基于雙音多頻智能安防產(chǎn)品的軟硬件設計

王 鑫

（深圳市佳信捷智慧物聯(lián)有限公司，廣東深圳 518000）

現(xiàn)代化社會發(fā)展背景下，社會形勢日漸復雜，對安防產(chǎn)品性能、質(zhì)量提出了更高的要求，不僅需要具有較強的適應能力，能夠?qū)Ω黝惔笮突顒舆M行有效性適應，而且還要提高防范能力，加強防護效果。因此，需要融入現(xiàn)代化的智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)等，實現(xiàn)安防產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新，融入更多現(xiàn)代化高新技術(shù)，全面提高安防產(chǎn)品的研發(fā)技術(shù)水平和綜合性能。文章以基于雙音多頻技術(shù)的智能報警系統(tǒng)為例，對系統(tǒng)軟硬件設計進行綜合性分析，從而提高系統(tǒng)使用性能，推動報警系統(tǒng)功能作用的有效性發(fā)揮。

1 概述

雙音多頻是美國貝爾公司實驗室研發(fā)的，主要是在電話網(wǎng)絡用戶之間傳輸?shù)闹噶?，可以為電話與交換機之間的交互提供通道。通過該技術(shù)可以充分發(fā)揮傳統(tǒng)連接、撥號的電話轉(zhuǎn)接方式，提高撥號效率和速度，進行有效的信號識別。雙音多頻信號形式在電話網(wǎng)絡、對講通信系統(tǒng)等得到了廣泛的應用，主要是傳輸十進制數(shù)據(jù)。雙音多頻技術(shù)的廣范圍應用，主要是在數(shù)字信號處理相關(guān)芯片的支持下發(fā)揮作用的，同時也推動了硬件性能的不斷性提升，使其在視頻、寬帶通信、工業(yè)控制、無線通信等方面發(fā)揮了越來越大的作用?，F(xiàn)階段市面上越來越多的雙音多頻編解碼相關(guān)芯片被研發(fā)和應用，在安防產(chǎn)品、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了廣泛應用。

通過發(fā)送雙音多頻信號，可以在語音服務中選擇相關(guān)操作，如查詢消費賬單、服務打分等。雙音多頻（DTMF）在編程中的應用，體現(xiàn)強化的處理功能，而且處理速度較快，對音頻識別功能較高，硬件器件豐富多樣，整體性能比較強大。其中DTMF在智能安防產(chǎn)品軟硬件中的有效性應用，可以對間隔較短的信號進行有效性檢測，而且使用成本較低，研發(fā)時間段，外觀輕巧精細，適用范圍廣。圖1 是HT9172DTMF 信號接收器的電路設計圖，該接收器的實用功能較強，可以實現(xiàn)數(shù)字譯碼，并能夠?qū)﹄s波進行有效性過濾，對信號的接收性能較好，還可以利用其內(nèi)含的放大模塊對輸入信號質(zhì)量進行改善，并通過計數(shù)途徑解碼輸入信號，使其形成4位碼元輸出，利用濾波模塊還可以對輸入信號進行有效性處理，使其轉(zhuǎn)化為高頻信號、低頻信號。

圖1 HT9172DTMF信號接收器的電路設計圖

傳輸中的信號是由兩個不同頻率的信號疊加而成，其信號頻率主要由行頻組、列頻組等預定義的頻率組而來。DTMF 編碼主要是在兩個數(shù)字正弦振蕩器的基礎上形成的，每個頻率組包含4個頻率，利用線性組合的方式形成新的16種編碼。其中兩個編碼疊加為一個數(shù)字。按照規(guī)定1 s 產(chǎn)生最多10個DTMF 音頻，每個鍵按下的空隙最短是100 ms，并且整個按鍵的過程所需要的時間不能高于55 ms，也不能低于45 ms，通過以上的計算，每一個音頻信號等待的時間是多于45 ms 的。DTMF 解碼，所用的就是這個時間，利用這樣的時間能夠?qū)㈦p音頻信號轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字表達。本文所說的DTMF 編解碼這個功能，能夠在10～80 ms 的時間內(nèi)檢測出有效的音頻信號，等待時間在10～80 ms。安防的安定寶相關(guān)協(xié)議利用DTMF規(guī)范的音頻，使用數(shù)字組合，但是對于雙音多頻有一定的規(guī)則，例如一個1 400±3%取持續(xù)時間為100 士5 % ms，暫停100±5 % ms，一個2 300±3 %取持續(xù)時間為100±5 % ms，突然開啟時間和突然關(guān)閉時間都按照50 ms（最低50 ms，最高60 ms）計算，在安防行業(yè)我們用到的有設置防護、撤銷防護、報警機制、響鈴、事件觸發(fā)、區(qū)域限定。新的DTMF 音頻能夠獲得更加短的間隔，它的頻率也能夠自己設置，這些都是它的相關(guān)擴展。

2 系統(tǒng)總體設計要點

DTMF 硬件框圖如圖2所示。其運行原理為：行人進入紅外線對射范圍內(nèi)，紅外對射感知到被遮擋，因而觸發(fā)繼電器，并輸出低電平，分機電路板接收到信號后開始動作。即利通過DTMF 技術(shù)，把報警信號傳輸?shù)浇K端主機控制器，并對接收到的信息實施顯示，并開啟聲光報警。計算機管理中心可以結(jié)合信息分析精準定位報警位置、類型等，從而對其進行全面存儲與查詢。

圖2 系統(tǒng)整體硬件框圖

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 分機電路設計

分機電路由主控制器AT89C2051、紅外對射接口、DTMF 編碼芯片UM95085和電話摘機電路組成。紅外對射的輸出接到單片機的P3.3引腳上，正常時，紅外對射輸出為常開點，此時，單片機的P3.6為高電平；當有人或物體遮擋到紅外接收頭的一端時，紅外對射輸出的接點閉合，使P3.3為低電平。單片機檢測到低電平后，通過控制DTMF 編碼芯片UM95085將報警信息以DTMF 編碼的方式發(fā)送給主機。在系統(tǒng)的安全上，為了防止雷擊，各個分機平時不掛在總線上。當系統(tǒng)檢測到報警信號時，單片機的P3.7輸出高電平，此時，三極管導通、繼電器等啟動，并實現(xiàn)總線與系統(tǒng)的有效性連接，程序設計過程中，需要設置一個1 s 的延時，通過分機實現(xiàn)數(shù)據(jù)外送；指令執(zhí)行完成后，主控系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)變?yōu)镻 低電平，并與三極管進行停止，斷開繼電器，分機與總線之間的連接斷開。

3.2 主機控制器電路設計

主機控制器的功能是助力DTMF 解碼的開展，同時將該報警信息通過RS232發(fā)送給智能報警計算機管理系統(tǒng)。主機控制器包含主控芯片AT89C2051、DTMF 解碼芯片、RS232通信轉(zhuǎn)換芯片等構(gòu)件。在實際運行過程中，分機將其采集獲得的報警信息輸送到主機控制器，并通過檢測合格后進行顯示，最后輸送到計算機控制系統(tǒng)中。一般情況下，主機處于掉線狀態(tài)，這樣可以減少雷擊危害，接收到分機輸送反饋的DTMF 信號的情況下，主機需要利用分機主機對電路的運行狀態(tài)進行檢測，從而判斷分機是否進入接入狀態(tài)，然后利用控制繼電器的功能作用，將其與總線接通；此外，充分發(fā)揮DTMF 解碼芯片的解碼功能，從而對分機反饋信息數(shù)據(jù)開展精準解碼，在LED 上全面顯示；通過主機控制器，可以實時監(jiān)測分機通信碼的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)其存在超時現(xiàn)象就可以對其進行有效性處理，其具體表現(xiàn)為：一旦每隔10 min 接收不到通信碼，就可以判定線路處于故障狀態(tài)，從而通知專業(yè)檢修人員開展全面的線路檢測工作；還可以通過主機報警信息傳送給計算機系統(tǒng)。主機檢測電路如圖3所示。

圖3 主機檢測電路

3.3 DTMF發(fā)碼電路設計

利用DTMF 信號的有效性發(fā)送，可以達到遠距離微機通信的目的，而且可以對信號進行遠距離傳輸，并可以保障數(shù)據(jù)信號傳輸過程中的準確性，對外界因素的抗干擾能力較強。雙音多頻DTMF 信號抗干擾能力較強，而且傳輸距離較遠，可以保障數(shù)據(jù)信號的準確性和清晰性，因此在通信、遙控等行業(yè)得到了廣泛應用。

3.4 主機硬件的設計

主機控制器的核心器件主要是AT89C2051 單片機，并利用雙音多頻解碼芯片對MT8870 進行解碼。在系統(tǒng)設計中，往往會利用雙音多頻解碼芯片MT8870，其外圍電路結(jié)構(gòu)比較簡單，功率消耗不大，而且對各種影響因素的抵抗能力較強。通過電話線輸送的雙音多頻信號，主要是在電容隔直后，將其輸送到MT8870，并實施解碼操作，之后將其輸送到AT89C2051主控芯片，通過該芯片可以對相關(guān)數(shù)據(jù)開展全面精準的校驗，明確數(shù)據(jù)正確無誤后，就可以開展本地報警與顯示動作。利用MAX232把報警信息傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中，并通過上位機軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、處理、保存和查詢功能。

4 系統(tǒng)軟件設計

4.1 分機軟件設計

在對分機程序軟件設計時，需要注意以下事項：間隔5 min 發(fā)送一次通信碼，從而對斷路報警的問題進行有效性解決。其主要的發(fā)送方式為檢測Time5flag 標志位。Time5flag 應用，往往需要在中斷程序時進行定時，每間隔5 min 對標志位進行重新設置。第一次報警之后，利用紅外對射進行解決，如果仍為報警狀態(tài)的情況下，需要繼續(xù)報警，如果第3次報警后仍然處于報警狀態(tài)，則需停止報警。在對分機中斷程序進行設計時，需要利用定時器中斷達到定時目的。在具體實施中，需要達到以下設計目標：①5 min 定時，時間到了就置Time5flag 標志位。②1 min 定時，需要滿足特定條件，即紅外報警信號觸發(fā)報警后的1 min 開展檢測。

4.2 主機控制器軟件設計

在對主機程序軟件進行設計時，需要注意以下問題：對超時報警標志dulflag 進行全面性檢測，并在定時器中斷程序時定時，間隔10 min 后如果沒有收到通信碼，則要置位dulflag，開展斷路報警，并顯示為“EE”，同時利用MAX232將相關(guān)信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中。在分機摘機進行檢測的過程中，需要本機摘機，并將其鏈接到電話線上，開展DTMF 解碼；對DTMF 譯碼功能進行有效性解決，一般需要利用累加求和的模式，對接收到的DTMF 信號開展精準性校驗，在確保校驗結(jié)果沒有錯誤的情況下，就要利用MAX232把報警信息傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中。在對主機中斷程序進行設計時，往往需要利用定時器中斷實現(xiàn)定時目的，一般需要開展10 min 定時設計，時間到了就置dulflag 標志位，當再次收到接收碼時，需要對標志碼進行清除。

5 結(jié)束語

通過試驗檢測表明，基于雙音多頻技術(shù)的智能報警系統(tǒng)在實際應用中發(fā)揮了重要的效用，安防效果較好，對于提高安防產(chǎn)品的研發(fā)技術(shù)水平和總體性能做出了重要貢獻。文章主要對智能報警系統(tǒng)的總體設計構(gòu)架、軟硬件設計等進行了綜合性分析，研究其基本原理，推動了安防行業(yè)的高速發(fā)展。尤其是當前計算機技術(shù)、信息技術(shù)等的高速發(fā)展，對各行各業(yè)帶來了極大的便利，也推動了住宅小區(qū)的智能化，促進了安防產(chǎn)品與安防系統(tǒng)在小區(qū)內(nèi)的集中化安裝與服務，滿足了居民的安防需求，為人們創(chuàng)建更加安全、可靠的居住環(huán)境。