農村自動安防報警系統的設計

摘要：針對農村安防現場報警過程需要有人值守的缺點，提出了綜合傳感器探測、雙音頻遠程數據傳輸（DTMF）及計算機通信等技術的用于農村的自動安防報警系統。該系統主要由信號檢測電路、模擬摘機掛機、撥號電路和語音電路構成，具有智能化程度高、實用性強、性能可靠穩定等特點，可以在發生盜情時撥叫號碼，并能利用普通電話線進行報警語音信號自動呼叫，從而及時通知不在現場的主人，有效保障廣大農民的財產安全。

關鍵詞：安防報警；無人值守；農村；雙音頻；語音電路

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：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

基金項目：江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目（CXLX12_0277）； 江蘇省高校自然科學基礎研究面上項目（12KJD510003）；淮安市科技

支撐計劃農業項目（SN1161）

作者簡介：孔慶霞（1976-），女，江蘇淮安人，實驗師，主要從事智能檢測與智能控制的研究工作，（電話）13645230365（電子信箱）

flh3650326@163.com。

隨著我國經濟的不斷發展，農村居民擁有的財富越來越多，對安全服務的要求也日益迫切。然而，由于農村地域廣大，村民居住分散，治安防范中存在不少薄弱環節，總體呈現出盜竊等侵財犯罪多發的特點，安全防范工作面臨著巨大的挑戰[1]。目前，農村防盜報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，即使有數量極少的個別地區使用安防報警系統[2-4]，也只是簡單的機械式設備，其防范系數低，安全性差，適用空間小，已經嚴重影響了對農村地區侵財犯罪的安全防范。基于以上考慮，本設計完成了一種用于農村的自動安防報警系統，通過這種現代化報警系統來滿足農村對安全防范的迫切需求，從而有利于降低農村侵財犯罪案件的發生。

基于農村安防報警過程需要專人值守的缺點，提出通信報警的研究設計思路，通過傳感器探測、雙音頻遠程數據傳輸（DTMF）及計算機通信等技術設計了一個綜合性的智能報警系統，該防盜報警系統具有多路探測、現場報警以及電話自動撥號遠程語音報警等功能，當系統發現盜情時可以立刻撥叫號碼，并利用普通電話線進行報警信號的呼叫，從而及時通知不在現場的事主，有效保障農村居民的財產安全。

1 系統硬件介紹

整個無人值守智能安防報警系統由AT89C52單片機、信號檢測電路、復位電路、報警電路、電話號碼預設鍵盤和顯示電路、存儲電路、振鈴檢測電路、模擬摘機掛機電路、撥號電路以及語音電路組成（圖1）。

在系統工作之前，一方面需要預設置報警號碼，當用戶按下重設按鍵時，顯示器顯示“TEL NUM”，此時用戶自行輸入5組報警用電話號碼，并按下確定鍵將其存儲，另一方面，用戶可以在語音合成芯片ISD1420中錄入自己喜愛的報警信息，初始化設置之后用戶即可隨時啟動報警系統。當系統工作時，若信號檢測電路檢測到有人闖入，即發出觸發報警信號送CPU，CPU經一定延時來等待主人的復位信號，若沒有檢測到該信號，即確認為非法入侵，報警器發出鳴叫聲，同時CPU檢查振鈴檢測電路是否有電話機振鈴信號，如果沒有振鈴信號，CPU將指示模擬摘機掛機電路摘機，并通過撥號電路從存儲器中查找預設的第一個報警號碼，發送其DTMF電話號碼，從而呼叫預設受話方，此時會有兩種情況出現，即受話方占線和受話方振鈴，若出現前一種情況，則系統進行模擬掛機，延時后再摘機撥號，在撥號兩次后即查找下一號碼進行重新撥號，若出現后一種受話方振鈴、摘機的情況，則系統送錄制于語音合成芯片ISD1420中的語音信號，播放完畢后掛機。

2 主要硬件電路

2.1 信號檢測電路

系統選用P2288人體被動式熱釋電紅外傳感器為入侵檢測用傳感器。該傳感器采取平衡檢差工作方式，可感應7～14 μm波長的活動人體紅外線，不受環境溫度及可見光影響[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，其內部結構如圖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，因為這兩個電容做在同一硅晶片上，其等效小電容能自身產生極化，而極化的結果則在電容兩端產生極性相反的正、負電荷，因此，利用極性反相串聯的兩個電容可以保證該傳感器具有獨特的抗干擾性。

當紅外線輻射至P2288紅外傳感器時，安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至探測元，從而使傳感器輸出電壓信號，相應的信號檢測電路由檢測濾波放大、電壓放大、觸發、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組成檢測濾波放大電路；由運放U2（CA3140）、電阻R5和R6、電容C4和C5組成電壓放大電路；由運放U3（CA3140）和電位器R7組成觸發電路；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，當有人在傳感器U1有效測量范圍內走動時，U1即將人體紅外線信號轉換為超低頻脈沖信號，該信號經Q5和U2兩級電壓放大后加至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受觸發工作，其輸出信號送U4A，并與門限電平比較，以防誤動作，產生的脈沖信號輸出，送CPU的P1.6端，作為報警信號。圖3中的R7為調整電位器，可用于改變報警動作靈敏度。

2.2 振鈴檢測電路

由電話交換機來的振鈴信號為頻率25 Hz、電壓峰值90 V的正弦波，該振鈴信號以5 s為周期（1 s通，4 s斷）。基于上述特點，設計相應檢測電路如圖4所示。圖4中，當信號檢測電路檢測到有人入侵，則將報警信號送單片機并啟動現場報警，同時振鈴檢測電路工作，此時若有電話打入，25 Hz、90 V電話振鈴信號經整流橋整流后，通過光電耦合器TP521輸出脈沖信號，并送入AT89C52的P3.2腳，若CPU利用中斷方式檢測到該振鈴信號，即延時掛機，否則系統控制MT8888芯片進行撥號。

2.3 模擬摘機掛機、撥號電路

模擬摘機掛機、撥號電路利用功能較強的雙音多頻（DTMF）發送和接收器件MT8888實現，具體電路如圖5所示。圖5中，MT8888的IN+、IN-為DTMF輸入端，對應內部一差動放大器[6]。當CPU將預存電話號碼由數據線D0～D3送MT8888內部數據緩沖器，經內部線路處理及D/A變換，同時線路選通信號CS有效時，則從MT8888的8腳輸出標準DTMF信號。

MT8888輸出的DTMF信號不能直接與電話線連接，故設計接口電路（Q1、Q2、Q3、Q4）輔助完成。其中，Q1和Q2起開關作用，Q3和Q4構成的復合管起放大作用。在向電話網發送號碼時，單片機令P1.2=1，通過D5和R18使Q1、Q2處于飽和狀態，此時，A、B兩點電壓近似相等，從電話線TIP和RING兩端來的電壓通過A、B，使Q3和Q4正常偏置處于放大狀態。此時，AT89C52的P2.5輸出低電平保證MT8888選中，DTMF信號則從MT8888的8腳輸出，經過R17、C12送到Q3基極，經Q3、Q4放大，最后從電話線輸出，并控制LED點亮，用以顯示發送狀態；當處于非發送號碼狀態時，單片機P1.2為0，Q1、Q2、Q3、Q4截止，MT8888的CS=1，因此，其8腳內部電路處于高阻狀態，整個電路與電話線隔離，從而保證不影響正常電話的使用。

2.4 語音電路

語音電路用于錄制、播放報警用語音信息，可由用戶預先自行錄制并可隨時修改。該電路主要利用ISD1420集成電路完成，具體如圖6所示。

圖6中模擬語音信號從ISD1420的MIC和MCREF兩端口輸入，經內部放大后由ANAOUT端輸出，再通過外接電容C15送ANAIN端，該信號經內部放大后可被時鐘信號采樣并存儲到內部EEPROM中。ISD1420的AGC端一般接一個RC積分電路，用以保證所存語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，單片機P0.0～P0.7輸出有效數據經并行接口芯片8255的PB0～PB7送語音芯片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為存儲語音地址編碼，此時，模擬語音信號從MIC和MICREF兩個端口輸入，經內部處理后，即可被采樣存儲于確定地址編碼的EEPROM中。在錄音過程中，RECLED引腳可輸出低電平脈沖信號，用以驅動發光二極管作為錄音狀態操作指示。

放音時，由單片機控制PB6=0，從而保證ISD1420語音芯片的放音使能端PLAYL有效，同時REC置高電平，A0、A1固定接地，接下來單片機令PB0～PB7輸出ISD1420播放控制碼，使得語音芯片從EEPROM指定地址處輸出已錄入報警信息，該信息經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，最后經交換機交換轉接送至指定話機或手機。

整個系統硬件部分除以上主要電路外，還設有矩陣式電話號碼預設鍵盤和采用液晶TC1602EL模塊的顯示電路，用以方便用戶錄入號碼及顯示。

3 軟件部分概述

系統軟件采用模塊化結構設計，由主程序和相關子程序（如延時子程序、語音提示子程序、放音子程序、撥號子程序等）組成。整個流程由主程序初始化開始，先判斷重設鍵是否按下，若按下，則標志位A清0，同時，液晶顯示器顯示“TEL NUM”，然后，用戶可通過預設鍵盤設置報警號碼并存儲，當用戶輸入完5組號碼或重設鍵沒按下，則標志位A置1，系統進入正常工作狀態，在此狀態下系統循環采集入侵檢測電路信號，當檢測到入侵信號后，系統調延時子程序延時5 s，此時若復位鍵被按下，則系統關閉；否則，系統調撥號子程序，檢測振鈴信號，若有振鈴則延時10 s后模擬掛機，若沒有，摘機送第一個號碼撥號。在此期間，如果受話方占線，則進行模擬掛機、延時后再摘機撥號，撥號滿兩次后再查找下一個號碼進行撥號，反之，如果受話方振鈴、摘機，則系統調放音子程序，開始傳送錄制在語音合成芯片ISD1420中的報警語音信號。

4 小結

基于農村地區警務人員的缺乏及侵財犯罪率較高的現狀，專門設計用于農村的自動安防報警系統，該系統由信號檢測電路、模擬摘機掛機、撥號電路和語音電路構成，可以實現多路探測、現場報警以及電話自動撥號遠程語音報警功能。整個系統的設計完全滿足農村安防的實際需求，具有智能化程度高、實用性強、性能可靠穩定等特點。通過設計這種切實有效的專門針對農村的安防報警系統，可以為創造穩定的農村治安環境打下堅實的基礎。

參考文獻：

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