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)提供了越來越廣泛的市場。從國內(nèi)來看，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)測火災(zāi)、盜賊入室行竊和老年人發(fā)出的呼救信號。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合。
1系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)主要通過一個(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，通過發(fā)送中斷信號驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，讓它從等待狀態(tài)進(jìn)入報(bào)警過程，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。具體工作過程如下：當(dāng)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)，通過無線收發(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)撥號電路，模擬摘機(jī)，收到了交換機(jī)反饋的撥號音后，開始撥打事先設(shè)定好的電話號碼，若占線則自動(dòng)重?fù)?；檢測到對方已經(jīng)摘機(jī)后，啟動(dòng)語音電路，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)分成無線發(fā)射和接收、單片機(jī)控制中心、dtmf收發(fā)電路、語音電路等5大模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2.1無線收發(fā)裝置對于類似火災(zāi)這類意外，報(bào)警系統(tǒng)與現(xiàn)場需要有一定的安全距離。所以，當(dāng)現(xiàn)場的傳感器監(jiān)測到有意外情況發(fā)生時(shí)，采用無線收發(fā)裝置來給整個(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、無線電發(fā)射電路組成。電路通過cd40147、pt2262、max2608這3個(gè)集成芯片實(shí)現(xiàn)。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(jī)可以通過程序來判斷報(bào)警的種類與地點(diǎn)；然后，通過pt2262編碼，將不能直接調(diào)頻發(fā)射的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為中頻，再通過調(diào)頻發(fā)射芯片將報(bào)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(diào)頻接收芯片maxl470來完成接收功能，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器)。單片機(jī)接收到由fm接收機(jī)發(fā)送來的信號，通過固化在內(nèi)部rom中的應(yīng)用軟件來判斷是什么地方發(fā)生了情況，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理過程。系統(tǒng)中，89c51要控制語音芯片的開啟、結(jié)束以及地址信息，實(shí)現(xiàn)芯片中存放的語音可以有選擇地送到電話線上。它還要控制撥號芯片產(chǎn)生正確的dtmf信號，完成對遠(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(bào)警信息為止。如果是火警、匪警，在此呼叫期問，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、忙音識別、鈴聲識別、遠(yuǎn)程按鍵數(shù)字信號識別等功能。
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)各種信號音的檢測及dtmf信號的產(chǎn)生，并將dtmf信號送到電話線上，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(jī)反饋回來的各種信號音，該電路由單片機(jī)通過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(shù)據(jù)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，整個(gè)電路還需采用語音芯片來實(shí)現(xiàn)語音提示和報(bào)警功能。本系統(tǒng)中的語音電路采用美國isd公司的優(yōu)質(zhì)集成語音芯片isd1420來實(shí)現(xiàn)。
isd1420芯片為單片語音記錄、回放一體化芯片，記錄時(shí)長為20 s，可劃分為160小段，每段125 ms?？蛇M(jìn)行連續(xù)錄音，也可進(jìn)行分段錄音。通過分段錄音和放音，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。
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，它主要由撥號子程序、撥號音判斷子程序、語音播放子程序、延時(shí)子程序以及電話號碼表組成，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(jì)數(shù)5 s，若計(jì)數(shù)值位于2175～2357范圍內(nèi)，則為撥號音；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化，可將范圍適當(dāng)放寬，但不能重疊。
3.2.2撥號子程序
撥號子程序是實(shí)現(xiàn)功能最主要的程序。在程序的執(zhí)行中，80c51通過mt8888將dtmf信號發(fā)送出去，即完成撥號功能，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，就是接通電話播送了警報(bào)，否則就不停地循環(huán)撥號，這與系統(tǒng)的功能也是相適應(yīng)的。
3.2.3其他程序
其他程序包括語音播放子程序、延時(shí)子程序以及電話號碼表，都較為簡單。其中語音播放程序先向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)對應(yīng)相應(yīng)的報(bào)警錄音段(其對應(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)將音頻信號向電話接口播放。
4結(jié)束語
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)，具有廣泛的市場發(fā)展前景。
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