智能報警系統的設計

陳世夏,丁國臣,戚甫峰

摘 要:采用單片機控制技術,利用現有電話座機,設計了撥號、信號發生器、自動摘掛機、信號音檢測、語音錄放等電路,并編制了相應的軟件進行系統控制。由于該系統與電話線并用,易于實現,可較好地解決家庭、店鋪、辦公室及一些重要場所的防盜報警問題。經使用證明,該系統運行可靠,性價比較高。該智能報警系統的主要創新點是利用現有電話網絡,采用單片機控制,具有較高的可靠性。

關鍵詞:智能報警;信號音檢測;HT9170;HT9200A

中圖分類號:TP274.2文獻標識碼:B

文章編號: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

本智能報警系統充分利用現有電話網絡進行設計,利用電話鍵盤操作電路、振鈴識別電路、異地留言電路、自動識別主被叫摘掛機電路、雙音頻撥號(自振鈴)電路等,解決報警不及時、漏報、誤報等問題,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警。

1 總體設計方案

1.1 技術要求

經過調查研究,從技術上認真分析,認為需滿足下列六條技術要求,方能實現功能完善、操作方便這兩個主要目標。

(1) 報警器靈敏度要高,又要求防止誤報;

(2) 事故地點(報警站)與被呼叫對象(接收站)之間的空間距離應不受限制;

(3) 語音和數字信息在同一條信道上傳輸;

(4) 由于用戶環境不同,配合使用的傳感器類型及數量亦不相同;

(5) 用E2PROM固化程序;

(6) 如因故死機,應能正常恢復運行。

根據上述要求,構成如圖1所示的系統框圖[1]。

1.2 系統主要功能

(1) 當室內有警情發生時(如有人非法進入室內、煤氣泄漏、火災等),智能電話報警系統能及時地通過各種傳感器獲知警情,對警情的種類進行判斷,并立即自動順序撥打預設的2個電話號碼。在撥號后,首先判斷對方是否摘機,如是,則根據不同的警情播放相應的錄制好的語音報警內容;否則,掛機后撥下一組預置電話,直至2個電話全部接通。

圖1 系統框圖

(2) 本報警器內置電話撥號系統,能向用戶指定的2個電話機發送發生事故的地點、用戶姓名、電話號碼等信息的語音或數字報警信息,使警情得到及時處理。2個電話機類型包括手機、傳呼機、家用電話機。通過電話機的撥號盤就可輸入2條精簡指令及用戶信息,就像操作計算器一樣簡單。由于采用數字錄音技術,用戶可自行錄入語音,反復錄放,分2段存儲、播放。設有外出布防、留守撤防兩種狀態,適用于家中有人、無人兩種情況。

(3) 斷電后,本報警器的備用電池立即自動啟用。

(4) 當電話被盜打時,能及時報警。

2 技術措施[2]

(1) 采用公用電話線作為信息傳輸媒體,不用無線方式。

(2) 傳送報警信息用語音方式或數字信息方式,可在電話機上收聽,使用方便。

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

(4) 安裝看門狗電路,因故死機后能恢復正常運行。

(5) 在E2PROM中寫入2條精簡指令,斷電后可以永久保存。

3 智能電話報警器硬件設計

智能電話報警器硬件部分由撥號電路、自動摘掛機電路、信號音檢測電路、語音錄放電路、報警電路和看門狗電路等部分組成的。

3.1 主要電路設計

3.1.1 撥號電路

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

3.1.2 信號發生器HT9200A

HT9200A是一種串行式DTMF信號發生器,具有良好的溫度適應性,其工作溫度范圍為-20～+70 ℃,采用8引腳DIP或SOP封裝。

3.1.3 信號接收器HT9170

HT9170集成了數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采用數字化計算方法識別,將16倍的DTMF音頻解碼后轉化為4位代碼輸出。高精度的轉換電容濾波器將音頻DTMF信號分離為低頻信號和高頻信號,自帶撥號音頻阻波電路可省去前置濾波器所需的阻波電路。

3.1.4 自動摘掛機電路

自動摘掛機電路如圖2所示。由三極管反相放大電路和繼電器組成。系統檢測信號電平為0～35 V,當系統檢測到報警信號時,主控系統使PICK變為高電平,三極管導通,繼電器吸合,K1接通,系統自動摘機。當用戶執行完命令操作之后(如向外報警過程完成后),主控系統給PICK一個低電平,三極管截止,繼電器釋放,開關K1斷開,自動掛機。

圖2 自動摘掛機電路

3.1.5 信號音檢測電路

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

信號檢測電路見圖3。采用光電耦合器檢測信號,電阻R1,R2用于分壓,R3,D用于分流,各元件的參數如圖中標注。信號經光耦后輸出負脈沖信號,輸出采用帶施密特觸發的反相器74LS19進行信號處理,轉變成數字信號,供主控系統計數[4]。

圖3 信號檢測電路

計數時間為5 s,撥號音的計數下限為(450-25)×5=2 125,計數上限為(450+25)×5=2 375,即計數范圍為2 125～2 375。同理,忙音的計數范圍為1 041～1 212,回鈴音的計數范圍為425～475,無信號音的計數值應為0。故系統采用不同信號音相鄰計數界限的中間值來區分不同的信號音。

3.2 語音錄放電路

系統的語音錄放電路選用單片機語音錄放電路系列集成電路ISD1420,ISD1420為美國ISD公司推出的產品,單片錄放時間為8～20 s,音質好。ISD1420采用CMOS技術,內含振蕩器、話筒前置放大、自動增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚聲器驅動及E2PROM陣列。最小的錄放系統僅需麥克風、喇叭、兩個按鈕、電源及少量電阻電容。在錄放操作結束后,器件自動進入低功耗節電模式,功耗僅0.5 μW。

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

3.3 報警信號探測電路[5,6]

報警信號探測電路如圖4所示。本系統選用AMN型熱釋電紅外傳感器進行探測。用性能較好的OP-07放大信號,用單電源供電,放大倍數設為10(Au=R2/R1=10),當有人進入其探測范圍時,傳感器的2號管腳輸出正向電平,經放大后產生報警啟動信號送主控制電路。

圖4 報警信號探測電路

4 智能電話報警器的軟件設計

軟件部分主要通過匯編語言編程[3],控制單片機AT89C51的P0,P1,P2,P3口的高低電位從而達到報警目的。首先單片機初始化,單片機AT89C51的P3.2口開始檢測報警信號,當P3.2口檢測到一個高電平時,表示有報警信號輸入,這時P0.0口給出一個高電平信號,使系統的自動摘掛機電路自動摘機,同時撥號電路也處在了撥號狀態。如果單片機的T0口記數結果是允許撥號,則P2輸出一組電平信號使撥號電路自動撥110報警,否則掛機。當撥號成功后,單片機的P1.7口給一個高電平信號,觸發放音電路自動播放預先儲存在ISD1420中的報警內容。報警結束后,單片機的P0.0口給一個低電平信號,系統自動掛機,完成整個報警過程。軟件流程如圖5所示[7]。

5 結 語

經過安裝與調試,本電話自動報警器實現了以下功能:

圖5 主程序流程圖

(1) 本系統與電話機并聯,只在報警期間占用電話線路,報警結束后系統與電話線路脫離,

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

(2) 本報警器具有自動、快速、準確的特點,當警情發生時,能夠自動撥打110,對方摘

機后自動播放已錄制好的語音報警內容。若遇到對方占線,能自動摘掛機,并能按照撥號、檢測、放音的順序自動循環。

(3) 傳統報警系統大都存在同時報警爭信道問題。而本報警器由于利用公共通信網,此

問題得到圓滿解決,不會造成混亂,保證報警可靠。

(4) 成本低,可以廣泛地應用于倉庫、商店、家庭的安全防范。

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