基于雙音多頻技術(shù)的智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李荃高，范雪琴

（1.沈陽(yáng)大學(xué) 信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110044；2.丹東機(jī)床有限責(zé)任公司，遼寧 丹東 118000）

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的大幅度提高，人們對(duì)安全防范的要求也大大提高.如何利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)對(duì)安全防范進(jìn)行集中管理，已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)［1－3］.目前，報(bào)警系統(tǒng)大都采用232通信和485通信，但通信距離有限，而DTMF傳輸距離遠(yuǎn)（實(shí)測(cè)達(dá)到8km），適用于倉(cāng)庫(kù)、小區(qū)的報(bào)警系統(tǒng)［4－6］.本文介紹了一種基于雙音多頻技術(shù)的智能報(bào)警系統(tǒng).系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)作為主控制器，以對(duì)射式紅外線收發(fā)模塊作為報(bào)警傳感器，利用DTMF技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸.同時(shí)，利用軟件方法解決了紅外對(duì)射報(bào)警的誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)問(wèn)題.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由電腦、主機(jī)控制器、DTMF通信線路和各個(gè)分機(jī)組成.系統(tǒng)的整體硬件框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)整體硬件框圖Fig.1 Block diagram of system hardware

本系統(tǒng)的工作過(guò)程是：當(dāng)有人經(jīng)過(guò)紅外線對(duì)射區(qū)域時(shí)，紅外對(duì)射被遮擋，會(huì)觸發(fā)繼電器給出低電平，通知分機(jī)電路板；分機(jī)電路板得到此信號(hào)后，利用雙音多頻技術(shù)，將報(bào)警信號(hào)傳到終端主機(jī)控制器，主機(jī)控制器對(duì)分機(jī)送來(lái)的信息進(jìn)行顯示、聲光報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警數(shù)據(jù)送給中心計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)；通過(guò)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)將報(bào)警地點(diǎn)及種類(lèi)等信息顯示到相應(yīng)的地理位置，并對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)，以便對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行查詢(xún).

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 分機(jī)電路設(shè)計(jì)

分機(jī)電路由主控制器AT89C2051、紅外對(duì)射接口、DTMF編碼芯片UM95085和電話摘機(jī)電路組成，電路圖如圖2所示.

紅外對(duì)射的輸出接到單片機(jī)的P3.3引腳上，正常時(shí)，紅外對(duì)射輸出為常開(kāi)點(diǎn)，此時(shí)，單片機(jī)的P3.6為高電平；當(dāng)有人或物體遮擋到紅外接收頭的一端時(shí)，紅外對(duì)射輸出的接點(diǎn)閉合，使P3.3為低電平.單片機(jī)檢測(cè)到低電平后，通過(guò)控制DTMF編碼芯片UM95085將報(bào)警信息以DTMF編碼的方式發(fā)送給主機(jī).

在系統(tǒng)的安全上，為了防止雷擊，各個(gè)分機(jī)平時(shí)不掛在總線上，如圖2所示.當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)時(shí)，單片機(jī)的P 3.7輸出高電平，此時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器開(kāi)始工作，系統(tǒng)接入總線，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，此時(shí)有一個(gè)延時(shí)，延時(shí)長(zhǎng)度約1s，然后分機(jī)再向外發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)用戶(hù)執(zhí)行完命令操作之后（如向外報(bào)警過(guò)程完成后），主控系統(tǒng)使其P3.7變?yōu)榈碗娖?，三極管截止，繼電器斷開(kāi)，分機(jī)與總線脫離.

圖2 分機(jī)電路圖Fig.2 Schematic of extension

由于雙音多頻DTMF信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點(diǎn)，因而可廣泛應(yīng)用于通訊、遙控等領(lǐng)域.利用DTMF信號(hào)可實(shí)現(xiàn)雙總線的遠(yuǎn)距離微機(jī)通訊，以完成控制或數(shù)據(jù)的傳輸.本文采用DTMF信號(hào)編碼芯片UM95085與AT89C2051單片機(jī)的硬件接口電路，通過(guò)AT89C2051的P1口控制UM95085的C1～C4、R1～R4，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)DTMF編碼的任務(wù).UM95085的編碼規(guī)則如表1所示.

表1 UM95085編碼表Table 1 Coding table UM95085

在軟件方面，為了防止斷路報(bào)警，解決漏報(bào)問(wèn)題，在最尾端加一個(gè)專(zhuān)門(mén)發(fā)通信碼的分機(jī)，每隔3 min發(fā)送一個(gè)通信碼，若主機(jī)收到，則證明線路良好；當(dāng)大于3次沒(méi)收到通信碼，即約10min收不到通信碼時(shí)，證明線路出現(xiàn)了故障，可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行線路檢測(cè).同時(shí)，為了防止短路報(bào)警，解決誤報(bào)問(wèn)題，筆者采取軟件處理的方法，對(duì)該分機(jī)三次檢測(cè)，若該分機(jī)仍為低電平，則證明該分機(jī)出現(xiàn)了故障，紅外對(duì)射存在外界干擾.

2.2 主機(jī)控制器電路設(shè)計(jì)

主機(jī)控制器主要完成DTMF解碼，同時(shí)將該報(bào)警信息通過(guò)RS232發(fā)送給智能報(bào)警計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng).因此，主機(jī)控制器主要由主控芯片AT89C2051、DTMF解碼芯片和RS232通信轉(zhuǎn)換芯片組成.主機(jī)控制器檢測(cè)分機(jī)發(fā)送來(lái)的報(bào)警信息并進(jìn)行顯示，同時(shí)發(fā)給計(jì)算機(jī).首先，為了防止雷擊，主機(jī)平時(shí)不掛在線上，當(dāng)有分機(jī)發(fā)送DTMF信號(hào)時(shí)，主機(jī)通過(guò)分機(jī)摘機(jī)檢測(cè)電路能夠檢測(cè)到分機(jī)是否接入，再通過(guò)控制繼電器接通總線.其次，通過(guò)DTMF解碼芯片對(duì)分機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行解碼，并通過(guò)LED進(jìn)行顯示.再次，主機(jī)能夠?qū)Ψ謾C(jī)通信碼進(jìn)行超時(shí)處理，即若10min收不到通信碼，則證明線路出現(xiàn)了故障，可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行線路檢測(cè).最后，主機(jī)可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信，將報(bào)警信息傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng).摘機(jī)檢測(cè)電路如圖3所示.平時(shí)電話線的電壓為48V直流電壓，所以經(jīng)整流橋之后，經(jīng)穩(wěn)壓管D2及電阻R28加到Q1的基極，此時(shí)電壓較高，使D2擊穿，Q1飽和，所以P3.3點(diǎn)電壓為低電平.當(dāng)分機(jī)摘機(jī)以后，電話線電壓降到12V，這個(gè)電壓不能使D2擊穿，所以，Q1基極沒(méi)有電流，Q1截止，P3.3為高電平，檢測(cè)到分機(jī)已經(jīng)摘機(jī).

圖3 摘機(jī)檢測(cè)電路Fig.3 Off hook detection circuit

CM8870譯碼規(guī)則如表2所示.

表2 CM8870譯碼表Table 2 Decoding table of CM8870

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 分機(jī)軟件設(shè)計(jì)

分機(jī)程序主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：首先是每5min發(fā)一次通信碼，用于解決斷路報(bào)警問(wèn)題.通過(guò)檢測(cè)Time5flag標(biāo)志位來(lái)進(jìn)行發(fā)送.Time5flag主要是在其中斷程序中定時(shí)，每5min置一次該標(biāo)志位.其次是解決斷路報(bào)警問(wèn)題，當(dāng)報(bào)一次警后，若紅外對(duì)射仍為報(bào)警狀態(tài)繼續(xù)報(bào)警，但如果三次報(bào)警后仍為報(bào)警狀態(tài)，則停止報(bào)警.其軟件流程如圖4所示.

3.2 主機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)

主機(jī)程序主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：首先是檢測(cè)超時(shí)報(bào)警標(biāo)志Dluflag，其在定時(shí)器中斷中定時(shí)，如果10min沒(méi)有收到通信碼，則置位Dluflag，進(jìn) 行 斷 路報(bào)警，顯 示 “EE”，并 通 過(guò)MAX232發(fā)給計(jì)算機(jī).其次當(dāng)檢測(cè)到分機(jī)摘機(jī)時(shí)，本機(jī)摘機(jī)，鏈接到總線上，進(jìn)行DTMF解碼.最后是解決DTMF譯碼功能，通過(guò)累加求和的方法對(duì)接收的DTMF信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)正確，則將報(bào)警信息通過(guò)MAX232發(fā)給計(jì)算機(jī).其軟件流程圖如圖5所示.

圖4 分機(jī)軟件流程圖Fig.4 Flow chart of extension software

圖5 主機(jī)控制器軟件流程圖Fig.5 Flow chart of host controller software

4 試驗(yàn)及結(jié)果

為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的效果，在某倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的6個(gè)子庫(kù)門(mén)前布置了紅外對(duì)射裝置，當(dāng)有人通過(guò)1號(hào)分機(jī)紅外對(duì)射時(shí)，1號(hào)庫(kù)顯示紅色，表示1號(hào)紅外對(duì)射分機(jī)檢測(cè)到報(bào)警，并通過(guò)DTMF技術(shù)發(fā)給主機(jī)控制器，同時(shí)主機(jī)控制器將該報(bào)警信息發(fā)送給上位機(jī)，與上位機(jī)通信為波特1 200baud，無(wú)校驗(yàn)位，8位通信位，1位停止位的通信格式，上位機(jī)顯示界面如圖6所示.

圖6 上位機(jī)顯示界面Fig.6 Display interface upper computer

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以AT89C2051為主控制器，設(shè)計(jì)了一種基于雙音多頻技術(shù)的智能報(bào)警系統(tǒng).給出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和工作原理，闡述了分機(jī)和主機(jī)控制器電路的詳細(xì)設(shè)計(jì).在某倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)最大通信距離可達(dá)8km，能夠有效地避免誤報(bào)和漏報(bào)問(wèn)題，可以獲得良好的報(bào)警效果.但本設(shè)計(jì)也有不足之處，文中的分機(jī)地址是通過(guò)在程序中指定加以區(qū)分的，當(dāng)系統(tǒng)中有較多的分機(jī)時(shí)，要有較多的分機(jī)程序，且在設(shè)備安裝時(shí)有一些不便.解決方法有兩種：第一，采用相同引腳及封裝的STC12C5204，該芯片具有片內(nèi)的EEPROM，同時(shí)，在分機(jī)程序中增加串口程序，當(dāng)從串口中輸入固定某一格式的數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)中的地址解析出來(lái)，存入EEPROM中，本方法不用改變硬件設(shè)計(jì)，僅在軟件上便可以處理地址方法的不足；第二，重新設(shè)計(jì)硬件，更換更多引腳的CPU，如STC12C5204－LQFP32，其有32個(gè)引腳，在某一端口加一DIP開(kāi)關(guān)，用作地址設(shè)置.

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