智能报警系统的设计

摘 要:采用单片机控制技术,利用现有电话座机,设计了拨号、信号发生器、自动摘挂机、信号音检测、语音录放等电路,并编制了相应的软件进行系统控制。由于该系统与电话线并用,易于实现,可较好地解决家庭、店铺、办公室及一些重要场所的防盗报警问题。经使用证明,该系统运行可靠,性价比较高。该智能报警系统的主要创新点是利用现有电话网络,采用单片机控制,具有较高的可靠性。

关键词:智能报警;信号音检测;HT9170;HT9200A

中图分类号:TP274.2文献标识码:B

文章编号: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

本智能报警系统充分利用现有电话网络进行设计,利用电话键盘操作电路、振铃识别电路、异地留言电路、自动识别主被叫摘挂机电路、双音频拨号(自振铃)电路等,解决报警不及时、漏报、误报等问题,并能提高电话接通率。主要用于家庭、店铺、办公室、具有贵重物品场所的防盗报警。

1 总体设计方案

1.1 技术要求

经过调查研究,从技术上认真分析,认为需满足下列六条技术要求,方能实现功能完善、操作方便这两个主要目标。

(1) 报警器灵敏度要高,又要求防止误报;

(2) 事故地点(报警站)与被呼叫对象(接收站)之间的空间距离应不受限制;

(3) 语音和数字信息在同一条信道上传输;

(4) 由于用户环境不同,配合使用的传感器类型及数量亦不相同;

(5) 用E2PROM固化程序;

(6) 如因故死机,应能正常恢复运行。

根据上述要求,构成如图1所示的系统框图[1]。

1.2 系统主要功能

(1) 当室内有警情发生时(如有人非法进入室内、煤气泄漏、火灾等),智能电话报警系统能及时地通过各种传感器获知警情,对警情的种类进行判断,并立即自动顺序拨打预设的2个电话号码。在拨号后,首先判断对方是否摘机,如是,则根据不同的警情播放相应的录制好的语音报警内容;否则,挂机后拨下一组预置电话,直至2个电话全部接通。

图1 系统框图

(2) 本报警器内置电话拨号系统,能向用户指定的2个电话机发送发生事故的地点、用户姓名、电话号码等信息的语音或数字报警信息,使警情得到及时处理。2个电话机类型包括手机、传呼机、家用电话机。通过电话机的拨号盘就可输入2条精简指令及用户信息,就像操作计算器一样简单。由于采用数字录音技术,用户可自行录入语音,反复录放,分2段存储、播放。设有外出布防、留守撤防两种状态,适用于家中有人、无人两种情况。

(3) 断电后,本报警器的备用电池立即自动启用。

(4) 当电话被盗打时,能及时报警。

2 技术措施[2]

(1) 采用公用电话线作为信息传输媒体,不用无线方式。

(2) 传送报警信息用语音方式或数字信息方式,可在电话机上收听,使用方便。

(3) 报警器设有修改用户密码的电路,可以在很远的地方通过电话线路修改自己家中的电话报警器的密码,远程控制报警器的设防或撤防操作。

(4) 安装看门狗电路,因故死机后能恢复正常运行。

(5) 在E2PROM中写入2条精简指令,断电后可以永久保存。

3 智能电话报警器硬件设计

智能电话报警器硬件部分由拨号电路、自动摘挂机电路、信号音检测电路、语音录放电路、报警电路和看门狗电路等部分组成的。

3.1 主要电路设计

3.1.1 拨号电路

拨号电路采用HT9170和HT9200A分别作为双音多频(DTMF)信号接收器和发生器。自动拨号芯片采用串行式DTMF拨号芯片HT9200A,接收CPU送入的电话号码并向电话线送出双音多频信号,以使主叫和被叫用户之间建立联接。HT9200A的每一种输出频率由5位(D4～D0)不同的位码组合决定。当片选信号CE为低电平时,CPU通过P0.5口向HT9200A的数据输入端DATA串行输入5位编码,在CLK的下降沿将数据锁存,并从输出端DTMF通过模拟开关向电话线输送DTMF音调的拨号信号[3]。

3.1.2 信号发生器HT9200A

HT9200A是一种串行式DTMF信号发生器,具有良好的温度适应性,其工作温度范围为-20～+70 ℃,采用8引脚DIP或SOP封装。

3.1.3 信号接收器HT9170

HT9170集成了数字解码器和带滤波器功能的双音频DTMF接收器,可工作在掉电模式和抑制模式下。HT9170采用数字化计算方法识别,将16倍的DTMF音频解码后转化为4位代码输出。高精度的转换电容滤波器将音频DTMF信号分离为低频信号和高频信号,自带拨号音频阻波电路可省去前置滤波器所需的阻波电路。

3.1.4 自动摘挂机电路

自动摘挂机电路如图2所示。由三极管反相放大电路和继电器组成。系统检测信号电平为0～35 V,当系统检测到报警信号时,主控系统使PICK变为高电平,三极管导通,继电器吸合,K1接通,系统自动摘机。当用户执行完命令操作之后(如向外报警过程完成后),主控系统给PICK一个低电平,三极管截止,继电器释放,开关K1断开,自动挂机。

图2 自动摘挂机电路

3.1.5 信号音检测电路

电话系统拨号音,回铃音和忙音的音源频率平均为450 Hz(±25 Hz),只是断续比不同,且在时间上有明显差异(拨号音为450±25 Hz连续信号,忙音为035 s通,035 s断,回铃音为1 s通,4 s断)。故信号音为模拟信号。信号音检测电路需完成模拟量到数字量的转换。

信号检测电路见图3。采用光电耦合器检测信号,电阻R1,R2用于分压,R3,D用于分流,各元件的参数如图中标注。信号经光耦后输出负脉冲信号,输出采用带施密特触发的反相器74LS19进行信号处理,转变成数字信号,供主控系统计数[4]。

图3 信号检测电路

计数时间为5 s,拨号音的计数下限为(450-25)×5=2 125,计数上限为(450+25)×5=2 375,即计数范围为2 125～2 375。同理,忙音的计数范围为1 041～1 212,回铃音的计数范围为425～475,无信号音的计数值应为0。故系统采用不同信号音相邻计数界限的中间值来区分不同的信号音。

3.2 语音录放电路

系统的语音录放电路选用单片机语音录放电路系列集成电路ISD1420,ISD1420为美国ISD公司推出的产品,单片录放时间为8～20 s,音质好。ISD1420采用CMOS技术,内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及E2PROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少量电阻电容。在录放操作结束后,器件自动进入低功耗节电模式,功耗仅0.5 μW。

电路的放音过程是由单片机AT89C51的P1～P7口给ISD1420的PLAYL口一个高电平,触发电路放音;给一个低电平,停止放音。

3.3 报警信号探测电路[5,6]

报警信号探测电路如图4所示。本系统选用AMN型热释电红外传感器进行探测。用性能较好的OP-07放大信号,用单电源供电,放大倍数设为10(Au=R2/R1=10),当有人进入其探测范围时,传感器的2号管脚输出正向电平,经放大后产生报警启动信号送主控制电路。

图4 报警信号探测电路

4 智能电话报警器的软件设计

软件部分主要通过汇编语言编程[3],控制单片机AT89C51的P0,P1,P2,P3口的高低电位从而达到报警目的。首先单片机初始化,单片机AT89C51的P3.2口开始检测报警信号,当P3.2口检测到一个高电平时,表示有报警信号输入,这时P0.0口给出一个高电平信号,使系统的自动摘挂机电路自动摘机,同时拨号电路也处在了拨号状态。如果单片机的T0口记数结果是允许拨号,则P2输出一组电平信号使拨号电路自动拨110报警,否则挂机。当拨号成功后,单片机的P1.7口给一个高电平信号,触发放音电路自动播放预先储存在ISD1420中的报警内容。报警结束后,单片机的P0.0口给一个低电平信号,系统自动挂机,完成整个报警过程。软件流程如图5所示[7]。

5 结 语

经过安装与调试,本电话自动报警器实现了以下功能:

图5 主程序流程图

(1) 本系统与电话机并联,只在报警期间占用电话线路,报警结束后系统与电话线路脱离,

不影响电话机的正常使用,利用公共通信网作传输媒体,只要安装了电话的用户,即可安装此报警器。

(2) 本报警器具有自动、快速、准确的特点,当警情发生时,能够自动拨打110,对方摘

机后自动播放已录制好的语音报警内容。若遇到对方占线,能自动摘挂机,并能按照拨号、检测、放音的顺序自动循环。

(3) 传统报警系统大都存在同时报警争信道问题。而本报警器由于利用公共通信网,此

问题得到圆满解决,不会造成混乱,保证报警可靠。

(4) 成本低,可以广泛地应用于仓库、商店、家庭的安全防范。

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