嵌入式子系统两个串口转以太网模块和无线透传模块分别接到单片机的USART1、USART2、USART3上。USART1口网络模块连接到可视对讲系统，USART2口网络模块连接到互联网系统，USART3口无线透传模块与物联网系统相连。

2.2 通用串口转以太网模块

串口转以太网模块采用HS-ENG092B网络模块，该模块具有稳定性高，通讯速度快等特点，数据传输支持UDP组播模式，符合转接模块的要求，应用此模块，可大量减少工作量。由于数据以组播方式传输，命令模块可视对讲端的串口以太网模块对于本地IP地址没有特殊要求，可自动获取IP地址，其目的是IP设为组播地址。加入组播后，端口号设置为可视对讲系统内部端口号，即可接收整个可视对讲内所有的命令数据包，并且实现发送命令数据包。命令模块的互联网端的目的IP则设置为服务器IP，为保证通讯质量，采用TCP模式传输数据。

2.3 无线透传模块

在可视对讲系统中，采用无线网络技术可更加符合网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信特点，因此，特安装无线模块，这样子系统不仅可以和互联网直接通信，在接线不方便情况下，可以与物联网结点等智能家居设备直接进行通信，通过物联网系统控制可视对讲系统。可视对讲系统由于其工作环境的复杂性，射频通信芯片选用传送能力较强的CC1101控制芯片。

3 嵌入式子系统软件设计

3.1 转接服务主程序设计

硬件搭建完成后，嵌入式子系统首先进行初始化，其主要内容是串口初始化、时钟初始化等。当串口接到数据时，则判断数据格式，判断为真则进入中断。

3.2 中断程序设计

嵌入式子系统特别是数据转接模块通信数据量巨大，因此对于中断程序做了较高的要求，进入中断判断数据位较少则可能同一个数据包多次进入中断，判断数据较多则影响单片机处理效率。经过测试，两级判断计入中断的方式不仅能满足上述要求，还极大地提高了处理器的运行效率，以高效的方式过滤掉非法数据包。第一级中断判断数据包前三位是否为数据包包头前三位，再进入二级判断整个数据包合法，最后标志位置一，处理数据。

3.3 串口程序设计

数据模块和命令模块流程相似，所以本文只论述命令模块的设计。其功能为将USART1接收到的数据，按照可视对讲数据包格式提取发送方地址、发送方IP地址、接收方地址、接收方IP地址等信息，再将这些信息以一定格式将数据向USART2和USART3发送。同样地也将USART2接收到互联网发送的可视对讲内部数据和USART3接收到的无线信号数据提取出来，并按照可视对讲数据包的格式向USART1中发送。

3.4 通讯协议

命令转接模块上行协议格式表