门禁系统的设计与实现

主控直接采用arduino nano，由于485通信和下载程序共用0、1脚，因此要通过拨码开关切换0、1脚功能

2、电源电路
整个系统使用外部12v电源供电，用于驱动继电器和LM386,12v电源通过LM2940得到5v电源，Nokia5110显示屏需要3.3v供电，直接采用nano上的3.3v电源

3、ADC键盘电路
由于arduino接口较少，直接采用ADC键盘，一次挂载20个按键没有问题，每个分压电阻使用1kΩ，线性度非常不错。

4、485通信电路
使用了两片MAX485组成了全双工通信，实际测试，10m网线，2Mbps，完全不丢包，另外测试过2m，2Mbps的串口通信，也是完全不丢包

5、麦克风采样电路
语音采样，使用普通驻极体麦克风，经过LM358的200倍放大后，送入ADC

6、功放电路
功放直接采用常见的LM386典型电路，PWM信号经过积分电路，再送入LM386，为了提高音量，使用12v供电，实测效果不错，5v供电时，噪音非常大，稍微一大声就失真

8、开锁电路
开锁功能可以通过电磁锁实现，这里只用了继电器并留出了接线口，继电器电流也不小，保险起见使用了一个9014扩流，并反向并联一个二极管吸收反向电流

画好原理图之后就是排版画pcb了：

 检查无误后开始做板子，既然要语音通信，那肯定是至少要做两个啦：

然后再焊接调试：

虽然做板前仔细检查了很多遍，但还是出了几个bug，还好是小问题，两根飞线解决

程序设计
整个系统包括了以下几个程序文件：
EG_V0_3: 主程序，包括了功能定义、ADC初始化、定时器初始化、键盘输入处理、显示界面、数据通信处理、中断采样
ADC_KEY:按键识别，主要是建立10位ADC值和每个按键的映射关系，参考了马潮老师的状态机程序
CRC8：CRC校验程序，为了保证通信的正确性，必须使用数据校验，crc8非常有效，不过实际测试，没有crc校验的情况下好像数据几乎没有传输错误？？
Nokia5110:显示屏驱动程序，直接使用论坛里的代码，具体哪个帖子忘了。。
rs485：包括485初始化、定时器1初始化、485通信协议、通信处理等
ringtone：实现呼叫、接听、振铃功能

程序设计思路
本系统的核心就是语言采样播放+485通信协议，由于处理的数据量比较大，所以很多地方没有用到arduino提供的方法，比如analogread、analogwrite、serial等
语音采样与播放：
人说话的频率为300HZ~3KHZ，根据采样定理，采样频率应该大于6KHZ，在这里取7.8KHZ（atmega直接分频可得到），为了减少开发难度，没有使用音频压缩。Timer2开启溢出中断，中断频率7.8KHZ，语音采样、键盘值采样、PWM更新都放在这里，同时使用Timer2的OCR2B作为PWM输出。ADC工作在自动连续转换模式下，ADC工作频率为76.9KHZ，测试过更高的频率，200KHZ以上的采样速度，误差非常大，容易导致按键误判和语音噪音。

485通信：
采用了两片485芯片，一片工作在接收，一片工作在发送，语音采样的数据量为8bit*8KHZ=64Kbps，由于需要同时传输地址、语音数据、控制命令、校验码，一次传输数据量为3~6字节，因此波特率至少为192Kbps，保险起见，本系统采用了512KHZ。
由于需要传输多种数据，所以必须要使用一种通信协议，基于485的通信协议为：
1、主机以广播的方式向所有从机发送一个地址数据，寻找此地址的从机，该从机收到后发送应答命令，之后建立通信，从机与从机不能进行通信
2、从机不能主动发起对话，只能等待主机发送数据
3、一个帧结构如下：
  （1）,3个字节
  （2）,3~6个字节
           其中COMMAND_XXX包括开门、通话、地址校验等命令，具体请看代码
每发完一帧必须空闲一段时间，作为一个帧的结束标志，因此采用Timer1作为定时器，每接收到一个字符就重新计时，如果计时超过设定的空闲时间，则认为当前已接收到一帧，立即对该帧进行处理。需要注意的是，单片机需要一定的时间进行协议的解析和数据处理，如果空闲时间太短，则当期帧数据还没处理完就来了下一帧数据，肯定会出现混乱，如果空闲时间太长，又会降低通信速率，因此需要取一个合适的空闲值，经过测试，协议解析的时间为72us，因此数据接收+空闲时间应该大于72us，才能保证通信正常。
CRC校验资料：
循环冗余校验（CRC）算法入门引导http://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/7882789
最通俗的CRC校验原理剖析http://winda.blog.51cto.com/55153/1063951
CRC8校验分析http://blog.csdn.net/ydk03526203300/article/details/6425491

ADC键盘：
10位ad对16个按键进行采样，因此电压与每个按键具有线性比例关系，1024/(16+1)=60.2，实际值是59，再通过映射关系将0-1024值转换成按键值，公式：
key=key_table;
16个按键中，y代表yes，n代表n
a-d代表四个功能：通话，开门，设定地址，预留

结果
经过不断的测试与完善，在12v供电情况下，语音通信清晰，声音洪亮，基本无噪音，可改变从机地址，范围为001~999，其他功能也基本实现了，如开门、交互界面等等

电路、代码、资料，打包：