具有人機(jī)交互接口的家庭安全報警系統(tǒng)設(shè)計

劉玉儒，張魯華

(煙臺大學(xué) 工程實訓(xùn)中心,山東 煙臺264005)

家庭安全報警系統(tǒng)是住宅小區(qū)周界報警系統(tǒng)、重點(diǎn)部位電視監(jiān)視系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、家庭安全報警系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等五大技術(shù)防范系統(tǒng)中的一個重要系統(tǒng)。它屬于由小區(qū)區(qū)域防范層、樓宇防范層和家庭防范層組成的多層技術(shù)防范體系的第3層，是保護(hù)住戶人身財產(chǎn)安全的最后一道重要防線。近年來，隨著社會對家庭安全問題的關(guān)心與重視，家庭安全報警系統(tǒng)已經(jīng)逐漸為人們所接受，它為維護(hù)社會治安、保障國家和百姓的生命財產(chǎn)安全發(fā)揮了重要作用。然而市場上出現(xiàn)的各類家庭安全報警系統(tǒng)功能雖較齊全，但并不完善，明顯的不足之處就是報警號碼都是預(yù)先存入，而且沒有提供人機(jī)交互功能，用戶如因特殊情況需更換報警電話號碼時往往無能為力，其設(shè)計顯然不夠人性化，也給用戶帶來了諸多不便。基于這一點(diǎn)，本文設(shè)計了一種功能較完善的家庭安全報警系統(tǒng)，既實現(xiàn)了對非法侵入、火災(zāi)、煤氣泄漏等家庭各類緊急情況的及時電話報警，同時又?jǐn)U展了人機(jī)交互接口模塊，解決了用戶不能自行修改報警號碼的問題。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件部分采用AT89C51單片機(jī)為控制中心，配有警情采集電路、報警驅(qū)動電路、雙音多頻（DTMF）收發(fā)電路、摘機(jī)檢測電路、語音報警電路、鍵盤接口及LED顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

警情采集電路負(fù)責(zé)對各類警情信號的采集，當(dāng)采集到警情信號時，單片機(jī)立即接通報警驅(qū)動電路實現(xiàn)聲光報警，同時由雙音多頻收發(fā)電路通過電話網(wǎng)絡(luò)撥打報警號碼向外界報警，當(dāng)摘、掛機(jī)檢測電路檢測到被呼叫方摘機(jī)后，單片機(jī)接通語音報警電路，通過事先錄制好的語音信號告知對方與警情相關(guān)的信息，對方掛機(jī)后，模擬掛機(jī)，完成自動報警。鍵盤接口及LED顯示電路負(fù)責(zé)用戶對報警信息的顯示、修改與存儲，它由 8×8鍵盤、8位8段數(shù)碼管及HD7279A控制電路組成，HD7279A通過定時查詢鍵盤和AT89C51進(jìn)行通信，實現(xiàn)人機(jī)交互。系統(tǒng)硬件調(diào)試采用浙江天煌教儀TKSCM-2型單片機(jī)開發(fā)綜合實驗裝置和偉福E6000型仿真器。

1.1 警情采集電路

警情采集電路負(fù)責(zé)各類警情信號的采集，并向AT89C51單片機(jī)發(fā)送信息。主要由以下幾種傳感器組成：

(1)煙霧傳感器。煙霧傳感器MQ-2可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測；

(2)溫度傳感器。溫度傳感器DS18B20體積小，集成了溫度傳感器和信號調(diào)理電路，使用方便；

(3)防盜檢測器。人體熱釋電紅外傳感器SGP102能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，在信號輸出端輸出一個脈沖使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。

1.2 雙音多頻收發(fā)電路

Mitel公司生產(chǎn)的MT8870芯片是一款功能較強(qiáng)的DTMF發(fā)送與接收器件，有較完整的DTMF發(fā)送或接收、接收信號音和帶通濾波功能，而且與51系列單片機(jī)具有良好的接口性能。圖2為MT8870和AT89C51的接口電路。

輸入的DTMF信號經(jīng)MT8870解調(diào)后，在STD端產(chǎn)生一個控制輸出信號,該信號與單片機(jī)AT89C51的外部中斷輸入端INT1相連。當(dāng)該信號發(fā)生由1到0的跳變時引發(fā)中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，使MT8870的TOE端產(chǎn)生一個高電平脈沖信號，該信號使MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q0～Q3由原來的高阻狀態(tài)變?yōu)榕c當(dāng)前輸入的雙音頻信號相對應(yīng)的二進(jìn)制編碼，單片機(jī)通過P1口將該二進(jìn)制數(shù)讀入并識別出鍵值保存在RAM中[1]。

1.3 語音報警電路

語音報警電路采用語音芯片APR9600。該電路主要由語音電路、譯碼器和電子開關(guān)組成[2]，如圖3所示。

APR9600芯片采用模擬存儲技術(shù)，噪音低，不怕斷電，可以反復(fù)錄放。使用時，用戶通過簡單的按鍵操作，可以隨時錄制和播放任意一段。當(dāng)出現(xiàn)報警時，單片機(jī)通過P2.2～P2.4控制電子開關(guān)實現(xiàn)按鍵操作，啟動相應(yīng)的錄音段，放出相應(yīng)的語音報警信息，并且可以根據(jù)需要循環(huán)播放，播放次數(shù)由用戶自行設(shè)置。

1.4 鍵盤接口及LED顯示電路

采用鍵盤顯示驅(qū)動專用器件HD7279A。HD7279A可同時驅(qū)動8個共陰式數(shù)碼管動態(tài)顯示，也可同時連接多達(dá)64鍵的矩陣鍵盤。與傳統(tǒng)的鍵盤顯示器件8279相比，HD7279A外圍元件數(shù)目少，單片即可完成LED顯示和鍵盤接口的全部功能，簡化了電路設(shè)計，而且和AT89C51相連只需 4 根線（CS、CLK、DATA、KEY），僅僅使用單片機(jī)的P1.4～P1.7口，大大節(jié)省了CPU的端口資源。由于HD7279A內(nèi)部含有消除按鍵抖動電路，軟件編程無需鍵盤的消抖動程序，使軟件編程更簡單。圖4為HD7279A與AT89C51的接口電路。

P1.4/CS是HD7279A的片選線，P1.5/CLK是單片機(jī)產(chǎn)生的控制同步時鐘，P1.6/DATA是命令數(shù)據(jù)輸出/輸入線，P1.7/KEY是按鍵有效輸出端。HD7279A器件控制8個LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，并監(jiān)測64鍵鍵盤。CLK時鐘頻率約100 kHz，由單片機(jī)編程延時決定。在CLK的同步時鐘作用下，控制命令、顯示數(shù)據(jù)以及采用查詢方式讀取鍵盤鍵值代碼數(shù)據(jù)等均由DATA端輸入/輸出[3-5]。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件功能均由軟件控制實現(xiàn)，針對系統(tǒng)硬件特點(diǎn)，軟件控制分警情采集和鍵盤查詢與顯示兩大模塊。其中警情采集又分聲光報警和電話報警兩部分。主程序負(fù)責(zé)對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使之進(jìn)入工作狀態(tài)，鍵盤查詢及顯示程序響應(yīng)用戶的信息輸入與顯示，警情采集程序通過調(diào)用相應(yīng)子程序?qū)崿F(xiàn)自動報警。圖5和圖6分別為軟件主程序流程圖和鍵盤查詢與顯示程序流程圖，警情采集程序流程如圖7所示。軟件源程序全部采用匯編語言編寫。軟件調(diào)試采用仿真軟件Wave6000。

本文設(shè)計的家庭報警系統(tǒng)是對傳統(tǒng)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和完善，解決了報警號碼難修改的問題。經(jīng)測試，系統(tǒng)對警情反應(yīng)及時，用戶修改報警號碼操作簡單。系統(tǒng)成本低，工作可靠，有實用意義。如和其他安全防范措施彼此協(xié)同，相互補(bǔ)充，即可構(gòu)成一個立體安全防范體系，在居民區(qū)、公司、銀行、辦公區(qū)、庫房等場所的安全防范方面有廣闊的應(yīng)用前景。

圖5 軟件主流程圖

圖6 鍵盤查詢與顯示流程圖

圖7 警情采集流程圖

[1]王亞曉.基于電話網(wǎng)的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(21)：124-126.

[2]曾志輝，呂輝，李寅，等.家庭智能化防火防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，28（2）：207-210.

[3]葉克江.鍵盤顯示專用器件HD7279A的接口設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2009，17（3）：122-125.

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