旧楼对讲系统改造方案）
潘世强
中航楼宇科技有限公司长沙分公司
摘要：针对旧式对讲机系统（上世纪七、八十年代所建的楼房安装的对讲系统）突出的三大毛病：（一）稳压电源及开门电路设计不太先进及元件老化；（二）无故障中断器；（三）房号呼叫功能呼叫线太多。若采用电子集成技术和单片机对系统进行功能性的改造，实践运行证明克服了突出的三大毛病，运行良好、可靠。更是改造费用忽略不讲，一个单元不超200元。在旧楼未拆除前，对原对讲系统进行改造升级并完善其功能起到作用是最妥办法。
关健词：双外围正或驱动器、7426缓冲器、三五定时器、8051单片机、74IS164移位寄成器、4-16译码器。
一、整改前况和整改原因
（一）引言：
建于20世纪80年代小高层建筑，由于当时集成技术、芯片技术未发展运用，那时建筑对讲系统都是分立部件组合使用，需敷设较多线路，且设计缺乏新设备、新工艺、新技术，所以运行不稳定、故障频繁，简直无法使用。若改造更新设备，显然投资费用很大。那么旧楼在国家未拆除前，进行技术改造，既改造后运行稳定、功能完善，又改造费用忽略不计，未免不是最妥办法。
建于上世纪八十年代深圳福田区中航苑8栋小高层(层高8层，每层对开四户居房)的对讲系统进行完善改造，下面以这个成功案例来论述总结：
（二）改前旧式对讲机原理分析
降压14V，经全波整流滤波后，由W7812稳压，经过一个大功率二极管降压（大约降0.7V），所谓输出12V正电源。
开门电路核心部件是一个PNP形的开关三极管（H9012），由于发射极与基极大约都是 12V电源，所以双反编BG管是断开状态开关，若C2连线分机按钮按下，即电容电压即刻向其回路快速放电，此时基极电压突降，发射结正编，集电极有大电流驱动中间继电器吸合，即由接线端3有电源电压去驱动大门锁电磁阀。
主机与分机
呼叫直接由主机上所显示门号按钮按下，接通电源电压的正极去直接驱动每户一根所连的分机，呼叫线连音频电路驱动 BL1发出响声。此时住户摘下电话，上线接通，电压降，即可听，住户讲话由BL2下讲信号，由下线传到主机。（当然，当拉下电话听筒时，上线下线都建立好了静态电压值，即是静态工作点）。主机BL既可以听又可以讲为其两用，至于主分机的信号怎样放大、转换由音频功率放大电路去处理
（三） 故障现象：
主机系统一直嗡嗡响。
稳压电源及开门电路，因多处来多次检修和未尽好护理已显得破烂不堪，随时出现毛病，随时出现烧坏的可能，事上已多次烧坏过。
如果某一户分机有故障，如短路或是分机未挂好，就造成了整个系统不能运行及很难运行。
经常出现按甲户，可甲户不响应，而乙户响应。即使有的响应，但又开不了门等等现象。
（四）、故障原因分析
1、全波整流、泸波、稳定、整流输出纹波系数67%，通过三端集成稳压块W7812输出端没有接电容。当瞬时增减急载电流引起电压有较大的波动，暂定响应差。
2、全波整流每只整流带承受反压u2（变压器付边电压）选得不好易损，这时纹波系数157%，引起电路很大的直流电流，开关三极管（H9012）漏电流大，电路的消侧音不正常，进而烧坏开门电容C2及BG2管等损坏。
3、若分机未挂好，上线下线处于待机状态，主机及分机长期在一种工作状态，严重干扰别的住户讲话，长时太长，可能损坏电子元件。
4、检修困难，因为某一住户分机出现故障，经逐层逐户剥线检查。
5、开不了门，直接最高率是某一分机开关按下去未释放。
6、当检修时，检修人是信号线接错，因为呼叫线是埋管敷设，增大检修量的错误。甲户的信号，而乙户响应，显然是上次检修人员将信号线接错之故，这样弄错是因为系统线太多之罪 。即通话线两根、开门线一根、公共线一根，而呼叫线每户一根，即8层4户（（4*8=32根）计36根线挤在一根线管上，丝毫拉不动。每户分机5根线，每层4户即20根线都要接在同一层主线管上（无接线端）用胶布包了又简直看了就害怕。32 根呼叫线占了线管绝大部分，检修时一不小心弄错，尤其新手及技术不太过硬的同事经常弄糊涂，可想而知此线接错故障百出。
二、设计思想
从上述改造原因可知，针对这种旧式对讲机突出三种毛病：一、稳压电源开门电路元件老化及本身设计较落后；二、某一住户分机有故障而影响整机系统不能运行和很难运行；三、呼叫信号每户一根，系统线36 根，而呼叫线占了32根，因此检修经常弄错，极不利于检修，且这样更主要拉这么多线投资很大。
综上突出三大毛病，因此，只要想办法克服这三大毛病，亦然要从功能器管上重新设计，应用新技术，以求技术上的突破，克服这三大毛病。
因此：
（一）要更新设计改造稳压电源与开门电路，根据电路特点将全波整流改为桥式整流；更新稳压管的应用；开门电路将其原分立元件集成化和数字化。
（二）增加设计分机故障中断器（本人给予取名）。
（三）呼叫信号如此多线，就开发单片应用一举突破解决。单片机应用只需3根线即可，再加一根5V专用电源线，那么整个系统一共只有8根线（原36根）。
这样整个系统就正常了。
三、设计改造稳压电源及开门电路
（一） 技术要求
1、克服主机嗡嗡叫的交流声
2、使其稳压输出12V不允许有很大波动电压
3、将原来的BG管为核心二十多个元件集成化、数字化、简单化
（二） 电路设计
1.设计原理图
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2.整改前元器件型号规格参数及元器件相关作用一览表
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3.整改设计元器件型号规格参数及无器件相关作用一览表
（三）设计原理分析
参看图三：
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原全波整流改为桥式整流，且设置C1-C4 其功能防止输
出交流声，克服了主机嗡嗡叫，集成稳压管设置两个电容，这样使其基本恒压输出在 12V 电压，也防止稳压电路输出谐波。
设置474K（C），使其整个系统有短路保护，此保护器功能是处电路短路是它就断开，当短路故障消除时，很快自恢复能路状态。
开门电路就设置一个IC、两个电阻，IC 是双处围或非驱动器，开门
电磁线圈直接由IC输出驱动，无需中间继电器，这样就太简便实用了，与原电路比较更显其优势性。
四.设计新增故障中断器
（一）控制要求
当分机未挂好或开门按钮按下末释放时，5 分钟后就要自行切除与主机系统联系。
（二） 电路设计
1. 电路图设计（附后页）
2. 设计元器件型号规格参数及元器件相关作用一览表
序号 名称 型号规格 参数 相关作用 备注
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（三） 设计原理分析
由于分机故障原因导致整个系统不能运行和很运行，所以要设计一个故障中断器。分机短路问题由电源自恢复保险器克服，这里突出问题分机未挂好和开门按下去不能释放。
因此，本电路设置7426与非门米按收上线电压信号和开门电压信号。原理很简单，当电路正常时 7426接二路高电平信号与非后就是一个低电平，显然，555定时器无电源自然无法工作，更无电压输出，故中间继电器不动作。
当两信号，无管那路电压降下来（电平为0）而与非就输出10V 以上高电平给三五定时器，定时器4分钟就会输出一个5V电压驱动一个中间继电器吸合，（然即电路自保），即分机与主机系统断开。
注意，正常对讲讲话若超过4分钟同样也断开。
该电路制作成一个60mmX30mm线路板上，安装在每家每户分机里，尤为注意上线要接分机话筒挂机按钮常闭点上。
五.设计改造呼叫功能系统
（一） 技术要求
1. 有效房号后，即响应有5次，每次长达 1S 长宽脉冲呼叫。
2. 无效房号应无效（无应答）
3. 按1个、2个门号数字后，如果超过6秒未按第三个数字，应清仓，前2个数字应清除。
2.整改前设施技术指标表
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3、改造设计元器件型号规格参数及元件相关作用一览表
序号 名称 型号规格 参数 相关作用 备注
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（3）程序设计
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（三）、电路结构布局
根据电路设计的结构：
1、 首层大门主机上安装数字门号操作键盘（即装在原门号操作键盘上，操作键盘上安装有单片机与数字按钮结成一块电路板）；
2、 每层设计一块 74LS164 和 4-16 译码器、六反相器、四2与门制成一块电路板，装在 8x6x4（cm）小盒子内，盒子装在每层系统线管旁（取名为房号解码器）。
（四）、设计原理分析
将原旧式对讲门号，每户一个按钮，则每个单元32个操作板改为0-9、米、#符号操作键盘，而这些符号是建立矩陈式与8051P1对口。
单片机进行行列扫描，读取、判别操作键盘数字，如果有人按键盘（无人按周而复始扫描）。读取判别数字转换成键盘实际数字（二进制表示）后压入堆栈，这样有效连续三次读取、判别、转换确认键盘数字压入堆栈。POP出栈三个的数字进行程序处理变为一个字节（8位）来确认一个房号，该房号通过查表处理转换 0-1F 数据代替确认某一房号。
将单片机控制寄存器 SCON 置于选择0 的方式进行串行口工作，这种方式 RXD 端可作为串行数据输出连 74LS164 具有串行功能移位寄存器的门控制串行输入口。TXD 按 FOSC/12 的速度输出与 RXD 同步移位脉冲连接在 74IS164 的 8 脚 CLK 端，充当移位时钟节拍，由 P2.0口和门号按钮一起连 74IS164，9 脚 CLR 清0口。这里是双控，一是单片机每次发出一帧数据，数据输出定时呼叫2秒，即清0一次，
即停止。连续呼叫 5 次。二是住户按钮门号可自行按*清0停止。
74LS164 和 4-16 译码器、六反相器四2 与门结合构成了破译单片机发出的数据房号解码器。
根据单片机串行口发出的数据，1-4层房号，4-16 译码器只收取74LS164 低四位信号可以确认1-4层某一房号。但5-8 层译码器同样只采样164低四位，显然这样只能确认1-4层同样房号，而1-4层同样收到该信号，为了区别开来，必须将164有效第五位来作处理。办法是：1-4层、将164E位（低电平）接一个非门所输出信号连同译码器译出经非后信号一起送入四2与门来确定。而5-8层将164E位（高电平）信号连同译码器译出经非后信号一起送入四2与门确定。这样1-4
层和5-8 层起到相互互锁作用，避免信号的重复，这样就完全区别开来。参看《单片机串行口发出特定的房号数据表》分析和认定房号。
例：单片机扫描（有人按）801键盘数据进行程序处理后，串行口发出00011100，那么74IS164 会顺序移出00011100，译码器只收取1100 信号，译出Y12 是低电平，其余为高电平，显然801与401信号相同，为区别开来，于是收取164 第五位高电平与译码Y2非后高电平一起来确认801的房号。而401因为第五位非后是一个低电平，所以不能收取801信号。
六、调试运行
（一）、稳压电源和开门电路调试
1、 制作线路板检查
对照原理图仔细核对接线，确保电路板元件连接正确无误且焊接点牢固可靠，不能有虚点。
2、 检查技术指标
（1） 检查稳压电源是否正好 12V，方法，提高交流电18V 看否降下来，输出接略大整机功率，（30W）看否保持12V，如是正常。
（2） 开门信号接通回路，看CJO453输出是否达到额定驱动门锁电磁线圈0、67A，相差无几正常。
3、 检查效果
（1）、如此整流稳压，听主机是否还有交流声。
（2）、按开门信号，看能否驱动门锁,且连续50次CJ0454会不会产生高温，如是，非正常。
（二）、故障中断器调试
1、制作线路板检查
对照原理图仔细核对接线，确保电路板元件连接正确无误且焊接点牢固可靠，不能有虚点。
2、检查技术指标
拉开一住户分机的话筒或按一下开门按钮，长达5 分钟后，看否故障中断器是否动作，如是，系统上线、开门线是输出 12V 为正常。（三）、呼叫功能系统调试
1、制作线路板检查
对照原理图仔细核对接线，确保电路板元件连接正确无误且焊接点牢固可靠，不能有虚点。
2、程序检查
（1）、操作门号键盘，如按 801 看 801 是否有呼叫 5 次，每次1秒。
（2）、不依照房号按，如按 861，看否有房号回叫，程序正常不应该有回叫。
（3）随便按一个或两个键盘的数字，再等六、七秒再按一个房号，601，看 601 是否有回叫，程序正常 601 应有回叫。前面按的数字应无效。（四）、系统调试
1、 系统连线检查：
对照系统原理、仔细核对系统接口连线是否正确无误。
2、 操作试验：
例：按 801，801 应回叫，拉 801 话筒通话，上下传话应正常。
试验按开门按钮，门锁应即打开，通话长达超 5 分钟后，故障中断器应动作，切除801与主机的联系。
七、现场安装
1、将原系统线全部切取，安装两根4芯中0、5mm在线管里。
2、 将故障中断器装在每户的分机里（特别注意上线连接话筒按
钮常开点上）。
3、 拆除原稳压电源和开门电路，安装新的电路在原位置上。
4、 数字键盘固定在原操作板的位置。
5、 每层一个解码器，装在系统线管旁。
6、 装好这些设备后，进行系统连线即 OK。
八、改造设计对讲机整体系统原理分析
设计原理分析
本系统改造了三个部分：一、稳压电源和开门电路；二、门号呼叫：三、分机增设一个故障中断器。这样整机系统焕然一新，与原机相比那就先进多了，克服了旧机的三大毛病。
很简单，开门电路就是一块IC，原旧机二十几个分立元件将有一块 IC顶替，且直接能驱动门锁。
每一块串行移位寄存器和译码器、六反相器、四2与门结合就可寻找该层的四居户（注意每层译码器等连线必须根据《单片机串行口发出的特定房号数字表》来认定。）
例：按301单片机P3.0口立即输出一帧数据，即0001000，此数据由164顺序移出也是000111000,译码器译出Y为低电平经六反器、输出信号连同164E位非后送入四2与门就可以确定301房号。
故障中断器当然具有故障中断能力，具体原理可查11页该项原理图。
九、结束语
成功案例：本人负责改造深圳市中航苑旧八栋（该楼前几年拆除）对讲机改造使用十几年，运行良好，基本无故障，克服原对讲三大毛病从根本解除原繁琐的维修。即使住户分机有故障，当然系统能正常运行。再也不用逐层逐户拆线检查。这样谁家打来电话，就知道谁家有故障。来长沙工作也先后对一些旧楼对讲进行整改，效果显著。
通过技术改造，使我们认识到高新技术和新器件在改造旧设备，旧系统优越性和必然性。实事证明，旧系统旧设备通过高新技术、新器件的改造所取得的效果是成功的。
参考文献：
1、曹巧媛编著《单片机原理和运用》电子工业出版社出版。
（技师课本） 1999年2月
2、方德寿、方佼、扬达永编《实用电子技术手册》国防工业出版社
1999年4月
3、尹雪飞、陈克安编《集成电路速查大全》西安电子科技大学出版社。 1997 年 10 月