遠(yuǎn)程報警裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

張占勝， 孟慶宇， 張 濛， 王鑫正

(沈陽化工大學(xué)信息工程學(xué)院，遼寧沈陽110142)

近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異地更新.在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件使用［1］.電話遠(yuǎn)程報警是一個比較新的課題，與常規(guī)的報警方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性:不需進(jìn)行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染.同時，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人們安全防范意識的增強(qiáng)，報警經(jīng)歷了不斷的發(fā)展與改進(jìn).但是市場上常見的報警系統(tǒng)都或多或少地存在一些缺點.例如，利用手機(jī)發(fā)短信實現(xiàn)的報警器存在不能及時、快速通知用戶的隱患，寬帶也面臨線路被切斷的可能，且不易普及，現(xiàn)場報警和現(xiàn)場顯示的缺點是必須有人職守等.因此，本設(shè)計針對在無人情況下可能出現(xiàn)的火災(zāi)等險情，制作一個遠(yuǎn)程自動報警裝置，可以及時將報警信息通知給主人進(jìn)行語音報警，達(dá)到探測靈敏、報警準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)的要求.同時，實現(xiàn)節(jié)能降耗的作用，使其在待機(jī)情況下耗電量最低;與電話并聯(lián)，不影響電話的正常使用.

1 總體設(shè)計方案和基本思路

1.1 總體設(shè)計方案

總體設(shè)計方案如圖1所示.

圖1 總體設(shè)計方案Fig.1 The overall design

利用電話實現(xiàn)的遠(yuǎn)程報警裝置由單片機(jī)構(gòu)成主控部分［2］，進(jìn)行主要的信息處理，以及接收外部操作指令形成各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄.接口電路是提供單片機(jī)與電話外線的接口.檢測裝置主要包括傳感器、單片機(jī)和PT2262無線發(fā)送模塊.報警系統(tǒng)主要包括單片機(jī)與PT2272無線接收模塊的接口電路，電話振鈴檢測電路，電話自動摘機(jī)、掛機(jī)電路，DTMF信號解碼電路，語音提示電路，以及音頻放大電路.語音提示電路是該作品重要組成部分.語音提示電路受單片機(jī)的控制產(chǎn)生相應(yīng)的提示音進(jìn)行提示，并通過反饋電路反饋至電話外線，從而使用戶可以及時、準(zhǔn)確地知道家中發(fā)生的災(zāi)情，避免造成更大損失.

1.2 基本思路

(1)當(dāng)沒有警情時，遠(yuǎn)程報警裝置作為電話機(jī)正常使用.DS18B20用來采集室內(nèi)溫度信息，它把溫度信息傳遞給單片機(jī)(STC89C52)，單片機(jī)(STC89C52)對這些溫度信號進(jìn)行分析，當(dāng)系統(tǒng)檢測到被測的任意一個溫度參數(shù)不在設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時，報警中斷程序開始運(yùn)行.

(2)單片機(jī)(STC89C52)將警情信號傳遞給PT2262，PT2262再將此警情信號發(fā)送給PT2272，PT2262和PT2272是一對無線發(fā)送和接收模塊，然后PT2272又將警情信號傳遞給單片機(jī)(STC89C54).

(3)單片機(jī)(STC89C54)通過引腳驅(qū)動報警芯片進(jìn)行現(xiàn)場報警，并調(diào)用撥號子程序進(jìn)行撥號，然后對電話線上的回鈴音進(jìn)行檢測，判定對方電話的狀態(tài).待對方摘機(jī)后，調(diào)用語音模塊輸出相關(guān)的語音報警信息.

2 硬件電路組成

2.1 警情檢測電路

警情檢測電路是一個獨立的模塊，原理圖如2所示，它由單片機(jī)最小系統(tǒng)、無線發(fā)送模塊和各種傳感器組成.

圖2 警情檢測電路原理圖Fig.2 The schematics of dangerous detection

2.2 PT2272與單片機(jī)接口電路

此部分主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)和PT2272電路組成，電路原理圖如圖3所示.由于所設(shè)計的軟件占用內(nèi)存較大，所以，采用STC89C54單片機(jī)，它的ROM為16 kB，RAM為128 B，功能與51單片機(jī)相似.PT2272電路采用沿轉(zhuǎn)換電路.原理:INT1只能采集到下降沿/低電平，而當(dāng)PT2272接收到有效數(shù)據(jù)時VT為高電平.因此，當(dāng)采集到有效信號時，VT產(chǎn)生上升沿.對于Q4來說，當(dāng)飽和導(dǎo)通時，它相當(dāng)于開關(guān).

當(dāng)VT=0時，INT1=1，Q8050處于截止?fàn)顟B(tài).

當(dāng)VT=1時，INT1=0，Q4處于飽和導(dǎo)通狀態(tài).

①當(dāng)有信號時，VT=1，D0～D3為傳輸數(shù)據(jù).

②當(dāng)沒有信號時，VT=0，D0～D3為無效.

圖3 PT2272與單片機(jī)接口電路Fig.3 PT2272 and SCM interface circuit

2.3 現(xiàn)場報警電路

9561集成音樂芯片能產(chǎn)生槍聲、警車警報聲、消防車聲、救護(hù)車聲4種聲音，聲音區(qū)分見表1.現(xiàn)場報警的電路原理圖如圖4所示.

表1 9561集成音樂芯片的4種聲音Table 1 Four sound of 9561

圖4 報警電路原理圖Fig.4 The schematics of alarming

由于9561芯片供電電壓為3.5～4.2 V，而單片機(jī)的供電電源為5 V，所以，采用D1、D2降壓，即5－(0.7+0.7)=3.6 V，保證了9561的正常供電.

2.4 DTMF解碼電路

HT9200A雙音多頻信號發(fā)生器［3］，可以由指令控制產(chǎn)生16種雙頻信號和8種單頻信號，并由DTMF引腳輸出.電路如圖5所示.其中，光耦起到隔離和信號傳輸作用.R5、R6和R7的連入，增加了單片機(jī)的帶負(fù)載能力.當(dāng)輸出高電平時，單片機(jī)輸出電流約為15 μA;當(dāng)輸出低電平時，單片機(jī)輸入電流為1.6 mA，因為5V/R5＜1.6 mA，所以R＞3.125 kΩ，光耦的電流值約為1 mA時，光耦能正常工作.

圖5 DTMF解碼電路原理圖Fig.5 The schematics of DTMF decoding

2.5 振鈴檢測

振鈴檢測電路如圖6所示.

電話振鈴信號通過電容C49、C50隔直、Z4穩(wěn)壓二極管、R75和R77限流電阻輸入至光電耦合器U12B的輸入端1口，C49、C50、Z4、R75和R77共同組成振鈴信號變換電路，它們使輸入電壓和電流不會太大，對后面的光電耦合器起保護(hù)作用.光電耦合器U12B起的是隔離作用，它以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，使信息發(fā)出端(一次側(cè))與信息接收并輸出端(二次側(cè))是絕緣的，從而對地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力［4］.

圖6 振鈴檢測電路原理圖Fig.6 The schematics of ringing detection

電容C51起到濾波作用，容值越大越好.振鈴信號通過光耦U12B的16腳輸出振鈴正弦波，經(jīng)過3個反向器的整形輸出到單片機(jī)STC89C54的P3.2口，中斷方式采用外部中斷INT0，控制繼電器模擬摘機(jī)，完成振鈴音檢測.

2.6 語音提示電路

語音提示電路主要由語音錄放芯片ISD4004組成［5］，電路如圖7所示.由此功能模塊實現(xiàn)語音的存儲和錄放，從而在發(fā)生險情時能夠語音告知主人是何種警情.

圖7 語音提示電路原理圖Fig.7 The schematics of voice prompt

3 軟件的總體設(shè)計思想

本設(shè)計采用時間片輪詢的方法進(jìn)行系統(tǒng)編程［6］，定時器產(chǎn)生30 ms的時間片，當(dāng)計時時間到時，對各個任務(wù)進(jìn)行置位/復(fù)位.時間片觸發(fā)系統(tǒng)時鐘為就緒狀態(tài)，在系統(tǒng)時間中，不停地對各個任務(wù)等待時間進(jìn)行處理，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定任務(wù)時，將任務(wù)標(biāo)志位設(shè)為就緒狀態(tài)，在主程序中不停地查詢/判斷任務(wù)標(biāo)志位是否為就緒狀態(tài)，如果是就緒狀態(tài)，則進(jìn)入相應(yīng)子函數(shù).主程序中，在其它狀態(tài)都處于等待狀態(tài)時，則執(zhí)行掃描按鍵子程序.在各個任務(wù)子程序中，則把任務(wù)標(biāo)志位設(shè)為等待狀態(tài)，并設(shè)為等待時間.主程序采用優(yōu)先級判斷方法，在多個任務(wù)同時為就緒狀態(tài)時，則先執(zhí)行優(yōu)先級高的，執(zhí)行完后，返回主程序，再執(zhí)行次級子程序.

在處理顯示、按鍵等關(guān)聯(lián)程序時，采用圖片形式的處理方法:程序把各個顯示界面看成一幅幅圖片，并用picture標(biāo)識現(xiàn)在正在運(yùn)行哪個界面.在圖片設(shè)計思路下，采用分級菜單式設(shè)計思路，共分成2個主界面:一是待機(jī)界面，二是設(shè)定界面.在設(shè)定界面中，又分為3個界面:(1)萬年歷設(shè)定;(2)報警號碼設(shè)定;(3)錄音設(shè)定.在報警號碼設(shè)定時又包含3個子界面:火災(zāi)報警錄音、煤氣泄漏報警錄音和無人自動接聽.這些界面都由確定鍵進(jìn)入相應(yīng)子菜單，由返回鍵進(jìn)入上級菜單，進(jìn)入相應(yīng)子菜單時，則對相應(yīng)的全局變量初始化，這時加鍵、減鍵修改的值則是相應(yīng)圖片的參數(shù).

主程序流程圖如圖8所示.

圖8 主程序流程圖Fig.8 The main program flowchart

系統(tǒng)上電后，首先對單片機(jī)系統(tǒng)的各個控制引腳初始化，以確保各塊功能硬件正常工作.系統(tǒng)初始化后，則對任務(wù)初始化，使各個任務(wù)處于正常狀態(tài).在While循環(huán)中則不停地查詢?nèi)蝿?wù)標(biāo)志的狀態(tài)，取出處于就緒狀態(tài)的任務(wù)的標(biāo)志.根據(jù)任務(wù)的標(biāo)志調(diào)用相應(yīng)的子函數(shù)，在子函數(shù)中使任務(wù)處于非就緒狀態(tài).當(dāng)完成就緒的任務(wù)后，返回到主函數(shù)，繼續(xù)查詢?nèi)蝿?wù)狀態(tài).在主函數(shù)中，常量SYS_TIMER_TASK、PT2272PROCTASK、DETECTPROCTASK……的順序是根據(jù)任務(wù)的緊急情況來排列的，即當(dāng)2個以上的任務(wù)同時處于就緒狀態(tài)時，則執(zhí)行值小的(情況緊急的)事件，然后執(zhí)行次級任務(wù).

4 結(jié)束語

隨著生活水平的提高，人們的家居安全意識也在加強(qiáng)，同時，家居安全問題逐漸引起人們的注意.只要人們注意了，煤氣中毒、被盜、火災(zāi)、居室煙霧引發(fā)肺癌和空氣潮濕引發(fā)風(fēng)濕病等問題是可以避免的.現(xiàn)在，家居自動化出現(xiàn)了，基于微電腦控制技術(shù)的智能家居系統(tǒng)發(fā)展前景廣闊.

本課題從實際應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計出可以檢測多種突發(fā)事件，并自動循環(huán)撥打預(yù)先按優(yōu)先級存儲的號碼，直到有人接聽為止，進(jìn)行語音提示，告知主人是何種險情的遠(yuǎn)程報警裝置.此報警裝置是一種具有前瞻性的實用新型家用安防產(chǎn)品.因此，作為智能家居一部分的遠(yuǎn)程報警裝置也必將有一個更為廣闊的市場前景和未來.

［1］ 魏立峰，王寶興.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2006:8－30.

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