無(wú)線智能報(bào)警器的設(shè)計(jì)

摘    要：本文介紹一種基于AT89S52、CM8880PI、MC34118的無(wú)線智能報(bào)警器。
關(guān)鍵詞：被動(dòng)紅外 ；雙音多頻 ；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸

本文介紹一種無(wú)線智能報(bào)警器，它能識(shí)別各種警情(盜竊、火災(zāi)、求救、煤氣泄露等)，并及時(shí)將警情通過(guò)公共電話交換網(wǎng)傳輸?shù)绞謾C(jī)、固定電話或聯(lián)網(wǎng)報(bào)警中心，以便用戶(hù)或警察能及時(shí)采取有效措施。
無(wú)線智能報(bào)警系統(tǒng)由遙控器、報(bào)警探測(cè)器和家庭報(bào)警控制器組成，它們之間采用無(wú)線連接。報(bào)警探測(cè)器包括無(wú)線門(mén)磁、無(wú)線被動(dòng)紅外探測(cè)器、無(wú)線煤氣泄露探測(cè)器、無(wú)線火災(zāi)煙霧探測(cè)器和無(wú)線主動(dòng)紅外對(duì)射等。

系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
系統(tǒng)硬件包括報(bào)警探測(cè)器的硬件和家庭報(bào)警控制器的硬件。本文僅介紹家庭報(bào)警控制器的硬件構(gòu)成及特點(diǎn)。家庭報(bào)警控制器由電源及備用電源、無(wú)線接收、語(yǔ)音存儲(chǔ)、被動(dòng)紅外探測(cè)、電話號(hào)碼及報(bào)警信息和設(shè)置存儲(chǔ)、撥號(hào)與接收部分和音頻輸出部分組成。
微處理器單元
微處理器采用AT89S52，其內(nèi)置256字節(jié)的RAM、8K字節(jié)的Flash、32個(gè)I/O口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8個(gè)中斷源，一個(gè)全雙工串行口、看門(mén)狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89S52的主要功能是：接收無(wú)線信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)處理；對(duì)被動(dòng)紅外信號(hào)進(jìn)行識(shí)別處理；控制ZY1420B進(jìn)行錄音和放音；控制CM8880PI和MC34118接收和發(fā)送DTMF碼；讀寫(xiě)AT24C04；檢測(cè)振鈴信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)防或撤防；檢測(cè)電話線通斷；輸出模擬警笛信號(hào)驅(qū)動(dòng)警笛等。同時(shí)采用HT7044B對(duì)系統(tǒng)工作電壓進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電壓低于4.4V時(shí)，將輸出高電平對(duì)微處理器復(fù)位；使用看門(mén)狗定時(shí)器進(jìn)行抗干擾，防死機(jī)處理。
電源及后備電源單元
電源及后備電源單元由低壓差三端穩(wěn)壓器HT7551-1和電池充電電路構(gòu)成。該電路采用100mA自恢復(fù)保險(xiǎn)電阻對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行短路保護(hù)；采用瞬變二極管和壓敏電阻對(duì)電源電路進(jìn)行防雷電保護(hù)；對(duì)6V 1.3AH的免維護(hù)電池進(jìn)行充電，使家庭報(bào)警控制器在斷電時(shí)自動(dòng)切換到電池供電，并能在斷電或輸入電源被破壞時(shí)工作36小時(shí)以上。其中HT7551-1是低壓差、低功耗5V三端穩(wěn)壓器，最大輸入電壓達(dá)24V，典型輸出電流為150mA，當(dāng)輸出電流為1mA時(shí)，典型的輸入輸出電壓差為100mV。這些特性使其既能工作于最高達(dá)24V的外接電源(本系統(tǒng)外接電源為DC20V)，又能采用6V電池供電。
電話號(hào)碼、設(shè)置和報(bào)警信息存儲(chǔ)單元
電話號(hào)碼、設(shè)置和報(bào)警信息存儲(chǔ)單元采用AT24C04。AT24C04是E2PROM，內(nèi)置512字節(jié)和I2C通信端口，外部有8個(gè)引腳，可靠性高，數(shù)據(jù)保持時(shí)間長(zhǎng)(≥100年)。
無(wú)線接收單元
無(wú)線接收單元構(gòu)成如圖1所示。本單元采用通用無(wú)線接收板M1，它使用超再生電路或超外差電路，電路成本低，電流最小可達(dá)100mA。通用無(wú)線接收板輸出端OUT定義為OUTA，另外本報(bào)警器對(duì)通用無(wú)線接收板進(jìn)行了改動(dòng)，從中引出一輸出端，定義為OUTB。信號(hào)OUTA經(jīng)CD4093整形輸送到微處理器的ENCODE端，微處理器對(duì)由ENCODE輸入的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)由OUTB輸出的信號(hào)達(dá)到一定幅度時(shí)，輸出低電平給微處理器引腳1，微處理器響應(yīng)中斷，開(kāi)始對(duì)由ENCODE輸入的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。其原理是：信號(hào)OUTB經(jīng)電壓跟隨器(U16C)隔離后給C107充電，給LM324的12腳和3腳提供參考電壓。同時(shí)，信號(hào)OUTB經(jīng)電壓跟隨器隔離，進(jìn)一步放大后由LM324的7腳輸出。當(dāng)P0.3為高電平時(shí)，LM324的13腳也為高電平，14腳為低電平，1腳為高電平；當(dāng)P0.3由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，C106經(jīng)R105、D101放電，此時(shí)D101導(dǎo)通，OUTB信號(hào)傳遞到LM324的13腳，經(jīng)C106積分，最后與U16A的3腳比較，有信號(hào)時(shí)輸出一低電平脈沖，無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平。
語(yǔ)音存儲(chǔ)單元
語(yǔ)音存儲(chǔ)單元的構(gòu)成如圖2所示。本家庭報(bào)警控制器采用ZY1420B 20秒四段高保真語(yǔ)音錄放模塊。ZY1420B內(nèi)部使用ISD1420作為主控芯片，對(duì)ISD1420的標(biāo)準(zhǔn)外圍電路作了優(yōu)化并全部集成于模塊內(nèi)部。本家庭報(bào)警控制器對(duì)該模塊進(jìn)一步優(yōu)化，采用MC34118的內(nèi)部增益可調(diào)麥克風(fēng)放大器，并消除背景聲，如圖2所示，語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)入MC34118的MICIN端，MICOUT輸出后進(jìn)入ZY1420B的ANAIN端。本單元的主要功能是：錄音，用戶(hù)按遙控器的設(shè)置鍵，然后通過(guò)電話機(jī)輸入指令818##或828##，AT89S52使?fàn)顟B(tài)指示燈亮，提示用戶(hù)開(kāi)始錄音，同時(shí)將地址碼輸送到ZY1420B的B0、B1端，使ZY1420B的/REC端為低電平并開(kāi)始錄音，錄音時(shí)間到則置/REC高電平，同時(shí)滅狀態(tài)指示燈；放音，輸入指令《888##》或播放語(yǔ)音信息，AT89S52就將地址碼輸送到ZY1420B的B0、B1端，并使ZY1420B的/PLAYL端為低電平，開(kāi)始放音，放音時(shí)間到則置/PLAYL高電平。
DTMF撥號(hào)及接收單元
雙音多頻(DTMF)撥號(hào)及接收單元的構(gòu)成如圖2所示。本報(bào)警器的雙音多頻單元采用CM8880PI，該單元功能是：撥電話號(hào)碼和輸出報(bào)警信息，AT89S52先對(duì)CM8880PI初始化，然后將一位數(shù)字及控制信號(hào)送到CM8880PI的D3~D0、/CS、RS0、R/W端，當(dāng)CM8880PI完成發(fā)送后，/IRQ端發(fā)送中斷信號(hào)給AT89S52，通知AT89S52發(fā)送下一數(shù)字，而調(diào)制的DTMF信號(hào)經(jīng)MC34118放大及校準(zhǔn)后，經(jīng)隔離變壓器輸送到公共電話交換網(wǎng)。接收反饋的控制信息和接收用戶(hù)設(shè)置信息(通過(guò)電話機(jī))，DTMF信號(hào)經(jīng)耦合變壓器后進(jìn)入MC34118進(jìn)行濾波，再由CM8880PI接收并進(jìn)行譯碼，譯碼完成后，/IRQ端發(fā)送中斷信號(hào)給AT89S52，通知AT89S52讀數(shù)據(jù)。
公用電話網(wǎng)接口單元
采用磁珠、保險(xiǎn)電阻、壓敏電阻、瞬變二極管等元件對(duì)公用電話網(wǎng)接口進(jìn)行防雷保護(hù)。本單元具有電話線斷線檢測(cè)、振鈴檢測(cè)、線路切換、電話通或占線檢測(cè)等功能。電話線斷線檢測(cè)： Q502(9012)的基極置低電平，繼電器RJ2閉合，由D505~D508組成的整流橋給光耦U13供電，U13的5腳輸出低電平，當(dāng)電話線斷線時(shí)，U13的5腳輸出高電平；振鈴檢測(cè)：振鈴信號(hào)經(jīng)C505整流后給光耦U12供電，U12的5腳輸出鋸齒波，然后經(jīng)U19 CD4093整形成矩形波，最后經(jīng)AT89S52識(shí)別。線路切換：本無(wú)線智能報(bào)警器優(yōu)先使用電話線，當(dāng)需報(bào)警時(shí)，如電話線正在使用，則自動(dòng)切斷電話，然后進(jìn)行撥號(hào)報(bào)警。電話通或占線檢測(cè)：電話通或占線信號(hào)經(jīng)隔離變壓器后，進(jìn)入MC34118濾波，然后進(jìn)入CM8880PI放大，再經(jīng)LM358與CM8880PI的參考電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生矩形波，而后經(jīng)CD4093整形送AT89S52識(shí)別(電話通450Hz，1s通，4s斷；電話忙450Hz，0.35s通，0.35s斷)。
被動(dòng)紅外探測(cè)單元
被動(dòng)紅外探測(cè)單元的構(gòu)成如圖3所示。當(dāng)被探測(cè)目標(biāo)侵入防范區(qū)域，并在防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，將引起防范區(qū)域的紅外輻射(勢(shì)輻射)發(fā)生變化，被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器能響應(yīng)這個(gè)變化，并進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。紅外輻射的變化由背景(房屋、家具等)溫度與入侵者溫度的差值而產(chǎn)生。溫度不同，輻射波長(zhǎng)不同，關(guān)系式為：
Tlm=b
式中，T為熱力學(xué)溫度，lm為單色輻射波長(zhǎng)的峰值，b是常量，其值為2.897X10-3mk。按此計(jì)算：背景為20T時(shí)，lm=10mm，人體36T時(shí)，lm=9.4mm。被動(dòng)紅外探測(cè)器正是通過(guò)檢測(cè)輻射波長(zhǎng)的差值(折合成能量的差值)來(lái)確定是否進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，而且在通常溫度下，這種差值越大，被動(dòng)紅外探測(cè)器越靈敏。本報(bào)警器將被動(dòng)紅外探測(cè)器集成為一體，由報(bào)警器供電，免去更換電池的麻煩。另外，集成為一體也可充分利用微處理器對(duì)探測(cè)到的紅外信號(hào)(信號(hào)周期，幅度，極性)進(jìn)行智能處理，消除各種熱源、小寵物、光源干擾及射頻輻射的干擾。本被動(dòng)紅外探測(cè)單元采用自動(dòng)溫度補(bǔ)償技術(shù)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)增益的大小，平衡因溫度變化引起的靈敏度變化。此外，脈沖計(jì)數(shù)技術(shù)能調(diào)節(jié)紅外探測(cè)的靈敏度，消除誤報(bào)和漏報(bào)。

軟件編程
因篇幅限制，本文僅介紹主程序的流程。報(bào)警器上電后首先初始化，它將讀AT24C04中的數(shù)據(jù)，設(shè)置報(bào)警器的工作狀態(tài)、遙控器的地址碼、處理因故未處理完的警情以及被動(dòng)紅外探頭的預(yù)熱等工作。然后循環(huán)檢測(cè)是否有振鈴信號(hào)或警情發(fā)生，如有則調(diào)用相應(yīng)的處理模塊。如有中斷發(fā)生則調(diào)用相應(yīng)的中斷處理模塊(包括被動(dòng)紅外處理模塊和無(wú)線信號(hào)處理模塊)。

結(jié)語(yǔ)
本文所介紹的無(wú)線智能報(bào)警器已投入使用，該報(bào)警器工作穩(wěn)定可靠,無(wú)線防區(qū)多(達(dá)256個(gè))，誤報(bào)少，抗無(wú)線同頻干擾能力強(qiáng)(解決附加無(wú)線被動(dòng)紅外在同頻干擾下失去作用的問(wèn)題)，操作方便,安裝簡(jiǎn)單?！?/P>

參考文獻(xiàn)
1 Data sheet of CM8880  Micro Devices. Inc. 1999
2 Data sheet of MC34118 Motorola, Inc. 1999
3 Data sheet of AT89S52 Atmel Corporation 1999