遠程自動(dòng)報警系統的設計與實(shí)現
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o 引 言
隨著(zhù)國家智能化小區建設的推廣，防盜系統已成為智能小區的必備設備，特別是近幾年，安全防范的迫切需要給家庭防盜報警系統提供了越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)。從國內來(lái)看，比較高檔的防盜報警裝置一般為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，且大多為有線(xiàn)連接方式。國內產(chǎn)品盡管不少，但大多為模擬電路形式，且結構和功能簡(jiǎn)單，可靠性差，難以聯(lián)網(wǎng)。
在已普及的公共電話(huà)網(wǎng)基礎上研制一種新型家用自動(dòng)報警系統，這對于保障居民的生命財產(chǎn)安全，提高公安、消防、醫療、保安等部門(mén)的快速反應能力，有著(zhù)十分重要的意義。為此，設計這個(gè)多功能遠程自動(dòng)報警系統裝置，它可以監測火災、盜賊入室行竊和老年人發(fā)出的呼救信號。整個(gè)系統以單片機at89c51為核心，結合dtmf(雙音多頻)遠程數據傳輸技術(shù)，采用無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式，不需重新布線(xiàn)，特別適用于已裝修用戶(hù)及布線(xiàn)不方便的場(chǎng)合。
1系統工作原理
該系統主要通過(guò)一個(gè)單片機控制中心與電話(huà)網(wǎng)相連接。在正常情況下一直處在等待狀態(tài)，監視是否有緊急情況發(fā)生。一旦有意外情況發(fā)生，通過(guò)發(fā)送中斷信號驅動(dòng)單片機，讓它從等待狀態(tài)進(jìn)入報警過(guò)程，從而實(shí)現遠程報警。具體工作過(guò)程如下：當傳感器檢測到有溫度的異常、氣體濃度的巨大變化、紅外掃描到人的紅外波以及老人按下了求救按鍵時(shí)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路傳給單片機的ini1引腳，引起單片機產(chǎn)生中斷；然后開(kāi)始執行中斷程序，啟動(dòng)撥號電路，模擬摘機，收到了交換機反饋的撥號音后，開(kāi)始撥打事先設定好的電話(huà)號碼，若占線(xiàn)則自動(dòng)重撥；檢測到對方已經(jīng)摘機后，啟動(dòng)語(yǔ)音電路，播放事先錄制好的話(huà)音，播放完畢后掛機，整個(gè)系統的功能便已完成。
2電路設計方案
整個(gè)系統分成無(wú)線(xiàn)發(fā)射和接收、單片機控制中心、dtmf收發(fā)電路、語(yǔ)音電路等5大模塊。系統框圖如圖1所示。
2.1無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置對于類(lèi)似火災這類(lèi)意外，報警系統與現場(chǎng)需要有一定的安全距離。所以，當現場(chǎng)的傳感器監測到有意外情況發(fā)生時(shí)，采用無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置來(lái)給整個(gè)控制系統提供發(fā)生意外的種類(lèi)、地點(diǎn)等具體信息。該模塊可分為發(fā)射和接收兩部分電路。
發(fā)射部分主要由編址電路、編碼電路、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射電路組成。電路通過(guò)cd40147、pt2262、max2608這3個(gè)集成芯片實(shí)現。首先，cd40147將不同的探測器編為不同的二進(jìn)制代碼，使單片機可以通過(guò)程序來(lái)判斷報警的種類(lèi)與地點(diǎn)；然后，通過(guò)pt2262編碼，將不能直接調頻發(fā)射的數字信號轉化為中頻，再通過(guò)調頻發(fā)射芯片將報警信號發(fā)送出去。具體電路如圖2所示。
接收部分由接收和解碼兩部分組成。接收部分的功能主要由調頻接收芯片maxl470來(lái)完成接收功能，該芯片只需要較少的元件，使用較為方便。解碼部分由pt2272完成功能，解碼出來(lái)的數據送到單片機中。具體電路如圖3所示。
2.2單片機控制中心本系統采用單片機at89c51作為系統的控制中心。at89c51是一種低功耗、高性能的8位單片機，片內有一個(gè)4 kb flash perom(可編程可擦除的讀存儲器)。單片機接收到由fm接收機發(fā)送來(lái)的信號，通過(guò)固化在內部rom中的應用軟件來(lái)判斷是什么地方發(fā)生了情況，然后轉到相應的中斷處理過(guò)程。系統中，89c51要控制語(yǔ)音芯片的開(kāi)啟、結束以及地址信息，實(shí)現芯片中存放的語(yǔ)音可以有選擇地送到電話(huà)線(xiàn)上。它還要控制撥號芯片產(chǎn)生正確的dtmf信號，完成對遠處電話(huà)機的呼叫。另外，還要能有效地判斷當前線(xiàn)路的狀態(tài)，如果遇到線(xiàn)路忙等情況時(shí)可以有相應的等待機制。在長(cháng)時(shí)間不通的情況下可以更換不同的號碼多次嘗試，直到有人獲得報警信息為止。如果是火警、匪警，在此呼叫期問(wèn)，本地的警笛可以發(fā)出連續、刺耳的聲音，起到提示或者威懾的作用。具體電路見(jiàn)圖4。
2.3 dtmf收發(fā)電路dtmf收發(fā)電路是實(shí)現電話(huà)線(xiàn)遠程通信的關(guān)鍵部分。它需實(shí)現自動(dòng)撥號、忙音識別、鈴聲識別、遠程按鍵數字信號識別等功能。
系統選用intel微處理器接口功能較強的dtmf發(fā)送和接收器件mt8888。
mt8888與單片機及音頻放大電路組合，實(shí)現各種信號音的檢測及dtmf信號的產(chǎn)生，并將dtmf信號送到電話(huà)線(xiàn)上，實(shí)現報警和打電話(huà)共用一條線(xiàn)。具體電路如圖4所示。圖中，mt8888的do～d3分別與at89c51的p0.0～p0.3相連，rd、wr分別與at89c51的rd、wr相連，irq/cp接至int0，cs、rs0接至地址線(xiàn)p2.1、p2.0。
mt8888共有6種工作模式：dtmf模式、call(呼叫處理)模式、burst(突發(fā))模式、test(測試)模式以及中斷模式。dtmf模式可以發(fā)送和接收dtmf信號，完成撥號的功能；call模式可以檢測交換機反饋回來(lái)的各種信號音，該電路由單片機通過(guò)rs0、wr、rd、d0～d3等引腳進(jìn)行控制；在中斷模式，當接收或發(fā)送了有效的音頻信號后，irq/cp引腳輸出低電平，產(chǎn)生中斷信號供給cpu，在延遲控制電壓的跳變緣將數據鎖存至輸出端；在call模式，只能接收250 hz～550 hz的信號音，在拒收或無(wú)輸入時(shí)，irq/cp引腳輸出低電平。
電話(huà)線(xiàn)開(kāi)關(guān)接口電路必須滿(mǎn)足電話(huà)入網(wǎng)的條件，為此采用了電話(huà)線(xiàn)匹配變壓器與電話(huà)線(xiàn)交流耦合，這樣可以大大地減少電話(huà)線(xiàn)上的支流成分對后面電路產(chǎn)生的影響。同時(shí)，為了能夠達到模擬摘機掛機的功能，在變壓器與電話(huà)線(xiàn)之間接入了電磁繼電器作為控制開(kāi)關(guān)。
2.4語(yǔ)音電路
為了便于通信，系統在呼叫用戶(hù)成功時(shí)需啟動(dòng)播放事先錄制好的報警話(huà)音電路，也就是說(shuō)，整個(gè)電路還需采用語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現語(yǔ)音提示和報警功能。本系統中的語(yǔ)音電路采用美國isd公司的優(yōu)質(zhì)集成語(yǔ)音芯片isd1420來(lái)實(shí)現。
isd1420芯片為單片語(yǔ)音記錄、回放一體化芯片，記錄時(shí)長(cháng)為20 s，可劃分為160小段，每段125 ms?？蛇M(jìn)行連續錄音，也可進(jìn)行分段錄音。通過(guò)分段錄音和放音，可以發(fā)出不同的警報聲。當rec引腳為低電平時(shí)，實(shí)現錄音功能；playe引腳或playl引腳為低時(shí)可實(shí)現放音。
具體電路如圖4所示。語(yǔ)音電路的具體設置主要包括分段錄音和分段放音。
3系統的軟件設計與實(shí)現
3.1主程序
本程序初始地址為0000h，因此開(kāi)機后自動(dòng)運行，大部分工作都是在中斷后完成的，所以主程序比較短，僅對mt8888進(jìn)行初始化，同時(shí)寫(xiě)ie使得中斷可以進(jìn)行，然后就處于等待狀態(tài)，直至int0收到信號。
3.2中斷子程序
系統功能的實(shí)現全部在中斷子程序中，因此中斷子程序是最重要的，它主要由撥號子程序、撥號音判斷子程序、語(yǔ)音播放子程序、延時(shí)子程序以及電話(huà)號碼表組成，其流程如圖5所示。
3.2.1撥號音檢測子程序信號音的判斷方法是：對t0引腳信號計數5 s，若計數值位于2175～2357范圍內，則為撥號音；若計數值位于1041～1212范圍內，則為忙音；若計數值位于425～475范圍內，則為回鈴音。在實(shí)際編程中，考慮到計數的誤差以及程序的簡(jiǎn)化，可將范圍適當放寬，但不能重疊。
3.2.2撥號子程序
撥號子程序是實(shí)現功能最主要的程序。在程序的執行中，80c51通過(guò)mt8888將dtmf信號發(fā)送出去，即完成撥號功能，同時(shí)又應用mt8888的dtmf接收功能判斷電話(huà)是否被接通。在撥號子程序中要用到其他幾個(gè)子程序，其總的結構是兩個(gè)循環(huán)，同一號碼不同位的選擇循環(huán)嵌在不同號碼的選擇中，整個(gè)循環(huán)只有一個(gè)出口，就是接通電話(huà)播送了警報，否則就不停地循環(huán)撥號，這與系統的功能也是相適應的。
3.2.3其他程序
其他程序包括語(yǔ)音播放子程序、延時(shí)子程序以及電話(huà)號碼表，都較為簡(jiǎn)單。其中語(yǔ)音播放程序先向isd1420的地址引腳寫(xiě)入在中斷開(kāi)始時(shí)收到的報警數據，以此數據對應相應的報警錄音段(其對應的形成應該在錄音時(shí)人為設定，非本部分內容)，然后向playl引腳先后寫(xiě)入高、低電平，并維持低電平狀態(tài)，isd1420就自動(dòng)將音頻信號向電話(huà)接口播放。
4結束語(yǔ)
運用單片機控制技術(shù)和雙向dtmf數據通信技術(shù)，設計出基于公共電話(huà)網(wǎng)的遠程自動(dòng)報警系統，與其他一些自動(dòng)報警系統相比，具有多功能、低成本、易普及、高可靠性等突出優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的市場(chǎng)發(fā)展前景。
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