摘   要： 以MCS-51系列單片機(jī)AT89C52為核心，結(jié)合外圍無線編碼接收電路、DTMF發(fā)送接收電路、數(shù)字語音錄放電路、通話電路，以及其他的外圍輔助電路，構(gòu)成了一款高性能的智能無線安防報(bào)警器。配合各種無線傳感器，可實(shí)現(xiàn)防盜、防火等安防功能。它能智能地區(qū)分各種警情、自動(dòng)數(shù)字語音電話報(bào)警，可接收遠(yuǎn)端的電話遙控指令，有大功率繼電輸出口。

引言
現(xiàn)在安防報(bào)警系統(tǒng)越來越受到人們的重視，人們對(duì)報(bào)警器功能和性能方面的要求也越來越高。本文提出一種基于AT89C52的智能無線安防報(bào)警器：
?能與標(biāo)準(zhǔn)保安探頭進(jìn)行無線連接，實(shí)現(xiàn)大范圍安防監(jiān)控，并可隨意擴(kuò)展。
?多防區(qū)功能。能夠區(qū)分各種警情，并能夠用語音播出警情類別。
?自動(dòng)電話報(bào)警，向遠(yuǎn)方用戶提供警情語音和現(xiàn)場(chǎng)聲響，并接收用戶指令進(jìn)行相應(yīng)操作。
?多功能自由切換，低誤報(bào)率，高可靠性。
?使用方便，有較高的性價(jià)比。
本報(bào)警器串接在外線和用戶的普通電話機(jī)中間。報(bào)警號(hào)碼的輸入、報(bào)警語音的錄制、無線傳感器的錄入及其他主機(jī)參數(shù)的設(shè)定都是通過電話機(jī)完成，平時(shí)不影響電話機(jī)的工作，用戶用遙控器對(duì)主機(jī)進(jìn)行布防或撤防。當(dāng)主機(jī)接收到來自無線探頭發(fā)過來的編碼信號(hào)時(shí)，主機(jī)將編碼與原來存入的編碼進(jìn)行對(duì)照，并查詢系統(tǒng)參數(shù)，決定是否報(bào)警和采取何種方式報(bào)警。它可以自動(dòng)撥出用戶設(shè)置的報(bào)警電話，通過語音告知警情，用戶可監(jiān)聽現(xiàn)場(chǎng)聲響，還可通過電話指令啟動(dòng)警號(hào)和其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如防煤氣泄露，可啟動(dòng)排風(fēng)扇)，并決定主機(jī)進(jìn)入布防還是撤防狀態(tài)。用戶還可以主動(dòng)從異地打電話到主機(jī)，對(duì)主機(jī)布防或撤防。

圖1系統(tǒng)框圖

圖2  DTMF收發(fā)電路

圖3  數(shù)字語音錄放電路

圖4  斷線、回鈴檢測(cè)電路

圖5  后備電源電路

圖6  主程序流程圖

圖7  設(shè)置子程序流程圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的核心部分是AT89C52，其它的主要單元電路有：無線編碼接收電路、DTMF收發(fā)電路、數(shù)字語音電路、通話電路、線路切換電路、斷線檢測(cè)和回鈴檢測(cè)電路，以及電源、后備電源電路等。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
單片機(jī)、看門狗電路、無線編碼接收電路
采用MCS-51系列的AT89C52單片機(jī)，它有8K的EEPROM，無需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。256字節(jié)的RAM和32線I/O口，完全可以滿足本系統(tǒng)的要求。看門狗電路采用X5045，它是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM三種功能于一身的可編程電路。它內(nèi)部的512字節(jié)的EEPROM用來存放無線探頭的編碼和一些系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。X5045可提供1,000,000次擦寫和100年的數(shù)據(jù)保存期。無線編碼接收采用常見的超再生接收模塊，頻率315MHz,ASK方式，不含解碼芯片PT2272(采用軟件解碼)，與無線探頭端的編碼芯片PT2262對(duì)應(yīng)，有312種編碼，保證了有足夠的保密性。模塊的信號(hào)輸出端直接接到單片機(jī)的P1.1進(jìn)行軟件解碼。
DTMF收發(fā)電路
DTMF(雙音多頻)收發(fā)電路如圖2所示，其核心芯片為MT8880，可接收和發(fā)送DTMF全部16個(gè)信號(hào)，具有接收呼叫音和帶通濾波功能，能和微處理器直接接口。單片機(jī)通過DTMF收發(fā)電路撥出電話號(hào)碼進(jìn)行電話報(bào)警，并接收遠(yuǎn)端用戶的電話遙控指令進(jìn)行相應(yīng)操作。DTMF電路的輸入輸出信號(hào)都會(huì)經(jīng)過信號(hào)放大電路(以TEA1062為核心)進(jìn)行增益調(diào)整。
數(shù)字語音錄放電路
數(shù)字語音錄放電路如圖3所示。所用的數(shù)字語音芯片ISD1420，采用先進(jìn)的模擬數(shù)字語音存儲(chǔ)技術(shù)，音質(zhì)好，無須A/D轉(zhuǎn)換，可錄制20秒的語音信息，可分段存儲(chǔ)信息，采用總線技術(shù)，適宜與單片機(jī)接口。 另外，它是零功率信息存儲(chǔ)方式，斷電情況下，信息可保留10年以上；易于使用，可隨意改變錄音內(nèi)容，錄放次數(shù)達(dá)10萬次以上。在本系統(tǒng)中，用戶通過電話機(jī)將各種警情語音和用戶的地址語音(便于與110聯(lián)網(wǎng))分段錄入到ISD1420中。6種警情(或?qū)?yīng)6個(gè)防區(qū))共6×2秒=12秒，地址語音8秒。在使用ISD1400系列的語音芯片時(shí)，應(yīng)注意在REC和VCC之間接一個(gè)0.1mF的電容，以防止在上電時(shí)出現(xiàn)錄音操作而破壞原來錄制的信息。
通話電路
TEA1062是電話機(jī)專用通話集成電路。送話時(shí)，語音信號(hào)(來自ISD1420和駐集體話筒)通過MIC+引腳輸入，DTMF信號(hào)(來自MT8880)通過DTMF引腳輸入，經(jīng)過TEA1062放大后從LN引腳一起送到電話外線上。受話時(shí)，信號(hào)通過消側(cè)音網(wǎng)絡(luò)，從IR引腳輸入，放大后從引腳QR輸出，分兩路：一路送到ISD1420的ANA-IN端供語音錄制用，另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信號(hào)。
斷線、回鈴檢測(cè)電路
為防止電話線路故障或人為損壞而導(dǎo)致不能電話報(bào)警，作為一種補(bǔ)救措施，本系統(tǒng)中加入了斷線檢測(cè)電路，圖4為斷線、回鈴檢測(cè)電路。斷線檢測(cè)電路有兩個(gè)，一個(gè)是由整流橋和9018構(gòu)成的高輸入阻抗檢測(cè)電路，用于平時(shí)檢測(cè)電話外線的線路電壓，是主機(jī)自檢的一部分。此電路應(yīng)滿足電話機(jī)入網(wǎng)要求，保證外線泄露電流在15mA以下。另一個(gè)是由光耦4N33 構(gòu)成，外線電壓送到4N33的B端，若電話報(bào)警時(shí)外線突然被剪斷，則C端跳變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí)單片機(jī)將由電話報(bào)警方式自動(dòng)轉(zhuǎn)換為警號(hào)報(bào)警方式，起到雙重保護(hù)的目的。同時(shí)，4N33也構(gòu)成回鈴檢測(cè)電路。當(dāng)用戶從異地打電話到主機(jī)進(jìn)行布防撤防操作時(shí)，振鈴信號(hào)通過滌綸電容、整流橋送到4N33的IN+、IN-引腳，引起C端電平的跳變。光電隔離可以防止高壓振鈴信號(hào)串入主機(jī)。當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到振鈴信號(hào)達(dá)到相應(yīng)次數(shù)后，主機(jī)便自動(dòng)摘機(jī)，接收用戶輸入的密碼，若密碼正確，則主機(jī)開始接受用戶的遙控指令。
線路切換、電話設(shè)置電路
線路切換電路由兩個(gè)雙刀雙置繼電器組成，實(shí)現(xiàn)主機(jī)、外線、電話機(jī)連接關(guān)系的切換。平時(shí)外線與電話機(jī)連通；報(bào)警時(shí)和異地主動(dòng)監(jiān)控時(shí)，外線與主機(jī)連接；對(duì)主機(jī)進(jìn)行設(shè)置時(shí)(包括錄報(bào)警電話號(hào)碼，錄語音，及其他參數(shù)設(shè)定)，主機(jī)斷開外線，只與電話機(jī)相連，此時(shí)主機(jī)需要通過一個(gè)恒流源來給TEA1062提供電源。恒流源由發(fā)光二極管、S8550和幾個(gè)電阻組成。是否進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)由一個(gè)設(shè)置開關(guān)來決定。設(shè)置開關(guān)開，則恒流源投入，并且軟件轉(zhuǎn)入響應(yīng)的設(shè)置子程序。
后備電源電路、顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路
為保證市電斷電時(shí)，主機(jī)仍然能夠進(jìn)行電話報(bào)警，本系統(tǒng)中設(shè)有后備電源電路，如圖5所示。用4節(jié)1.2V的鎳鎘充電電池作為后備電源，電力不足時(shí)能夠自動(dòng)恒流充電；利用電壓檢測(cè)模塊HT7050A，電池充電滿后自動(dòng)停止充電。當(dāng)市電停電時(shí)，電子開關(guān)打開，后備電源接入系統(tǒng)。
由于有語音區(qū)分警情類別，故系統(tǒng)對(duì)顯示電路的要求不高。用一個(gè)發(fā)光二極管做電源指示，再用一個(gè)發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)：布防(點(diǎn)亮)、撤防(熄滅)或報(bào)警中(閃爍)，便可以滿足要求。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于一些特殊場(chǎng)合，如在防煤氣泄露中啟動(dòng)排風(fēng)扇。為保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，系統(tǒng)采用過零觸發(fā)光耦MOC3041驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，可有220V、10A的驅(qū)動(dòng)容量。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)和子程序嵌套技術(shù)，可讀性好，便于編制和擴(kuò)充。主流程采用順序查詢方式，分別檢測(cè)無線編碼信號(hào)、設(shè)置按鈕的開關(guān)狀態(tài)、外部振鈴信號(hào)。用于檢測(cè)后兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間很短，可以認(rèn)為主機(jī)是在隨時(shí)接收無線編碼信號(hào)。
主程序流程
主程序流程如圖6所示。它反復(fù)循環(huán)，調(diào)用以下幾個(gè)主要子程序：
(1)無線編碼檢測(cè)程序。如果檢測(cè)到有效信號(hào)，則轉(zhuǎn)入軟件模擬PT2272解碼子程序和報(bào)警子程序。
(2)設(shè)置按鈕狀態(tài)檢測(cè)。如果設(shè)置開關(guān)打開，則轉(zhuǎn)入設(shè)置子程序，設(shè)定主機(jī)參數(shù)。
(3)外部振鈴檢測(cè)程序。如果振鈴達(dá)到設(shè)定的次數(shù)，則轉(zhuǎn)入監(jiān)控子程序。通過參數(shù)設(shè)置，也可禁止異地主動(dòng)監(jiān)控。
設(shè)置子程序流程
設(shè)置子程序的流程如圖7所示。
主要子程序的簡(jiǎn)要介紹
(1) 報(bào)警子程序：判斷是否該報(bào)警，該采用何種報(bào)警方式(電話報(bào)警，警號(hào)報(bào)警或者兩者同時(shí)報(bào)警)。若是采用了電話報(bào)警方式，那么它會(huì)調(diào)用撥號(hào)子程序來撥出預(yù)先設(shè)定的報(bào)警電話，選擇恰當(dāng)?shù)恼Z音放送到電話線路上，此過程中它還會(huì)檢測(cè)是否有來自遙控器的撤防信號(hào)，或是用戶端的反控信號(hào)。
(2) 監(jiān)控子程序：當(dāng)用戶在異地向主機(jī)打電話來進(jìn)行布、撤防或其他操作，監(jiān)控子程序就會(huì)接收用戶的這些指令。它首先校驗(yàn)用戶密碼，看是否是合法用戶。如果是，則監(jiān)控子程序可按照用戶的指令進(jìn)行布防、撤防、啟動(dòng)警號(hào)、開關(guān)繼電輸出口等。
幾點(diǎn)注意事項(xiàng)
(1) 無線編碼的軟件解碼。本報(bào)警器用軟件模擬PT2272來進(jìn)行軟件解碼，這樣無論發(fā)射端PT2262的地址碼是怎樣的，報(bào)警器都可以接收該編碼。而采用硬件PT2272進(jìn)行解碼時(shí)，只有它與PT2262的地址碼完全一致時(shí)，才能成功解碼。由于一臺(tái)報(bào)警主機(jī)要能與多個(gè)無線傳感探頭進(jìn)行無線方式連接，且能夠區(qū)分各探頭達(dá)到分區(qū)的目的，因此必須采用軟件解碼方式。
(2) 主機(jī)的防誤報(bào)功能。在本報(bào)警器使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)煙感探頭存在著電池電壓下降(9伏電池降到7.5伏左右)而導(dǎo)致誤發(fā)信號(hào)的問題，這就會(huì)導(dǎo)致主機(jī)的誤報(bào)警。這是同類報(bào)警器普遍存在的問題。根據(jù)對(duì)煙感探頭低電誤報(bào)特點(diǎn)的研究，發(fā)現(xiàn)此時(shí)煙感探頭發(fā)出的碼信號(hào)比正常報(bào)警時(shí)要短，于是在程序中加入靈敏度調(diào)節(jié)模塊，規(guī)定只有連續(xù)幾次都收到有效信號(hào)(只針對(duì)裝有煙感探頭的防區(qū))，主機(jī)才開始報(bào)警。靈敏度6級(jí)可調(diào)，只要設(shè)置合適，就可以兼顧靈敏度和可靠性，解決煙感探頭的誤報(bào)問題。
(3) 主機(jī)工作方式的靈活性。在軟件中定義了30多條指令，可以對(duì)主機(jī)進(jìn)行各種工作方式的選擇，參數(shù)大小的設(shè)置，便于調(diào)試人員調(diào)試，也便于用戶使用，將軟件的功能發(fā)揮到最大。

結(jié)語
本文介紹的安防報(bào)警器能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)，具有自動(dòng)電話語音報(bào)警功能，借用普通電話作為鍵盤，來對(duì)報(bào)警主機(jī)進(jìn)行設(shè)置，并通過軟件實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。考慮到可擴(kuò)展性，在軟件中含有聯(lián)網(wǎng)子程序，可與監(jiān)控中心的PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)，適用于小區(qū)和大樓等場(chǎng)合的集中管理。