摘 要：通过分析门禁系统的现状，提出了一种新的基于低压电力线载波的门禁系统，给出
了系统拓扑结构与结构框图，在分析低压电力线载波通信原理的基础上，给出了系统的软硬
件设计过程。该系统可以解决目前门禁系统的不足，进一步推进了门禁系统的实用性。实际
应用结果证明了该门禁系统成本低、方便、灵活、可靠。
关键词：门禁；低压电力线载波；频分复用；双音多频
1. 引言
目前，门禁系统采用的通信方式有两种：（1）专线：各家各户甚至每一个房间铺设通信
线路。优点是抗干扰能力强，性能优；缺点是布线影响室内美观、工程量大、不便移动、成
本高。(2)无线：无线数传模块建立专用无线数据传输方式，节省了人力物力、灵活方便。
缺点是近距离的数据通讯系统中，无线通讯方式并不比有线方式成本低，抗干扰能力差。
电力线载波通信技术有其它技术所无法比拟的优点：电力是现代生活和家庭中最基础的
条件，固不需铺设额外的通信线路而直接利用已有的电力线资源进行数据或话音信号的传
输，能降低成本，电力线载波通信设备可随处接入，灵活方便[1][2] 。目前PLC 技术已经有
很多成功的案例，如远程抄表[3] ，病房呼救系统[4] 等。本文选题目的在于:充分利用低压电
力线优势的基础上，妥善解决其不足之处，使其成为门禁系统的第三种通信方式，并且将现
有的成熟技术应用于电力线载波门禁系统，将门禁系统的实用性向前推进一步。
2. 系统网络拓扑结构
系统网络拓扑结构(如图1)，由一个门机和多个室机组成，门机按装在大门处（其中，
按键与话筒安装在门外，其余部分安装在门内）；室机可以做成装饰品，插在客厅、厨房、
卧室、书房、卫生间等处的电力线插座上，室机可以根据需要增减、移动，方便灵活。每个
室机的编码相同，保证门机发送请求信号时，各个室机同时接收到信号，即多点接收的设计
思想。
1 本课题得到重庆大学研究生院创新基金（项目编号：200707A1B0090246）的资助。
门机
室机1
室机2
室机3
图1 系统网络拓扑结构
电力线
厨房
客厅
厨房
- 2 -
3. 系统结构框图
上行下行
300
BW BW
500
5
VP-P/V
BW=
图3 门禁系统的通频带
话简
语音通
话电路
调制/解
调电路
变压器耦
合电路
按键ST89C52
DTMF编/
解码电路
电动门锁
图2 系统门机结构框图
220V
门机以ST89C52 单片机为核心（如图2), 由按键、语音通话电路、电动门锁、DTMF
编码/解码电路、FM 调制/解调电路、变压器耦合电路等部分组成。实现门机侧语音及DTMF
编码的收发和门禁功能。室机与门机的不同之处是：将电动门锁换成门铃即可。
4. 通信原理分析
香农定理指出：在被高斯白噪声干扰的信道中，最大信息速率C 由下述公式确定[5] ：
C=Blog(1+S/N) (1)
电力线信道是典型的高斯白噪声信道，假设S/N＝10,则C≈B。适合低压电力线传输信号的
频段为100k～700k，因此低压电力线传输信号的速率可以达到600kbps,目前高速PLC 技术
可以使电力线信号传输速率达到1Mbps～30Mbps [6] 。语音信号的典型频率是300Hz～
2400Hz，若采用模拟调制的方式，信息速率约为2.1Kbps。将语音信号通过调频的方式调制
到低压电力线上实现短距离的传输是完全可行的，同理，双音多频信号也可以采用调频方式
调制到低压电力线上。
门机将语音和DTMF 信号通过调频方式调制到低压电力线传输的频带内，再通过变压
器耦合回路将信号加载到室内电力线上，室机用相同的方式耦合接收再解调。而要实现门机
与室机之间的双工通信，必须将两路信号传输的中心频率分开，即频分复用（如图3）。门
机向室机传输信号的方向称为上行信道，室机向门机传输信号的方向称为下行信道；根据上
面分析，设计上行信道的中心频率为300KHz,下行信道的中心频率为400KHz，变压器耦合
回路的通频带为3kHz(大于信号带宽并留有余量)。由于变压器耦合回路仅对通频带内的信
号有耦合作用，对其它频率有强大的衰减作用，这样就避免了双工通信时上下行信道之间的
自干扰，同时也有效的防止了通带以外的信号进入信道。
5. 系统硬件设计
- 3 -
+12V
L1
L2
C1
C2
R1
R2
C L
图5 载波发射端接口电路
Vi2
2
VCC
4
30K 1uF
Rt
Ct
C2 7 6
5
1
VO1
图4 LM567调频电路
LM567
Vi1
VO2
EA/VPP
31
RST
9
X1
18
X2
19
30P
30P 12M
1K
10uF
+
P2.0
P2.1 21
P2.2 22
P2.3 23
P2.4 24
P2.5 25
26
INT0
12
ALE
30
D0
14 D1
15 D2
16 D3
17 R/W
25
26 RSI
CP
12 IRQ
13
3k
IN_
2
GS
3
8
OSC0
6
100K
100K
100nF
OSC1
7
10K 10nF
输出
VCC
输入
图6
5.1 调频电路
调频电路选用经典的LM567 锁相环调频（如图4）。
调频电路中心频率f 可用下式计算：
1.1 /( ) t t f = R C (2)
t R 、t C 分别为定时电阻和定时电容。
通频带BW 为：
1070 /( ) 2 BW V f C i = • (3)
2 C 为2 脚所接电容， i V 为信号输入电压幅值。
由3.1 知门机调制频率与室机解调频率为300k, BW = 3kHz ,经测量V V i = 0.5 ，选用
C pF t = 390 ,由（2）式得： R = kΩ t 9.4 ,由（3）式得：C 0.2μF 2 = 。同理可计算出门机
解调电路与室机的调制电路参数： R = kΩ t 7 ，C 0.15μF 2 = 。
5.2 变压器耦合回路
变压器耦合回路是由功率放大管Q 和变压器谐振网络组成[7] (如图5)，其中功率放大管
工作在丙类放大状态，谐振回路工作在谐振状态，其谐振频率应满足：
LC
f
2π
1
0 = （4）
由3.1 知，上行f 300kHz 0 = ,选用中频变压器的初级线圈的电感量为L = 0.1mH ,则
C = 270 pF 。下行f 400kHz 0 = ，则C = 400 pF 。
5.3 STC89C52 与MT8880 的接口电路
STC89C52与MT8880的接口电路（如图6），51系列单片机的地址锁存允许信号ALE为晶振频
率的6分频(如：晶振为12MHz，ALE为2MHz)，因此，可用地址锁存允许信号ALE作为CP。另外，
- 4 -
接口时，以STC89C52的P2.0～P2.3作为数据线，P2.4和P2.5分别控制MT8880的R/W、RSI端。
6. 系统软件设计
门机程序流程图（如图7）,MT8880 有6 种工作模式[8] ，笔者使用中断模式,在此模式
下选择DTMF 方式，当DTMF 信号被接收或出现在监测时间内，，则IRP/CALL 端下拉至低
电压，促使STC89C52 产生中断，读取数据。若接收数据等于设定编码，则开锁，否者重新
接收；若有键按下，则执行发送程序。室机流程图与门机不同之处是将开锁，换成响铃。
在软件设计时，需模拟MT8880 的控制时序，用指令对P2 口进行读写操作。控制芯片
内部的CRA、CRB 等寄存器，从而实现对MT8880 的发送与接收控制[9] 。
下面给出STC89C52 对MT8880 的状态设置程序。
/*发送与接收初准备*/
void initialize(void)
{ P2=0x3f; /* 读SR */
P2=0x10; /* CRA=0000 */
P2=0x10; /* CRA=0000 */
P2=0x18; /* CRA=1000 */
P2=0x10; /* CRB=0000 */
P2=0x3f; /* 读SR */ }
/* 发送初始化子函数 */
void tran_init(void)
上电
接收初
始化
按键？
delay();
中断？ 读取数据流
等于设定
编码？
按键？
发送初
始化
发送完毕？
发送数据流
开锁
系统初
始化
是
否
否
否
否
是是
是
是
否
delay();
图7 门机程序流程图
- 5 -
{ P2=0x19; /* CRA=1001 */
P2=0x11; /* CRB=0001 */ }
/* 发送操作子函数 */
void transmit(ui sent)
{ P2=sent; /* 发送数编码 */ }
/* 接收初始化子函数 */
void rece_init(void)
{ P2=0x14; /* CRA=0100 */ }
/*接收子程序*/
void int0(void) interrupt 0 using 1
{ P2=0x2f;
receive=(P2&0x0f);
P2=0x3f; }
7. 结论
系统研究成功后，我们分别在实验室、住宅小区、办公楼等场所进行了测试，效果显著。
使用低压电力线载波通信方式进行数据传输，省去布线工程，降低了成本，保持了室内美观；
用成熟技术设计该系统，实现门机与室机的信息交互，保证了系统的可靠性；室机的随处接
入为用户带来了极大的便利。
- 6 -
参考文献
[1] 林维明,华晓辉,王东方.低压电力线通信的现状与展望[J].电力系统通信,2007,2(172):45-48
[2] 蔡红娟,贺良华,高恒强.基于低压电力线的音频传输系统设计[J].武汉科技大学学报,2007,4(2):178- 181
[3] 周伟志.基于电力线载波的智能小区自动抄表系统设计[J].电子工程师, 2003,2(29):15-24
[4] 邬春明,王艳茹. 基于低压电力线载波技术的病房呼叫系统[J]. 电子技术应用,2005,9:60-63
[5] 樊昌信.通信原理[M].国防工业出版社,2001,5,北京:59-60
[6] 孙轩,梁明,陈慧斌.高速电力线通信的电磁兼容探讨[J].电气应用,2005,24(1O):79-82
[7] 仲元昌,曾孝平.低压电力线载波通信的接口电路设计[J].电讯技术,2003,6:33-36
[8] 刘光斌,王国华.双音多频发送接收器MT8880 及其应用[J].现代通信,1999,3:22-23
[9] 王建农. AT89C2051 单片机与MT8880 接口设计[J].微计算机信息,2005,2（10—2）:86-87
Design of access control system Based on Low Power-Line
Carrier Communication Technique
Xiao Donghai1 , Zhong Yuanchang1 , Deng Qi 2 , Wang Junqing1
1 College of Communication Engineering, Chongqing University, Chongqing (400044)
2 Nankai High School, Chongqing (400044)
Abstract
Through analysiz access control system 's present situation, proposed one kind newly access control
system Based on low Power-Line Carrier Communication Technique, given the system topology and
the structure diagram, In the foundation of analysizing Low Power-Line carrier communication
principle, given the process of the access control system's software and hardware design. This system
may solve the present system's insufficiency，further advanced the access control system's usability.
The practical application result had proven this the access control system cost low and are convenient,
flexible, reliable.
Keywords: access control; Low Power-Line Carrier;FDM; DTMF
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