基于GPRS 和數(shù)字無線的嵌入式報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2. 1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)主要由5 個(gè)硬件模塊組成： 數(shù)字無線收發(fā)電路、GPRS 接口電路、DTMF 雙音多頻編解碼電路、電話接口電路、語音電路。

　　2. 1. 1 數(shù)字無線收發(fā)電路

　　系統(tǒng)采用以nRF24L01 為核心的2. 4 GHz 半雙工數(shù)字無線傳輸模塊。nRF24L01 有6 根控制信號(hào)線，SPI 總線4 個(gè)引腳： CSN （ SPI 使能） 、SCK （ SPI 時(shí)鐘） 、MOSI（ 主出從入） 和MISO （ 主入從出） ; IRQ 為接受到數(shù)據(jù)后產(chǎn)生的中斷信號(hào)， 供單片機(jī)查詢； CE 為片選信號(hào)， 置低則開啟數(shù)據(jù)傳輸模塊。MCU 通過SPI 串行總線來配置nRF24L01 的內(nèi)部寄存器和進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　在與傳感器連接的無線發(fā)射電路中， 警情發(fā)生時(shí)觸發(fā)節(jié)點(diǎn)MCU 控制nRF24L01 數(shù)字無線傳輸模塊發(fā)射本節(jié)點(diǎn)地址和采集到的報(bào)警信號(hào)； 在無線接收電路中，C8051F020 直接與nRF24L01 進(jìn)行通信， 接收傳感器節(jié)點(diǎn)地址和報(bào)警信息， 通過識(shí)別節(jié)點(diǎn)地址判斷報(bào)警類別。

　　2. 1. 2 GPRS 模塊接口電路

　　中央處理器接收到傳感器發(fā)送的報(bào)警信號(hào)后， 控制GPRS 通信模塊， 通過GSM 網(wǎng)絡(luò)， 向用戶手機(jī)終端發(fā)送短信進(jìn)行報(bào)警提示。

　　單片機(jī)控制電路與GPRS 通信模塊通過UART 接口相連。但是， 由于GPRS 模塊信號(hào)線上為12 V S232電平， 而單片機(jī)電平為3. 3 V, 所以必須采用MAX3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)報(bào)警時(shí)， 單片機(jī)通過串口將控制指令和短信內(nèi)容發(fā)送到GPRS 通信模塊； GPRS 通信模塊識(shí)別出控制指令， 根據(jù)短信內(nèi)容向用戶發(fā)送短信。

　　2. 1. 3 DTMF 雙音多頻編解碼電路

　　DT MF 雙音多頻編解碼電路主要由MT 8888 構(gòu)成， 包括DTMF 編碼電路、DTMF 解碼電路和鈴音識(shí)別電路。編碼電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)， 解碼電路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制指令識(shí)別。鈴音識(shí)別電路能正確進(jìn)行撥號(hào)音、忙音、回鈴音的識(shí)別。

　　自動(dòng)撥號(hào)時(shí)， 單片機(jī)將被叫號(hào)碼發(fā)送到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器， 合成DTMF 信號(hào)， 經(jīng)放大后通過電話接口傳輸?shù)诫娫捑W(wǎng)絡(luò)中的程控交換機(jī)， 實(shí)現(xiàn)撥號(hào)。遠(yuǎn)程控制時(shí)， 遠(yuǎn)程DT MF 控制信號(hào)經(jīng)過高頻和低頻濾波器濾波后， 再經(jīng)過數(shù)字編碼器編碼， 得到相應(yīng)控制指令的二進(jìn)制編碼， 存放于接收數(shù)據(jù)寄存器， 同時(shí)在MT 8888 的IRQ 端口產(chǎn)生中斷信號(hào)； 單片機(jī)響應(yīng)中斷后， 讀出接收數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)， 識(shí)別控制指令。鈴音識(shí)別時(shí)， 450 Hz 的正弦鈴音信號(hào)從DTMF IN 端口輸入， 經(jīng)過一個(gè)中心頻率為450 Hz、帶寬為250 Hz 的濾波器， 如果信號(hào)落在濾波器的通帶內(nèi)， 則IRQ 端口輸出同頻率的方波。

　　2. 1. 4 電話接口電路

　　電話接口電路包括自動(dòng)摘機(jī)電路、振鈴檢測(cè)電路和斷線檢測(cè)電路。

　　自動(dòng)摘機(jī)電路實(shí)現(xiàn)模擬自動(dòng)摘機(jī)， 當(dāng)撥號(hào)報(bào)警或遠(yuǎn)程控制時(shí)， 系統(tǒng)自動(dòng)摘機(jī)， 接入電話網(wǎng)絡(luò)。在遠(yuǎn)程控制時(shí)， 振鈴檢測(cè)電路能檢測(cè)到電話振鈴信號(hào)， 從而自動(dòng)摘機(jī)。振鈴檢測(cè)電路主要由高速光耦6N138 和電壓比較器LM393 構(gòu)成。根據(jù)程控交換機(jī)協(xié)議， 交流振鈴信號(hào)為25 Hz, 90 V 的正弦波。振鈴信號(hào)經(jīng)過直流隔離電容和限壓電阻后， 驅(qū)動(dòng)光電耦合器， 光電耦合器的邏輯輸出端產(chǎn)生脈沖， 經(jīng)過電壓比較器整形后， 得到方波脈沖。脈沖信號(hào)輸入單片機(jī)， 單片機(jī)可以對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)， 計(jì)到一定的脈沖數(shù)后， 自動(dòng)摘機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)沒有正常連接到電話網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 斷線檢測(cè)電路能自動(dòng)檢測(cè)到故障并進(jìn)行提示。

　　2. 1. 5 語音電路

　　系統(tǒng)采用ISD1760 作為語音錄放芯片。單片機(jī)通過SPI 串行總線與ISD1760 相連， 傳輸SPI 指令， 配置內(nèi)部寄存器和實(shí)現(xiàn)語音錄放。ISD1700 作為SPI 從機(jī)，幾乎所有的按鍵操作都可以通過這些SPI 指令來實(shí)現(xiàn)。

　　一些SPI 命令： 如PLAY, REC, ERASE, FWD, RESET , GLOBAL_ERA SE 的運(yùn)行類似于相應(yīng)的獨(dú)立按鍵操作， 另外SET_REC, SET _PLAY, SET _ERASE 命令允許用戶指定錄音、放音和擦除的起始和結(jié)束地址。

　　系統(tǒng)初始化設(shè)置時(shí)， 應(yīng)該首先根據(jù)各種提示音的長(zhǎng)度，用查表的方法分配好相應(yīng)的存儲(chǔ)起止地址。并且通過硬件為用戶提供錄音接口與控制接口。撥號(hào)報(bào)警時(shí)， 根據(jù)報(bào)警類型尋址并播放相應(yīng)的提示音。