農(nóng)村自動(dòng)安防報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)農(nóng)村安防現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警過(guò)程需要有人值守的缺點(diǎn)，提出了綜合傳感器探測(cè)、雙音頻遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸（DTMF）及計(jì)算機(jī)通信等技術(shù)的用于農(nóng)村的自動(dòng)安防報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由信號(hào)檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)掛機(jī)、撥號(hào)電路和語(yǔ)音電路構(gòu)成，具有智能化程度高、實(shí)用性強(qiáng)、性能可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)，可以在發(fā)生盜情時(shí)撥叫號(hào)碼，并能利用普通電話線進(jìn)行報(bào)警語(yǔ)音信號(hào)自動(dòng)呼叫，從而及時(shí)通知不在現(xiàn)場(chǎng)的主人，有效保障廣大農(nóng)民的財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：安防報(bào)警；無(wú)人值守；農(nóng)村；雙音頻；語(yǔ)音電路

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）17-4228-04

Design of Automatic Security Alarm System in the Countryside

KONG Qing-xia

（Faculty of Electronic and Electrical Engineering， Huaiyin Institute of Technology，Huaian 223003，Jiangsu，China）

Abstract： Aimed at the faults of attended need of security alarm system in the contryside， combining sensor measure， DTMF data remote transmission with computer communication technology， the automatic security alarm system used in countryside was designed. The system consisted of the signal detecting circuit， simulator picking and hangup dialing circuit and voice circuit and featured high intelligence， practicability， stability and function-reliable. It could dial a phone number in stolen emergencies， and made an alarm voice call over normal telephone lines automatically， so it could inform the host in absentia in time， and efficiently protected the farmers’ properties.

Key words： security alarm； unattended； countryside； DTMF； voice circuit

收稿日期：2013-04-16

基金項(xiàng)目：江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（CXLX12_0277）； 江蘇省高校自然科學(xué)基礎(chǔ)研究面上項(xiàng)目（12KJD510003）；淮安市科技

支撐計(jì)劃農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（SN1161）

作者簡(jiǎn)介：孔慶霞（1976-），女，江蘇淮安人，實(shí)驗(yàn)師，主要從事智能檢測(cè)與智能控制的研究工作，（電話）13645230365（電子信箱）

flh3650326@163.com。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，農(nóng)村居民擁有的財(cái)富越來(lái)越多，對(duì)安全服務(wù)的要求也日益迫切。然而，由于農(nóng)村地域廣大，村民居住分散，治安防范中存在不少薄弱環(huán)節(jié)，總體呈現(xiàn)出盜竊等侵財(cái)犯罪多發(fā)的特點(diǎn)，安全防范工作面臨著巨大的挑戰(zhàn)[1]。目前，農(nóng)村防盜報(bào)警雖然正逐漸引起人們的重視，但是，其一般以人為防范為主，即使有數(shù)量極少的個(gè)別地區(qū)使用安防報(bào)警系統(tǒng)[2-4]，也只是簡(jiǎn)單的機(jī)械式設(shè)備，其防范系數(shù)低，安全性差，適用空間小，已經(jīng)嚴(yán)重影響了對(duì)農(nóng)村地區(qū)侵財(cái)犯罪的安全防范?；谝陨峡紤]，本設(shè)計(jì)完成了一種用于農(nóng)村的自動(dòng)安防報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)這種現(xiàn)代化報(bào)警系統(tǒng)來(lái)滿足農(nóng)村對(duì)安全防范的迫切需求，從而有利于降低農(nóng)村侵財(cái)犯罪案件的發(fā)生。

基于農(nóng)村安防報(bào)警過(guò)程需要專人值守的缺點(diǎn)，提出通信報(bào)警的研究設(shè)計(jì)思路，通過(guò)傳感器探測(cè)、雙音頻遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸（DTMF）及計(jì)算機(jī)通信等技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合性的智能報(bào)警系統(tǒng)，該防盜報(bào)警系統(tǒng)具有多路探測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警以及電話自動(dòng)撥號(hào)遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警等功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)盜情時(shí)可以立刻撥叫號(hào)碼，并利用普通電話線進(jìn)行報(bào)警信號(hào)的呼叫，從而及時(shí)通知不在現(xiàn)場(chǎng)的事主，有效保障農(nóng)村居民的財(cái)產(chǎn)安全。

1 系統(tǒng)硬件介紹

整個(gè)無(wú)人值守智能安防報(bào)警系統(tǒng)由AT89C52單片機(jī)、信號(hào)檢測(cè)電路、復(fù)位電路、報(bào)警電路、電話號(hào)碼預(yù)設(shè)鍵盤(pán)和顯示電路、存儲(chǔ)電路、振鈴檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)掛機(jī)電路、撥號(hào)電路以及語(yǔ)音電路組成（圖1）。

在系統(tǒng)工作之前，一方面需要預(yù)設(shè)置報(bào)警號(hào)碼，當(dāng)用戶按下重設(shè)按鍵時(shí)，顯示器顯示“TEL NUM”，此時(shí)用戶自行輸入5組報(bào)警用電話號(hào)碼，并按下確定鍵將其存儲(chǔ)，另一方面，用戶可以在語(yǔ)音合成芯片ISD1420中錄入自己喜愛(ài)的報(bào)警信息，初始化設(shè)置之后用戶即可隨時(shí)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，若信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)到有人闖入，即發(fā)出觸發(fā)報(bào)警信號(hào)送CPU，CPU經(jīng)一定延時(shí)來(lái)等待主人的復(fù)位信號(hào)，若沒(méi)有檢測(cè)到該信號(hào)，即確認(rèn)為非法入侵，報(bào)警器發(fā)出鳴叫聲，同時(shí)CPU檢查振鈴檢測(cè)電路是否有電話機(jī)振鈴信號(hào)，如果沒(méi)有振鈴信號(hào)，CPU將指示模擬摘機(jī)掛機(jī)電路摘機(jī)，并通過(guò)撥號(hào)電路從存儲(chǔ)器中查找預(yù)設(shè)的第一個(gè)報(bào)警號(hào)碼，發(fā)送其DTMF電話號(hào)碼，從而呼叫預(yù)設(shè)受話方，此時(shí)會(huì)有兩種情況出現(xiàn)，即受話方占線和受話方振鈴，若出現(xiàn)前一種情況，則系統(tǒng)進(jìn)行模擬掛機(jī)，延時(shí)后再摘機(jī)撥號(hào)，在撥號(hào)兩次后即查找下一號(hào)碼進(jìn)行重新?lián)芴?hào)，若出現(xiàn)后一種受話方振鈴、摘機(jī)的情況，則系統(tǒng)送錄制于語(yǔ)音合成芯片ISD1420中的語(yǔ)音信號(hào)，播放完畢后掛機(jī)。

2 主要硬件電路

2.1 信號(hào)檢測(cè)電路

系統(tǒng)選用P2288人體被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器為入侵檢測(cè)用傳感器。該傳感器采取平衡檢差工作方式，可感應(yīng)7～14 μm波長(zhǎng)的活動(dòng)人體紅外線，不受環(huán)境溫度及可見(jiàn)光影響[5]。該傳感器主要由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗3大部分組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中，P2288的敏感單元由LiTaO3制成，并做成很薄的薄片，每一片薄片相對(duì)的兩面各引出一根電極，電極兩端可形成等效的小電容P1、P2，因?yàn)檫@兩個(gè)電容做在同一硅晶片上，其等效小電容能自身產(chǎn)生極化，而極化的結(jié)果則在電容兩端產(chǎn)生極性相反的正、負(fù)電荷，因此，利用極性反相串聯(lián)的兩個(gè)電容可以保證該傳感器具有獨(dú)特的抗干擾性。

當(dāng)紅外線輻射至P2288紅外傳感器時(shí)，安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至探測(cè)元，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)，相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)電路由檢測(cè)濾波放大、電壓放大、觸發(fā)、雙向比較等電路組成，具體如圖3所示。

圖3中，由P2288紅外傳感器U1、電阻R1～R4、電容C1～C3和三極管Q5組成檢測(cè)濾波放大電路；由運(yùn)放U2（CA3140）、電阻R5和R6、電容C4和C5組成電壓放大電路；由運(yùn)放U3（CA3140）和電位器R7組成觸發(fā)電路；由光電耦合器U4（PC817C）和比較器U4A（LM339）組成雙向比較電路。

工作中，當(dāng)有人在傳感器U1有效測(cè)量范圍內(nèi)走動(dòng)時(shí)，U1即將人體紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換為超低頻脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)Q5和U2兩級(jí)電壓放大后加至U3的正相輸入端，并與反相輸入端電壓比較，若高于比較電壓，則6腳輸出高電平，使U4受觸發(fā)工作，其輸出信號(hào)送U4A，并與門(mén)限電平比較，以防誤動(dòng)作，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸出，送CPU的P1.6端，作為報(bào)警信號(hào)。圖3中的R7為調(diào)整電位器，可用于改變報(bào)警動(dòng)作靈敏度。

2.2 振鈴檢測(cè)電路

由電話交換機(jī)來(lái)的振鈴信號(hào)為頻率25 Hz、電壓峰值90 V的正弦波，該振鈴信號(hào)以5 s為周期（1 s通，4 s斷）?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)檢測(cè)電路如圖4所示。圖4中，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)到有人入侵，則將報(bào)警信號(hào)送單片機(jī)并啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，同時(shí)振鈴檢測(cè)電路工作，此時(shí)若有電話打入，25 Hz、90 V電話振鈴信號(hào)經(jīng)整流橋整流后，通過(guò)光電耦合器TP521輸出脈沖信號(hào)，并送入AT89C52的P3.2腳，若CPU利用中斷方式檢測(cè)到該振鈴信號(hào)，即延時(shí)掛機(jī)，否則系統(tǒng)控制MT8888芯片進(jìn)行撥號(hào)。

2.3 模擬摘機(jī)掛機(jī)、撥號(hào)電路

模擬摘機(jī)掛機(jī)、撥號(hào)電路利用功能較強(qiáng)的雙音多頻（DTMF）發(fā)送和接收器件MT8888實(shí)現(xiàn)，具體電路如圖5所示。圖5中，MT8888的IN+、IN-為DTMF輸入端，對(duì)應(yīng)內(nèi)部一差動(dòng)放大器[6]。當(dāng)CPU將預(yù)存電話號(hào)碼由數(shù)據(jù)線D0～D3送MT8888內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)內(nèi)部線路處理及D/A變換，同時(shí)線路選通信號(hào)CS有效時(shí)，則從MT8888的8腳輸出標(biāo)準(zhǔn)DTMF信號(hào)。

MT8888輸出的DTMF信號(hào)不能直接與電話線連接，故設(shè)計(jì)接口電路（Q1、Q2、Q3、Q4）輔助完成。其中，Q1和Q2起開(kāi)關(guān)作用，Q3和Q4構(gòu)成的復(fù)合管起放大作用。在向電話網(wǎng)發(fā)送號(hào)碼時(shí)，單片機(jī)令P1.2=1，通過(guò)D5和R18使Q1、Q2處于飽和狀態(tài)，此時(shí)，A、B兩點(diǎn)電壓近似相等，從電話線TIP和RING兩端來(lái)的電壓通過(guò)A、B，使Q3和Q4正常偏置處于放大狀態(tài)。此時(shí)，AT89C52的P2.5輸出低電平保證MT8888選中，DTMF信號(hào)則從MT8888的8腳輸出，經(jīng)過(guò)R17、C12送到Q3基極，經(jīng)Q3、Q4放大，最后從電話線輸出，并控制LED點(diǎn)亮，用以顯示發(fā)送狀態(tài)；當(dāng)處于非發(fā)送號(hào)碼狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)P1.2為0，Q1、Q2、Q3、Q4截止，MT8888的CS=1，因此，其8腳內(nèi)部電路處于高阻狀態(tài)，整個(gè)電路與電話線隔離，從而保證不影響正常電話的使用。

2.4 語(yǔ)音電路

語(yǔ)音電路用于錄制、播放報(bào)警用語(yǔ)音信息，可由用戶預(yù)先自行錄制并可隨時(shí)修改。該電路主要利用ISD1420集成電路完成，具體如圖6所示。

圖6中模擬語(yǔ)音信號(hào)從ISD1420的MIC和MCREF兩端口輸入，經(jīng)內(nèi)部放大后由ANAOUT端輸出，再通過(guò)外接電容C15送ANAIN端，該信號(hào)經(jīng)內(nèi)部放大后可被時(shí)鐘信號(hào)采樣并存儲(chǔ)到內(nèi)部EEPROM中。ISD1420的AGC端一般接一個(gè)RC積分電路，用以保證所存語(yǔ)音具有良好的重放效果[7]，其A0～A7端口具有地址編碼和邏輯控制雙重功能。

錄音時(shí)，單片機(jī)P0.0～P0.7輸出有效數(shù)據(jù)經(jīng)并行接口芯片8255的PB0～PB7送語(yǔ)音芯片ISD1420。從而控制ISD1420的錄音使能端口REC為低電平，PB6為高電平，A2～A7為存儲(chǔ)語(yǔ)音地址編碼，此時(shí)，模擬語(yǔ)音信號(hào)從MIC和MICREF兩個(gè)端口輸入，經(jīng)內(nèi)部處理后，即可被采樣存儲(chǔ)于確定地址編碼的EEPROM中。在錄音過(guò)程中，RECLED引腳可輸出低電平脈沖信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管作為錄音狀態(tài)操作指示。

放音時(shí)，由單片機(jī)控制PB6=0，從而保證ISD1420語(yǔ)音芯片的放音使能端PLAYL有效，同時(shí)REC置高電平，A0、A1固定接地，接下來(lái)單片機(jī)令PB0～PB7輸出ISD1420播放控制碼，使得語(yǔ)音芯片從EEPROM指定地址處輸出已錄入報(bào)警信息，該信息經(jīng)ISD1420的SP+、SP-兩端送音頻放大電路LM386放大，再由變壓器T1耦合至電話回路TIP、RING，最后經(jīng)交換機(jī)交換轉(zhuǎn)接送至指定話機(jī)或手機(jī)。

整個(gè)系統(tǒng)硬件部分除以上主要電路外，還設(shè)有矩陣式電話號(hào)碼預(yù)設(shè)鍵盤(pán)和采用液晶TC1602EL模塊的顯示電路，用以方便用戶錄入號(hào)碼及顯示。

3 軟件部分概述

系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由主程序和相關(guān)子程序（如延時(shí)子程序、語(yǔ)音提示子程序、放音子程序、撥號(hào)子程序等）組成。整個(gè)流程由主程序初始化開(kāi)始，先判斷重設(shè)鍵是否按下，若按下，則標(biāo)志位A清0，同時(shí)，液晶顯示器顯示“TEL NUM”，然后，用戶可通過(guò)預(yù)設(shè)鍵盤(pán)設(shè)置報(bào)警號(hào)碼并存儲(chǔ)，當(dāng)用戶輸入完5組號(hào)碼或重設(shè)鍵沒(méi)按下，則標(biāo)志位A置1，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下系統(tǒng)循環(huán)采集入侵檢測(cè)電路信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到入侵信號(hào)后，系統(tǒng)調(diào)延時(shí)子程序延時(shí)5 s，此時(shí)若復(fù)位鍵被按下，則系統(tǒng)關(guān)閉；否則，系統(tǒng)調(diào)撥號(hào)子程序，檢測(cè)振鈴信號(hào)，若有振鈴則延時(shí)10 s后模擬掛機(jī)，若沒(méi)有，摘機(jī)送第一個(gè)號(hào)碼撥號(hào)。在此期間，如果受話方占線，則進(jìn)行模擬掛機(jī)、延時(shí)后再摘機(jī)撥號(hào)，撥號(hào)滿兩次后再查找下一個(gè)號(hào)碼進(jìn)行撥號(hào)，反之，如果受話方振鈴、摘機(jī)，則系統(tǒng)調(diào)放音子程序，開(kāi)始傳送錄制在語(yǔ)音合成芯片ISD1420中的報(bào)警語(yǔ)音信號(hào)。

4 小結(jié)

基于農(nóng)村地區(qū)警務(wù)人員的缺乏及侵財(cái)犯罪率較高的現(xiàn)狀，專門(mén)設(shè)計(jì)用于農(nóng)村的自動(dòng)安防報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信號(hào)檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)掛機(jī)、撥號(hào)電路和語(yǔ)音電路構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)多路探測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警以及電話自動(dòng)撥號(hào)遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警功能。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全滿足農(nóng)村安防的實(shí)際需求，具有智能化程度高、實(shí)用性強(qiáng)、性能可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)這種切實(shí)有效的專門(mén)針對(duì)農(nóng)村的安防報(bào)警系統(tǒng)，可以為創(chuàng)造穩(wěn)定的農(nóng)村治安環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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