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远程自动报警系统的设计与实现

日期:2019-12-10 16:42
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摘要:

O 引 言

随着国家智能化小区建设的推广,防盗系统已成为智能小区的必备设备,特别是近几年,安全防范的迫切需要给家庭防盗报警系统提供了越来越广泛的市场。从国内来看,比较上等的防盗报警装置一般为进口产品,价格昂贵,且大多为有线连接方式。国内产品尽管不少,但大多为模拟电路形式,且结构和功能简单,可靠性差,难以联网。

在已普及的公共电话网基础上研制一种新型家用自动报警系统,这对于保障居民的生命财产安全,提高公安、消防、医疗、保安等部门的快速反应能力,有着十分重要的意义。为此,设计这个多功能远程自动报警系统装置,它可以监测火灾、盗贼入室行窃和老年人发出的呼救信号。整个系统以单片机AT89C51为核心,结合DTMF(双音多频)远程数据传输技术,采用无线数据传输方式,不需重新布线,特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。

1系统工作原理

该系统主要通过一个单片机控制中心与电话网相连接。在正常情况下一直处在等待状态,监视是否有紧急情况发生。一旦有意外情况发生,通过发送中断信号驱动单片机,让它从等待状态进入报警过程,从而实现远程报警。具体工作过程如下:当传感器检测到有温度的异常、气体浓度的巨大变化、红外扫描到人的红外波以及老人按下了求救按键时,通过无线收发电路传给单片机的INI1引脚,引起单片机产生中断;然后开始执行中断程序,启动拨号电路,模拟摘机,收到了交换机反馈的拨号音后,开始拨打事先设定好的电话号码,若占线则自动重拨;检测到对方已经摘机后,启动语音电路,播放事先录制好的话音,播放完毕后挂机,整个系统的功能便已完成。

2电路设计方案

整个系统分成无线发射和接收、单片机控制中心、DTMF收发电路、语音电路等5大模块。系统框图如图1所示。
 

2.1无线收发装置

对于类似火灾这类意外,报警系统与现场需要有一定的安全距离。所以,当现场的传感器监测到有意外情况发生时,采用无线收发装置来给整个控制系统提供发生意外的种类、地点等具体信息。该模块可分为发射和接收两部分电路。

发射部分主要由编址电路、编码电路、无线电发射电路组成。电路通过CD40147、PT2262、MAX2608这3个集成芯片实现。首先,CD40147将不同的探测器编为不同的二进制代码,使单片机可以通过程序来判断报警的种类与地点;然后,通过PT2262编码,将不能直接调频发射的数字信号转化为中频,再通过调频发射芯片将报警信号发送出去。具体电路如图2所示。
接收部分由接收和解码两部分组成。接收部分的功能主要由调频接收芯片MAXl470来完成接收功能,该芯片只需要较少的元件,使用较为方便。解码部分由PT2272完成功能,解码出来的数据送到单片机中。具体电路如图3所示。
2.2单片机控制中心

本系统采用单片机AT89C51作为系统的控制中心。AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机,片内有一个4 kB FlashPEROM(可编程可擦除的读存储器)。单片机接收到由FM接收机发送来的信号,通过固化在内部ROM中的应用软件来判断是什么地方发生了情况,然后转到相应的中断处理过程。系统中,89C51要控制语音芯片的开启、结束以及地址信息,实现芯片中存放的语音可以有选择地送到电话线上。它还要控制拨号芯片产生正确的DTMF信号,完成对远处电话机的呼叫。另外,还要能有效地判断当前线路的状态,如果遇到线路忙等情况时可以有相应的等待机制。在长时间不通的情况下可以更换不同的号码多次尝试,直到有人获得报警信息为止。如果是火警、匪警,在此呼叫期问,本地的警笛可以发出连续、刺耳的声音,起到提示或者威慑的作用。具体电路见图4。

 
2.3 DTMF收发电路

DTMF收发电路是实现电话线远程通信的关键部分。它需实现自动拨号、忙音识别、**识别、远程按键数字信号识别等功能。

系统选用INTEL微处理器接口功能较强的DTMF发送和接收器件MT8888。

MT8888与单片机及音频放大电路组合,实现各种信号音的检测及DTMF信号的产生,并将DTMF信号送到电话线上,实现报警和打电话共用一条线。具体电路如图4所示。图中,MT8888的DO~D3分别与AT89C51的P0.0~P0.3相连,RD、WR分别与AT89C51的RD、WR相连,IRQ/CP接至INT0,CS、RS0接至地址线P2.1、P2.0。

MT8888共有6种工作模式:DTMF模式、CALL(呼叫处理)模式、BURST(突发)模式、TEST(测试)模式以及中断模式。DTMF模式可以发送和接收DTMF信号,完成拨号的功能;CALL模式可以检测交换机反馈回来的各种信号音,该电路由单片机通过RS0、WR、RD、D0~D3等引脚进行控制;在中断模式,当接收或发送了有效的音频信号后,IRQ/CP引脚输出低电平,产生中断信号供给CPU,在延迟控制电压的跳变缘将数据锁存至输出端;在CALL模式,只能接收250Hz~550 Hz的信号音,在拒收或无输入时,IRQ/CP引脚输出低电平。

电话线开关接口电路必须满足电话入网的条件,为此采用了电话线匹配变压器与电话线交流耦合,这样可以大大地减少电话线上的支流成分对后面电路产生的影响。同时,为了能够达到模拟摘机挂机的功能,在变压器与电话线之间接入了电磁继电器作为控制开关。

2.4语音电路

为了便于通信,系统在呼叫用户成功时需启动播放事先录制好的报警话音电路,也就是说,整个电路还需采用语音芯片来实现语音提示和报警功能。本系统中的语音电路采用美国ISD公司的上等集成语音芯片ISD1420来实现。

ISD1420芯片为单片语音记录、回放一体化芯片,记录时长为20 s,可划分为160小段,每段125ms。可进行连续录音,也可进行分段录音。通过分段录音和放音,可以发出不同的警报声。当REC引脚为低电平时,实现录音功能;PLAYE引脚或PLAYL引脚为低时可实现放音。

具体电路如图4所示。语音电路的具体设置主要包括分段录音和分段放音。

3系统的软件设计与实现

3.1主程序

本程序初始地址为0000H,因此开机后自动运行,大部分工作都是在中断后完成的,所以主程序比较短,仅对MT8888进行初始化,同时写IE使得中断可以进行,然后就处于等待状态,直至INT0收到信号。

3.2中断子程序

系统功能的实现全部在中断子程序中,因此中断子程序是*重要的,它主要由拨号子程序、拨号音判断子程序、语音播放子程序、延时子程序以及电话号码表组成,其流程如图5所示。
 
3.2.1拨号音检测子程序

信号音的判断方法是:对T0引脚信号计数5s,若计数值位于2175~2357范围内,则为拨号音;若计数值位于1041~1212范围内,则为忙音;若计数值位于425~475范围内,则为回铃音。在实际编程中,考虑到计数的误差以及程序的简化,可将范围适当放宽,但不能重叠。

3.2.2拨号子程序

拨号子程序是实现功能*主要的程序。在程序的执行中,80C51通过MT8888将DTMF信号发送出去,即完成拨号功能,同时又应用MT8888的DTMF接收功能判断电话是否被接通。在拨号子程序中要用到其他几个子程序,其总的结构是两个循环,同一号码不同位的选择循环嵌在不同号码的选择中,整个循环只有一个出口,就是接通电话播送了警报,否则就不停地循环拨号,这与系统的功能也是相适应的。

3.2.3其他程序

其他程序包括语音播放子程序、延时子程序以及电话号码表,都较为简单。其中语音播放程序先向ISD1420的地址引脚写入在中断开始时收到的报警数据,以此数据对应相应的报警录音段(其对应的形成应该在录音时人为设定,非本部分内容),然后向PLAYL引脚先后写入高、低电平,并维持低电平状态,ISD1420就自动将音频信号向电话接口播放。

4结束语

运用单片机控制技术和双向DTMF数据通信技术,设计出基于公共电话网的远程自动报警系统,与其他一些自动报警系统相比,具有多功能、低成本、易普及、高可靠性等突出优点,具有广泛的市场发展前景。
 
 

本文摘自《电子工程师》