智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳世夏,丁國臣,戚甫峰

摘 要:采用單片機(jī)控制技術(shù),利用現(xiàn)有電話座機(jī),設(shè)計(jì)了撥號(hào)、信號(hào)發(fā)生器、自動(dòng)摘掛機(jī)、信號(hào)音檢測、語音錄放等電路,并編制了相應(yīng)的軟件進(jìn)行系統(tǒng)控制。由于該系統(tǒng)與電話線并用,易于實(shí)現(xiàn),可較好地解決家庭、店鋪、辦公室及一些重要場所的防盜報(bào)警問題。經(jīng)使用證明,該系統(tǒng)運(yùn)行可靠,性價(jià)比較高。該智能報(bào)警系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是利用現(xiàn)有電話網(wǎng)絡(luò),采用單片機(jī)控制,具有較高的可靠性。

關(guān)鍵詞:智能報(bào)警;信號(hào)音檢測;HT9170;HT9200A

中圖分類號(hào):TP274.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-131-03

Design of Intelligent Alarming System

CHEN Shixia,DING Guochen,QI Fufeng

(Qingdao Branch,Naval Aeronautical Engineering College,Qingdao,266041,China)

Abstract:Applying single chip computer control technology,the use of their existing telephone landline,a dial-up,signal generator,automatic pick hang up,signal tone detection,voice recording circuit are designed,and the corresponding software system is estabilshed.Since the system and telephone lines and use,easy to achieve,can better solve the problem of the family,shops,offices and a number of important issues of anti-theft alarm.By the use of proof,the system runs reliably and cost-effective higher.

Keywords:intelligent alarming;signal tone detection;HT9120;HT9200A

本智能報(bào)警系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì),利用電話鍵盤操作電路、振鈴識(shí)別電路、異地留言電路、自動(dòng)識(shí)別主被叫摘掛機(jī)電路、雙音頻撥號(hào)(自振鈴)電路等,解決報(bào)警不及時(shí)、漏報(bào)、誤報(bào)等問題,并能提高電話接通率。主要用于家庭、店鋪、辦公室、具有貴重物品場所的防盜報(bào)警。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 技術(shù)要求

經(jīng)過調(diào)查研究,從技術(shù)上認(rèn)真分析,認(rèn)為需滿足下列六條技術(shù)要求,方能實(shí)現(xiàn)功能完善、操作方便這兩個(gè)主要目標(biāo)。

(1) 報(bào)警器靈敏度要高,又要求防止誤報(bào);

(2) 事故地點(diǎn)(報(bào)警站)與被呼叫對(duì)象(接收站)之間的空間距離應(yīng)不受限制;

(3) 語音和數(shù)字信息在同一條信道上傳輸;

(4) 由于用戶環(huán)境不同,配合使用的傳感器類型及數(shù)量亦不相同;

(5) 用E2PROM固化程序;

(6) 如因故死機(jī),應(yīng)能正?；謴?fù)運(yùn)行。

根據(jù)上述要求,構(gòu)成如圖1所示的系統(tǒng)框圖[1]。

1.2 系統(tǒng)主要功能

(1) 當(dāng)室內(nèi)有警情發(fā)生時(shí)(如有人非法進(jìn)入室內(nèi)、煤氣泄漏、火災(zāi)等),智能電話報(bào)警系統(tǒng)能及時(shí)地通過各種傳感器獲知警情,對(duì)警情的種類進(jìn)行判斷,并立即自動(dòng)順序撥打預(yù)設(shè)的2個(gè)電話號(hào)碼。在撥號(hào)后,首先判斷對(duì)方是否摘機(jī),如是,則根據(jù)不同的警情播放相應(yīng)的錄制好的語音報(bào)警內(nèi)容;否則,掛機(jī)后撥下一組預(yù)置電話,直至2個(gè)電話全部接通。

圖1 系統(tǒng)框圖

(2) 本報(bào)警器內(nèi)置電話撥號(hào)系統(tǒng),能向用戶指定的2個(gè)電話機(jī)發(fā)送發(fā)生事故的地點(diǎn)、用戶姓名、電話號(hào)碼等信息的語音或數(shù)字報(bào)警信息,使警情得到及時(shí)處理。2個(gè)電話機(jī)類型包括手機(jī)、傳呼機(jī)、家用電話機(jī)。通過電話機(jī)的撥號(hào)盤就可輸入2條精簡指令及用戶信息,就像操作計(jì)算器一樣簡單。由于采用數(shù)字錄音技術(shù),用戶可自行錄入語音,反復(fù)錄放,分2段存儲(chǔ)、播放。設(shè)有外出布防、留守撤防兩種狀態(tài),適用于家中有人、無人兩種情況。

(3) 斷電后,本報(bào)警器的備用電池立即自動(dòng)啟用。

(4) 當(dāng)電話被盜打時(shí),能及時(shí)報(bào)警。

2 技術(shù)措施[2]

(1) 采用公用電話線作為信息傳輸媒體,不用無線方式。

(2) 傳送報(bào)警信息用語音方式或數(shù)字信息方式,可在電話機(jī)上收聽,使用方便。

(3) 報(bào)警器設(shè)有修改用戶密碼的電路,可以在很遠(yuǎn)的地方通過電話線路修改自己家中的電話報(bào)警器的密碼,遠(yuǎn)程控制報(bào)警器的設(shè)防或撤防操作。

(4) 安裝看門狗電路,因故死機(jī)后能恢復(fù)正常運(yùn)行。

(5) 在E2PROM中寫入2條精簡指令,斷電后可以永久保存。

3 智能電話報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)

智能電話報(bào)警器硬件部分由撥號(hào)電路、自動(dòng)摘掛機(jī)電路、信號(hào)音檢測電路、語音錄放電路、報(bào)警電路和看門狗電路等部分組成的。

3.1 主要電路設(shè)計(jì)

3.1.1 撥號(hào)電路

撥號(hào)電路采用HT9170和HT9200A分別作為雙音多頻(DTMF)信號(hào)接收器和發(fā)生器。自動(dòng)撥號(hào)芯片采用串行式DTMF撥號(hào)芯片HT9200A,接收CPU送入的電話號(hào)碼并向電話線送出雙音多頻信號(hào),以使主叫和被叫用戶之間建立聯(lián)接。HT9200A的每一種輸出頻率由5位(D4～D0)不同的位碼組合決定。當(dāng)片選信號(hào)CE為低電平時(shí),CPU通過P0.5口向HT9200A的數(shù)據(jù)輸入端DATA串行輸入5位編碼,在CLK的下降沿將數(shù)據(jù)鎖存,并從輸出端DTMF通過模擬開關(guān)向電話線輸送DTMF音調(diào)的撥號(hào)信號(hào)[3]。

3.1.2 信號(hào)發(fā)生器HT9200A

HT9200A是一種串行式DTMF信號(hào)發(fā)生器,具有良好的溫度適應(yīng)性,其工作溫度范圍為-20～+70 ℃,采用8引腳DIP或SOP封裝。

3.1.3 信號(hào)接收器HT9170

HT9170集成了數(shù)字解碼器和帶濾波器功能的雙音頻DTMF接收器,可工作在掉電模式和抑制模式下。HT9170采用數(shù)字化計(jì)算方法識(shí)別,將16倍的DTMF音頻解碼后轉(zhuǎn)化為4位代碼輸出。高精度的轉(zhuǎn)換電容濾波器將音頻DTMF信號(hào)分離為低頻信號(hào)和高頻信號(hào),自帶撥號(hào)音頻阻波電路可省去前置濾波器所需的阻波電路。

3.1.4 自動(dòng)摘掛機(jī)電路

自動(dòng)摘掛機(jī)電路如圖2所示。由三極管反相放大電路和繼電器組成。系統(tǒng)檢測信號(hào)電平為0～35 V,當(dāng)系統(tǒng)檢測到報(bào)警信號(hào)時(shí),主控系統(tǒng)使PICK變?yōu)楦唠娖?三極管導(dǎo)通,繼電器吸合,K1接通,系統(tǒng)自動(dòng)摘機(jī)。當(dāng)用戶執(zhí)行完命令操作之后(如向外報(bào)警過程完成后),主控系統(tǒng)給PICK一個(gè)低電平,三極管截止,繼電器釋放,開關(guān)K1斷開,自動(dòng)掛機(jī)。

圖2 自動(dòng)摘掛機(jī)電路

3.1.5 信號(hào)音檢測電路

電話系統(tǒng)撥號(hào)音,回鈴音和忙音的音源頻率平均為450 Hz(±25 Hz),只是斷續(xù)比不同,且在時(shí)間上有明顯差異(撥號(hào)音為450±25 Hz連續(xù)信號(hào),忙音為035 s通,035 s斷,回鈴音為1 s通,4 s斷)。故信號(hào)音為模擬信號(hào)。信號(hào)音檢測電路需完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。

信號(hào)檢測電路見圖3。采用光電耦合器檢測信號(hào),電阻R1,R2用于分壓,R3,D用于分流,各元件的參數(shù)如圖中標(biāo)注。信號(hào)經(jīng)光耦后輸出負(fù)脈沖信號(hào),輸出采用帶施密特觸發(fā)的反相器74LS19進(jìn)行信號(hào)處理,轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào),供主控系統(tǒng)計(jì)數(shù)[4]。

圖3 信號(hào)檢測電路

計(jì)數(shù)時(shí)間為5 s,撥號(hào)音的計(jì)數(shù)下限為(450-25)×5=2 125,計(jì)數(shù)上限為(450+25)×5=2 375,即計(jì)數(shù)范圍為2 125～2 375。同理,忙音的計(jì)數(shù)范圍為1 041～1 212,回鈴音的計(jì)數(shù)范圍為425～475,無信號(hào)音的計(jì)數(shù)值應(yīng)為0。故系統(tǒng)采用不同信號(hào)音相鄰計(jì)數(shù)界限的中間值來區(qū)分不同的信號(hào)音。

3.2 語音錄放電路

系統(tǒng)的語音錄放電路選用單片機(jī)語音錄放電路系列集成電路ISD1420,ISD1420為美國ISD公司推出的產(chǎn)品,單片錄放時(shí)間為8～20 s,音質(zhì)好。ISD1420采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、話筒前置放大、自動(dòng)增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及E2PROM陣列。最小的錄放系統(tǒng)僅需麥克風(fēng)、喇叭、兩個(gè)按鈕、電源及少量電阻電容。在錄放操作結(jié)束后,器件自動(dòng)進(jìn)入低功耗節(jié)電模式,功耗僅0.5 μW。

電路的放音過程是由單片機(jī)AT89C51的P1～P7口給ISD1420的PLAYL口一個(gè)高電平,觸發(fā)電路放音;給一個(gè)低電平,停止放音。

3.3 報(bào)警信號(hào)探測電路[5,6]

報(bào)警信號(hào)探測電路如圖4所示。本系統(tǒng)選用AMN型熱釋電紅外傳感器進(jìn)行探測。用性能較好的OP-07放大信號(hào),用單電源供電,放大倍數(shù)設(shè)為10(Au=R2/R1=10),當(dāng)有人進(jìn)入其探測范圍時(shí),傳感器的2號(hào)管腳輸出正向電平,經(jīng)放大后產(chǎn)生報(bào)警啟動(dòng)信號(hào)送主控制電路。

圖4 報(bào)警信號(hào)探測電路

4 智能電話報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要通過匯編語言編程[3],控制單片機(jī)AT89C51的P0,P1,P2,P3口的高低電位從而達(dá)到報(bào)警目的。首先單片機(jī)初始化,單片機(jī)AT89C51的P3.2口開始檢測報(bào)警信號(hào),當(dāng)P3.2口檢測到一個(gè)高電平時(shí),表示有報(bào)警信號(hào)輸入,這時(shí)P0.0口給出一個(gè)高電平信號(hào),使系統(tǒng)的自動(dòng)摘掛機(jī)電路自動(dòng)摘機(jī),同時(shí)撥號(hào)電路也處在了撥號(hào)狀態(tài)。如果單片機(jī)的T0口記數(shù)結(jié)果是允許撥號(hào),則P2輸出一組電平信號(hào)使撥號(hào)電路自動(dòng)撥110報(bào)警,否則掛機(jī)。當(dāng)撥號(hào)成功后,單片機(jī)的P1.7口給一個(gè)高電平信號(hào),觸發(fā)放音電路自動(dòng)播放預(yù)先儲(chǔ)存在ISD1420中的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警結(jié)束后,單片機(jī)的P0.0口給一個(gè)低電平信號(hào),系統(tǒng)自動(dòng)掛機(jī),完成整個(gè)報(bào)警過程。軟件流程如圖5所示[7]。

5 結(jié) 語

經(jīng)過安裝與調(diào)試,本電話自動(dòng)報(bào)警器實(shí)現(xiàn)了以下功能:

圖5 主程序流程圖

(1) 本系統(tǒng)與電話機(jī)并聯(lián),只在報(bào)警期間占用電話線路,報(bào)警結(jié)束后系統(tǒng)與電話線路脫離,

不影響電話機(jī)的正常使用,利用公共通信網(wǎng)作傳輸媒體,只要安裝了電話的用戶,即可安裝此報(bào)警器。

(2) 本報(bào)警器具有自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn),當(dāng)警情發(fā)生時(shí),能夠自動(dòng)撥打110,對(duì)方摘

機(jī)后自動(dòng)播放已錄制好的語音報(bào)警內(nèi)容。若遇到對(duì)方占線,能自動(dòng)摘掛機(jī),并能按照撥號(hào)、檢測、放音的順序自動(dòng)循環(huán)。

(3) 傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)大都存在同時(shí)報(bào)警爭信道問題。而本報(bào)警器由于利用公共通信網(wǎng),此

問題得到圓滿解決,不會(huì)造成混亂,保證報(bào)警可靠。

(4) 成本低,可以廣泛地應(yīng)用于倉庫、商店、家庭的安全防范。

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