遠程報警裝置的設計與實現

張占勝， 孟慶宇， 張 濛， 王鑫正

(沈陽化工大學信息工程學院，遼寧沈陽110142)

近年來，隨著科技的飛速發展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月異地更新.在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，單片機往往作為一個核心部件使用［1］.電話遠程報警是一個比較新的課題，與常規的報警方式相比，顯示出一定的優越性:不需進行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染.同時，隨著電子技術的發展和人們安全防范意識的增強，報警經歷了不斷的發展與改進.但是市場上常見的報警系統都或多或少地存在一些缺點.例如，利用手機發短信實現的報警器存在不能及時、快速通知用戶的隱患，寬帶也面臨線路被切斷的可能，且不易普及，現場報警和現場顯示的缺點是必須有人職守等.因此，本設計針對在無人情況下可能出現的火災等險情，制作一個遠程自動報警裝置，可以及時將報警信息通知給主人進行語音報警，達到探測靈敏、報警準確、抗干擾能力強的要求.同時，實現節能降耗的作用，使其在待機情況下耗電量最低;與電話并聯，不影響電話的正常使用.

1 總體設計方案和基本思路

1.1 總體設計方案

總體設計方案如圖1所示.

圖1 總體設計方案Fig.1 The overall design

利用電話實現的遠程報警裝置由單片機構成主控部分［2］，進行主要的信息處理，以及接收外部操作指令形成各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄.接口電路是提供單片機與電話外線的接口.檢測裝置主要包括傳感器、單片機和PT2262無線發送模塊.報警系統主要包括單片機與PT2272無線接收模塊的接口電路，電話振鈴檢測電路，電話自動摘機、掛機電路，DTMF信號解碼電路，語音提示電路，以及音頻放大電路.語音提示電路是該作品重要組成部分.語音提示電路受單片機的控制產生相應的提示音進行提示，并通過反饋電路反饋至電話外線，從而使用戶可以及時、準確地知道家中發生的災情，避免造成更大損失.

1.2 基本思路

(1)當沒有警情時，遠程報警裝置作為電話機正常使用.DS18B20用來采集室內溫度信息，它把溫度信息傳遞給單片機(STC89C52)，單片機(STC89C52)對這些溫度信號進行分析，當系統檢測到被測的任意一個溫度參數不在設置的標準范圍內時，報警中斷程序開始運行.

(2)單片機(STC89C52)將警情信號傳遞給PT2262，PT2262再將此警情信號發送給PT2272，PT2262和PT2272是一對無線發送和接收模塊，然后PT2272又將警情信號傳遞給單片機(STC89C54).

(3)單片機(STC89C54)通過引腳驅動報警芯片進行現場報警，并調用撥號子程序進行撥號，然后對電話線上的回鈴音進行檢測，判定對方電話的狀態.待對方摘機后，調用語音模塊輸出相關的語音報警信息.

2 硬件電路組成

2.1 警情檢測電路

警情檢測電路是一個獨立的模塊，原理圖如2所示，它由單片機最小系統、無線發送模塊和各種傳感器組成.

圖2 警情檢測電路原理圖Fig.2 The schematics of dangerous detection

2.2 PT2272與單片機接口電路

此部分主要由單片機最小系統和PT2272電路組成，電路原理圖如圖3所示.由于所設計的軟件占用內存較大，所以，采用STC89C54單片機，它的ROM為16 kB，RAM為128 B，功能與51單片機相似.PT2272電路采用沿轉換電路.原理:INT1只能采集到下降沿/低電平，而當PT2272接收到有效數據時VT為高電平.因此，當采集到有效信號時，VT產生上升沿.對于Q4來說，當飽和導通時，它相當于開關.

當VT=0時，INT1=1，Q8050處于截止狀態.

當VT=1時，INT1=0，Q4處于飽和導通狀態.

①當有信號時，VT=1，D0～D3為傳輸數據.

②當沒有信號時，VT=0，D0～D3為無效.

圖3 PT2272與單片機接口電路Fig.3 PT2272 and SCM interface circuit

2.3 現場報警電路

9561集成音樂芯片能產生槍聲、警車警報聲、消防車聲、救護車聲4種聲音，聲音區分見表1.現場報警的電路原理圖如圖4所示.

表1 9561集成音樂芯片的4種聲音Table 1 Four sound of 9561

圖4 報警電路原理圖Fig.4 The schematics of alarming

由于9561芯片供電電壓為3.5～4.2 V，而單片機的供電電源為5 V，所以，采用D1、D2降壓，即5－(0.7+0.7)=3.6 V，保證了9561的正常供電.

2.4 DTMF解碼電路

HT9200A雙音多頻信號發生器［3］，可以由指令控制產生16種雙頻信號和8種單頻信號，并由DTMF引腳輸出.電路如圖5所示.其中，光耦起到隔離和信號傳輸作用.R5、R6和R7的連入，增加了單片機的帶負載能力.當輸出高電平時，單片機輸出電流約為15 μA;當輸出低電平時，單片機輸入電流為1.6 mA，因為5V/R5＜1.6 mA，所以R＞3.125 kΩ，光耦的電流值約為1 mA時，光耦能正常工作.

圖5 DTMF解碼電路原理圖Fig.5 The schematics of DTMF decoding

2.5 振鈴檢測

振鈴檢測電路如圖6所示.

電話振鈴信號通過電容C49、C50隔直、Z4穩壓二極管、R75和R77限流電阻輸入至光電耦合器U12B的輸入端1口，C49、C50、Z4、R75和R77共同組成振鈴信號變換電路，它們使輸入電壓和電流不會太大，對后面的光電耦合器起保護作用.光電耦合器U12B起的是隔離作用，它以光電轉換原理傳輸信息，使信息發出端(一次側)與信息接收并輸出端(二次側)是絕緣的，從而對地電位差干擾有很強的抑制能力，而且有很強的抑制電磁干擾能力［4］.

圖6 振鈴檢測電路原理圖Fig.6 The schematics of ringing detection

電容C51起到濾波作用，容值越大越好.振鈴信號通過光耦U12B的16腳輸出振鈴正弦波，經過3個反向器的整形輸出到單片機STC89C54的P3.2口，中斷方式采用外部中斷INT0，控制繼電器模擬摘機，完成振鈴音檢測.

2.6 語音提示電路

語音提示電路主要由語音錄放芯片ISD4004組成［5］，電路如圖7所示.由此功能模塊實現語音的存儲和錄放，從而在發生險情時能夠語音告知主人是何種警情.

圖7 語音提示電路原理圖Fig.7 The schematics of voice prompt

3 軟件的總體設計思想

本設計采用時間片輪詢的方法進行系統編程［6］，定時器產生30 ms的時間片，當計時時間到時，對各個任務進行置位/復位.時間片觸發系統時鐘為就緒狀態，在系統時間中，不停地對各個任務等待時間進行處理，當到達設定任務時，將任務標志位設為就緒狀態，在主程序中不停地查詢/判斷任務標志位是否為就緒狀態，如果是就緒狀態，則進入相應子函數.主程序中，在其它狀態都處于等待狀態時，則執行掃描按鍵子程序.在各個任務子程序中，則把任務標志位設為等待狀態，并設為等待時間.主程序采用優先級判斷方法，在多個任務同時為就緒狀態時，則先執行優先級高的，執行完后，返回主程序，再執行次級子程序.

在處理顯示、按鍵等關聯程序時，采用圖片形式的處理方法:程序把各個顯示界面看成一幅幅圖片，并用picture標識現在正在運行哪個界面.在圖片設計思路下，采用分級菜單式設計思路，共分成2個主界面:一是待機界面，二是設定界面.在設定界面中，又分為3個界面:(1)萬年歷設定;(2)報警號碼設定;(3)錄音設定.在報警號碼設定時又包含3個子界面:火災報警錄音、煤氣泄漏報警錄音和無人自動接聽.這些界面都由確定鍵進入相應子菜單，由返回鍵進入上級菜單，進入相應子菜單時，則對相應的全局變量初始化，這時加鍵、減鍵修改的值則是相應圖片的參數.

主程序流程圖如圖8所示.

圖8 主程序流程圖Fig.8 The main program flowchart

系統上電后，首先對單片機系統的各個控制引腳初始化，以確保各塊功能硬件正常工作.系統初始化后，則對任務初始化，使各個任務處于正常狀態.在While循環中則不停地查詢任務標志的狀態，取出處于就緒狀態的任務的標志.根據任務的標志調用相應的子函數，在子函數中使任務處于非就緒狀態.當完成就緒的任務后，返回到主函數，繼續查詢任務狀態.在主函數中，常量SYS_TIMER_TASK、PT2272PROCTASK、DETECTPROCTASK……的順序是根據任務的緊急情況來排列的，即當2個以上的任務同時處于就緒狀態時，則執行值小的(情況緊急的)事件，然后執行次級任務.

4 結束語

隨著生活水平的提高，人們的家居安全意識也在加強，同時，家居安全問題逐漸引起人們的注意.只要人們注意了，煤氣中毒、被盜、火災、居室煙霧引發肺癌和空氣潮濕引發風濕病等問題是可以避免的.現在，家居自動化出現了，基于微電腦控制技術的智能家居系統發展前景廣闊.

本課題從實際應用出發，設計出可以檢測多種突發事件，并自動循環撥打預先按優先級存儲的號碼，直到有人接聽為止，進行語音提示，告知主人是何種險情的遠程報警裝置.此報警裝置是一種具有前瞻性的實用新型家用安防產品.因此，作為智能家居一部分的遠程報警裝置也必將有一個更為廣闊的市場前景和未來.

［1］ 魏立峰，王寶興.單片機原理與應用技術［M］.北京:北京大學出版社，2006:8－30.

［2］ 張大彪，黃戰平.電話語音自動報警系統［J］.河北工業科技，1999，16(3):49－52.

［3］ NOLL P，MPEG Diginal Audio Coding［J］.IEEE Signal Processing Magzine，1997，14(5):59－81.

［4］ 許元興，邱明樹，薛鴻貴.電話機原理、使用及故障檢修大全［M］.北京:人民郵電出版社，1993:80－127.

［5］ 張常年.ISD4004語音芯片的工作原理及智能控制系統中的應用［J］.電子元件與材料，2001，6:22－23.

［6］ 王為青，程國鋼.單片機Keil Cx51應用開發技術［M］.北京:人民郵電出版社，2007:112－169.