遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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o 引 言
隨著國(guó)家智能化小區(qū)建設(shè)的推廣，防盜系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必備設(shè)備，特別是近幾年，安全防范的迫切需要給家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)提供了越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，比較高檔的防盜報(bào)警裝置一般為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，且大多為有線連接方式。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品盡管不少，但大多為模擬電路形式，且結(jié)構(gòu)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網(wǎng)基礎(chǔ)上研制一種新型家用自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，這對(duì)于保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高公安、消防、醫(yī)療、保安等部門的快速反應(yīng)能力，有著十分重要的意義。為此，設(shè)計(jì)這個(gè)多功能遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)裝置，它可以監(jiān)測(cè)火災(zāi)、盜賊入室行竊和老年人發(fā)出的呼救信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)at89c51為核心，結(jié)合dtmf(雙音多頻)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線，特別適用于已裝修用戶及布線不方便的場(chǎng)合。
1系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)主要通過(guò)一個(gè)單片機(jī)控制中心與電話網(wǎng)相連接。在正常情況下一直處在等待狀態(tài)，監(jiān)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(hào)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，讓它從等待狀態(tài)進(jìn)入報(bào)警過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。具體工作過(guò)程如下：當(dāng)傳感器檢測(cè)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)線收發(fā)電路傳給單片機(jī)的ini1引腳，引起單片機(jī)產(chǎn)生中斷；然后開始執(zhí)行中斷程序，啟動(dòng)撥號(hào)電路，模擬摘機(jī)，收到了交換機(jī)反饋的撥號(hào)音后，開始撥打事先設(shè)定好的電話號(hào)碼，若占線則自動(dòng)重?fù)?；檢測(cè)到對(duì)方已經(jīng)摘機(jī)后，啟動(dòng)語(yǔ)音電路，播放事先錄制好的話音，播放完畢后掛機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)的功能便已完成。
2電路設(shè)計(jì)方案
整個(gè)系統(tǒng)分成無(wú)線發(fā)射和接收、單片機(jī)控制中心、dtmf收發(fā)電路、語(yǔ)音電路等5大模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2.1無(wú)線收發(fā)裝置對(duì)于類似火災(zāi)這類意外，報(bào)警系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)需要有一定的安全距離。所以，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器監(jiān)測(cè)到有意外情況發(fā)生時(shí)，采用無(wú)線收發(fā)裝置來(lái)給整個(gè)控制系統(tǒng)提供發(fā)生意外的種類、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(xiàn)。首先，cd40147將不同的探測(cè)器編為不同的二進(jìn)制代碼，使單片機(jī)可以通過(guò)程序來(lái)判斷報(bào)警的種類與地點(diǎn)；然后，通過(guò)pt2262編碼，將不能直接調(diào)頻發(fā)射的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻，再通過(guò)調(diào)頻發(fā)射芯片將報(bào)警信號(hào)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(diào)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(shù)據(jù)送到單片機(jī)中。具體電路如圖3所示。
2.2單片機(jī)控制中心本系統(tǒng)采用單片機(jī)at89c51作為系統(tǒng)的控制中心。at89c51是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)有一個(gè)4 kb flash perom(可編程可擦除的讀存儲(chǔ)器)。單片機(jī)接收到由fm接收機(jī)發(fā)送來(lái)的信號(hào)，通過(guò)固化在內(nèi)部rom中的應(yīng)用軟件來(lái)判斷是什么地方發(fā)生了情況，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理過(guò)程。系統(tǒng)中，89c51要控制語(yǔ)音芯片的開啟、結(jié)束以及地址信息，實(shí)現(xiàn)芯片中存放的語(yǔ)音可以有選擇地送到電話線上。它還要控制撥號(hào)芯片產(chǎn)生正確的dtmf信號(hào)，完成對(duì)遠(yuǎn)處電話機(jī)的呼叫。另外，還要能有效地判斷當(dāng)前線路的狀態(tài)，如果遇到線路忙等情況時(shí)可以有相應(yīng)的等待機(jī)制。在長(zhǎng)時(shí)間不通的情況下可以更換不同的號(hào)碼多次嘗試，直到有人獲得報(bào)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(xù)、刺耳的聲音，起到提示或者威懾的作用。具體電路見圖4。
2.3 dtmf收發(fā)電路dtmf收發(fā)電路是實(shí)現(xiàn)電話線遠(yuǎn)程通信的關(guān)鍵部分。它需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)、忙音識(shí)別、鈴聲識(shí)別、遠(yuǎn)程按鍵數(shù)字信號(hào)識(shí)別等功能。
系統(tǒng)選用intel微處理器接口功能較強(qiáng)的dtmf發(fā)送和接收器件mt8888。
mt8888與單片機(jī)及音頻放大電路組合，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)音的檢測(cè)及dtmf信號(hào)的產(chǎn)生，并將dtmf信號(hào)送到電話線上，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和打電話共用一條線。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(cè)試)模式以及中斷模式。dtmf模式可以發(fā)送和接收dtmf信號(hào)，完成撥號(hào)的功能；call模式可以檢測(cè)交換機(jī)反饋回來(lái)的各種信號(hào)音，該電路由單片機(jī)通過(guò)rs0、wr、rd、d0～d3等引腳進(jìn)行控制；在中斷模式，當(dāng)接收或發(fā)送了有效的音頻信號(hào)后，irq/cp引腳輸出低電平，產(chǎn)生中斷信號(hào)供給cpu，在延遲控制電壓的跳變緣將數(shù)據(jù)鎖存至輸出端；在call模式，只能接收250 hz～550 hz的信號(hào)音，在拒收或無(wú)輸入時(shí)，irq/cp引腳輸出低電平。
電話線開關(guān)接口電路必須滿足電話入網(wǎng)的條件，為此采用了電話線匹配變壓器與電話線交流耦合，這樣可以大大地減少電話線上的支流成分對(duì)后面電路產(chǎn)生的影響。同時(shí)，為了能夠達(dá)到模擬摘機(jī)掛機(jī)的功能，在變壓器與電話線之間接入了電磁繼電器作為控制開關(guān)。
2.4語(yǔ)音電路
為了便于通信，系統(tǒng)在呼叫用戶成功時(shí)需啟動(dòng)播放事先錄制好的報(bào)警話音電路，也就是說(shuō)，整個(gè)電路還需采用語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示和報(bào)警功能。本系統(tǒng)中的語(yǔ)音電路采用美國(guó)isd公司的優(yōu)質(zhì)集成語(yǔ)音芯片isd1420來(lái)實(shí)現(xiàn)。
isd1420芯片為單片語(yǔ)音記錄、回放一體化芯片，記錄時(shí)長(zhǎng)為20 s，可劃分為160小段，每段125 ms。可進(jìn)行連續(xù)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(bào)聲。當(dāng)rec引腳為低電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)錄音功能；playe引腳或playl引腳為低時(shí)可實(shí)現(xiàn)放音。
具體電路如圖4所示。語(yǔ)音電路的具體設(shè)置主要包括分段錄音和分段放音。
3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1主程序
本程序初始地址為0000h，因此開機(jī)后自動(dòng)運(yùn)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(duì)mt8888進(jìn)行初始化，同時(shí)寫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(hào)。
3.2中斷子程序
系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)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(hào)子程序、撥號(hào)音判斷子程序、語(yǔ)音播放子程序、延時(shí)子程序以及電話號(hào)碼表組成，其流程如圖5所示。
3.2.1撥號(hào)音檢測(cè)子程序信號(hào)音的判斷方法是：對(duì)t0引腳信號(hào)計(jì)數(shù)5 s，若計(jì)數(shù)值位于2175～2357范圍內(nèi)，則為撥號(hào)音；若計(jì)數(shù)值位于1041～1212范圍內(nèi)，則為忙音；若計(jì)數(shù)值位于425～475范圍內(nèi)，則為回鈴音。在實(shí)際編程中，考慮到計(jì)數(shù)的誤差以及程序的簡(jiǎn)化，可將范圍適當(dāng)放寬，但不能重疊。
3.2.2撥號(hào)子程序
撥號(hào)子程序是實(shí)現(xiàn)功能最主要的程序。在程序的執(zhí)行中，80c51通過(guò)mt8888將dtmf信號(hào)發(fā)送出去，即完成撥號(hào)功能，同時(shí)又應(yīng)用mt8888的dtmf接收功能判斷電話是否被接通。在撥號(hào)子程序中要用到其他幾個(gè)子程序，其總的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)循環(huán)，同一號(hào)碼不同位的選擇循環(huán)嵌在不同號(hào)碼的選擇中，整個(gè)循環(huán)只有一個(gè)出口，就是接通電話播送了警報(bào)，否則就不停地循環(huán)撥號(hào)，這與系統(tǒng)的功能也是相適應(yīng)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)子程序以及電話號(hào)碼表，都較為簡(jiǎn)單。其中語(yǔ)音播放程序先向isd1420的地址引腳寫入在中斷開始時(shí)收到的報(bào)警數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的報(bào)警錄音段(其對(duì)應(yīng)的形成應(yīng)該在錄音時(shí)人為設(shè)定，非本部分內(nèi)容)，然后向playl引腳先后寫入高、低電平，并維持低電平狀態(tài)，isd1420就自動(dòng)將音頻信號(hào)向電話接口播放。
4結(jié)束語(yǔ)
運(yùn)用單片機(jī)控制技術(shù)和雙向dtmf數(shù)據(jù)通信技術(shù)，設(shè)計(jì)出基于公共電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，與其他一些自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)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。
評(píng)論