防盜報(bào)警系統(tǒng)中話線斷線呼救無線網(wǎng)的研究與應(yīng)用

李小偉，潘永雄，杜小偉

（廣東工業(yè)大學(xué) 物 理與光電工程學(xué)院，廣東 廣 州510006）

在社會(huì)治安形勢尚未徹底好轉(zhuǎn)前，入屋盜竊、搶劫案件不時(shí)發(fā)生。常見的防盜網(wǎng)、防盜門、防盜鎖等被動(dòng)防盜設(shè)施效果有限，并沒有給住戶帶來真正的安全，反而影響了市容、埋下了消防隱患。在這種情況下，各類防盜報(bào)警設(shè)備銷量猛增，但多數(shù)防盜報(bào)警主機(jī)只能通過固話線路向外發(fā)送警情信息。據(jù)報(bào)道，在多數(shù)惡性入屋犯罪事件中，犯罪分子一般先提前破壞大門外布線規(guī)范、一眼就能找到固話線路，后才擇機(jī)撬門或開鎖入屋[1]。在這種情況下，報(bào)警主機(jī)除了借助警號(hào)阻嚇外，無法將警情送出。為避免固話斷線發(fā)送不了警情的弊端，個(gè)別品牌防盜報(bào)警器內(nèi)置GSM模塊，借助移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信[2]。然而這類主機(jī)價(jià)格昂貴，日常維護(hù)費(fèi)用大，普及率不高。因此，如何在防盜報(bào)警器中增加成本低廉、通信可靠的話線斷線呼救系統(tǒng)成了一種必然趨勢。

1 系統(tǒng)硬件電路

話線斷線無線呼救系統(tǒng)硬件電路由話線斷線檢測電路、本地話機(jī)摘機(jī)檢測電路、無線發(fā)射電路（調(diào)制方式、載波頻率與報(bào)警主機(jī)內(nèi)的無線接收模塊相同）等部分組成[3-4]，如圖1所示。

圖1 斷線無線呼救系統(tǒng)硬件框圖

圖2 話線斷線與摘機(jī)檢測電路

本地電話摘機(jī)檢測電路由電阻R4、R5以及U2、U3組成。用戶摘機(jī)時(shí)，話機(jī)電流流經(jīng)R4，只要話機(jī)電流不小于15 mA[5]，則R4上的壓降必定大于1.23 V，PC817光耦內(nèi)發(fā)光二極管可靠導(dǎo)通。R4取值范圍在82～100 Ω之間，過大則話機(jī)電壓偏小，影響話機(jī)通話；反之，太小則可能造成其上壓降小于1.2 V，PC817不能可靠導(dǎo)通。R5為發(fā)光二極管限流電阻，阻值在51～100 Ω之間。由于無法確定外線極性，需要由U2、U3的發(fā)光二極管反向并聯(lián)構(gòu)成雙極性檢測，這樣無論L1為正極還是L2為正極均可保證在摘機(jī)狀態(tài)下U2、U3總有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)。

外線經(jīng)二極管VD1～VD4構(gòu)成的極性變換電路后得到極性固定的饋電電壓，加到U1光耦的1、2引腳。在掛機(jī)狀態(tài)下，15 V穩(wěn)壓二極管VDZ擊穿，光耦內(nèi)發(fā)光二極管電流約0.4 mA（交換機(jī)饋電約為48 V），光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出高電平，表示話線正常；反之，如果斷線或掛接在外線上的其他話機(jī)被摘機(jī)等原因，則極性變換電路輸出電壓必定小于12 V，穩(wěn)壓二極管截止，光耦內(nèi)光敏三極管也截止輸出低電平。

有效通信距離與發(fā)射功率、天線形狀與尺寸、載波頻率、接收模塊靈敏度等因素有關(guān)。即使采用2SC3356小功率發(fā)射管，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良的ASK調(diào)制發(fā)射電路（發(fā)射功率在4～6 mW之間），有效接收距離也小于200 m（開闊地帶）。

圖3 ASK調(diào)制的無線發(fā)射電路

因?yàn)榉辣I報(bào)警主機(jī)內(nèi)一般已有無線接收、解調(diào)電路（其主要任務(wù)是接收無線探頭、遙控器發(fā)出的編碼信息），因此無須額外的無線接收、解調(diào)電路。

2 通信協(xié)議

2.1 呼救信息

在住房商品化時(shí)代，鄰居之間電話號(hào)碼、主機(jī)編號(hào)等均涉及個(gè)人隱私，因此斷線后，呼救方必須提供接警中心用戶編號(hào)（6位BCD碼。注：報(bào)警主機(jī)普遍采用C.ID協(xié)議與接警中心通信，而C.ID協(xié)議中用戶編號(hào)最多6位）警情代碼、被觸發(fā)的防區(qū)號(hào)、機(jī)主本地電話號(hào)碼（不能用接警中心用戶編號(hào)作為鄰居主機(jī)撥通后告知機(jī)主的語音信息，原因是機(jī)主不熟悉該編號(hào)，只能用機(jī)主本地電話號(hào)碼）、用戶手機(jī)、小靈通或辦公室固定電話號(hào)碼等信息。為減少無線信道占用時(shí)間，將以上信息分3幀（每幀64 bit）送無線發(fā)射模塊。相應(yīng)的，接收方收到鄰居呼救信號(hào)后，必須給出相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，以便呼救方感知呼救信號(hào)是否已被附近同類主機(jī)可靠接收，同時(shí)阻止其他主機(jī)撥打呼救主機(jī)對(duì)應(yīng)的機(jī)主電話，避免“一機(jī)呼救多機(jī)響應(yīng)”現(xiàn)象。同樣為盡可能減少信道占用時(shí)間，應(yīng)答信息幀為32 bit（由1字節(jié)標(biāo)識(shí)信息和3字節(jié)接警中心用戶編號(hào)組成）。

2.2 信息幀格式與調(diào)制方式

呼救信息幀格式與應(yīng)答信息幀格式如表1所示。

為了能夠直接利用報(bào)警主機(jī)內(nèi)無線接收、解調(diào)電路完成呼救信號(hào)接收與解調(diào)，呼救信號(hào)調(diào)試方式、載波頻率與系統(tǒng)內(nèi)其他無線發(fā)射設(shè)備相同。例如，當(dāng)系統(tǒng)其他無線發(fā)射設(shè)備采用315 MHz ASK調(diào)制方式，信息幀編碼方式[6]與2262編碼器[4]兼容時(shí)，可利用信息幀同步頭脈寬比的大小來區(qū)分信息類型。由于2262編碼器同步頭脈寬比為1：32（高低電平時(shí)間為4∶124），那么呼救信息同步頭脈寬比可選定為1∶10（高低電平時(shí)間為4∶36），相應(yīng)地應(yīng)答信息同步頭脈寬比選定為1∶17（高低電平時(shí)間為4∶64），如圖4所示。

圖4 不同信息幀同步頭脈寬比

表1 呼救信息幀格式與應(yīng)答信息幀格式

圖中α為比例系數(shù)，與PT2262器件頻率有關(guān)。這樣利用軟件解碼方式，不難分辨、處理以上三類信息[7-8]。

3 信息收發(fā)與處理流程

話線斷線處理過程大致如圖5所示。話線斷線時(shí)，檢測主機(jī)當(dāng)前狀態(tài)，在撤防狀態(tài)時(shí)，則觸發(fā)蜂鳴器斷續(xù)鳴叫；在布防狀態(tài)時(shí)，則初始化、等待信道空閑。當(dāng)有空閑信道時(shí)，依次發(fā)送3幀呼救信息，然后初始化等待應(yīng)答信號(hào)時(shí)間、觸發(fā)警號(hào)鳴響。與此同時(shí)等待附近同類主機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。在特定時(shí)間內(nèi)沒有應(yīng)答信號(hào)，呼救次數(shù)減1。次數(shù)未減到0則繼續(xù)等待信道空閑，然后發(fā)送呼救信息；如果呼救信息減到0則退出。

如果主機(jī)接收到附近主機(jī)的呼救成功的信息（應(yīng)答標(biāo)志為0x13），表示呼救成功，然后退出。

如果主機(jī)接收到附近主機(jī)響應(yīng)（應(yīng)答標(biāo)志為0x15），表示附近主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的第一個(gè)呼救沒人響應(yīng)，則判斷呼救次數(shù)，接著選擇下一個(gè)用戶電話號(hào)碼并發(fā)送呼救信息的第2幀。然后再等待應(yīng)答信號(hào)直到有用戶響應(yīng)或呼救次數(shù)減到0退出。

如果主機(jī)接收到附近主機(jī)的呼救成功信息（應(yīng)答標(biāo)志為0x11），則表示附近主機(jī)響應(yīng)但接收的信息有誤，則依次發(fā)送3幀呼救信息。再次判斷呼救次數(shù)、等待應(yīng)答標(biāo)志轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理過程。

斷線呼救信息接收處理過程大致如圖6所示。為保證通信的可靠性，在發(fā)送斷線信息、應(yīng)答信號(hào)前，可利用報(bào)警主機(jī)內(nèi)的無線接收電路探測無線信道是否處于空閑狀態(tài)。

4 結(jié)束語

圖6 斷線呼救信息接收處理流程

圖5 話線斷線處理流程

本文介紹的話線斷線無線呼救系統(tǒng)硬件電路簡單、成本低廉，軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試容易。自2005年以來，先后將該系統(tǒng)應(yīng)用于多家防盜報(bào)警設(shè)備生產(chǎn)廠商委托開發(fā)的8款防盜報(bào)警主機(jī)中，實(shí)踐表明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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