具有人機交互接口的家庭安全報警系統設計

劉玉儒，張魯華

(煙臺大學 工程實訓中心,山東 煙臺264005)

家庭安全報警系統是住宅小區周界報警系統、重點部位電視監視系統、樓宇對講系統、家庭安全報警系統和電子巡更系統等五大技術防范系統中的一個重要系統。它屬于由小區區域防范層、樓宇防范層和家庭防范層組成的多層技術防范體系的第3層，是保護住戶人身財產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心與重視，家庭安全報警系統已經逐漸為人們所接受，它為維護社會治安、保障國家和百姓的生命財產安全發揮了重要作用。然而市場上出現的各類家庭安全報警系統功能雖較齊全，但并不完善，明顯的不足之處就是報警號碼都是預先存入，而且沒有提供人機交互功能，用戶如因特殊情況需更換報警電話號碼時往往無能為力，其設計顯然不夠人性化，也給用戶帶來了諸多不便?；谶@一點，本文設計了一種功能較完善的家庭安全報警系統，既實現了對非法侵入、火災、煤氣泄漏等家庭各類緊急情況的及時電話報警，同時又擴展了人機交互接口模塊，解決了用戶不能自行修改報警號碼的問題。

1 系統硬件設計

本系統硬件部分采用AT89C51單片機為控制中心，配有警情采集電路、報警驅動電路、雙音多頻（DTMF）收發電路、摘機檢測電路、語音報警電路、鍵盤接口及LED顯示電路。系統硬件結構框圖如圖1所示。

警情采集電路負責對各類警情信號的采集，當采集到警情信號時，單片機立即接通報警驅動電路實現聲光報警，同時由雙音多頻收發電路通過電話網絡撥打報警號碼向外界報警，當摘、掛機檢測電路檢測到被呼叫方摘機后，單片機接通語音報警電路，通過事先錄制好的語音信號告知對方與警情相關的信息，對方掛機后，模擬掛機，完成自動報警。鍵盤接口及LED顯示電路負責用戶對報警信息的顯示、修改與存儲，它由 8×8鍵盤、8位8段數碼管及HD7279A控制電路組成，HD7279A通過定時查詢鍵盤和AT89C51進行通信，實現人機交互。系統硬件調試采用浙江天煌教儀TKSCM-2型單片機開發綜合實驗裝置和偉福E6000型仿真器。

1.1 警情采集電路

警情采集電路負責各類警情信號的采集，并向AT89C51單片機發送信息。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能夠響應入侵者在所防范區域內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控報警器產生報警信號，從而完成報警功能。

1.2 雙音多頻收發電路

Mitel公司生產的MT8870芯片是一款功能較強的DTMF發送與接收器件，有較完整的DTMF發送或接收、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MT8870解調后，在STD端產生一個控制輸出信號,該信號與單片機AT89C51的外部中斷輸入端INT1相連。當該信號發生由1到0的跳變時引發中斷，單片機響應中斷后，使MT8870的TOE端產生一個高電平脈沖信號，該信號使MT8870的數據輸出端Q0～Q3由原來的高阻狀態變為與當前輸入的雙音頻信號相對應的二進制編碼，單片機通過P1口將該二進制數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、譯碼器和電子開關組成[2]，如圖3所示。

APR9600芯片采用模擬存儲技術，噪音低，不怕斷電，可以反復錄放。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。當出現報警時，單片機通過P2.2～P2.4控制電子開關實現按鍵操作，啟動相應的錄音段，放出相應的語音報警信息，并且可以根據需要循環播放，播放次數由用戶自行設置。

1.4 鍵盤接口及LED顯示電路

采用鍵盤顯示驅動專用器件HD7279A。HD7279A可同時驅動8個共陰式數碼管動態顯示，也可同時連接多達64鍵的矩陣鍵盤。與傳統的鍵盤顯示器件8279相比，HD7279A外圍元件數目少，單片即可完成LED顯示和鍵盤接口的全部功能，簡化了電路設計，而且和AT89C51相連只需 4 根線（CS、CLK、DATA、KEY），僅僅使用單片機的P1.4～P1.7口，大大節省了CPU的端口資源。由于HD7279A內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是單片機產生的控制同步時鐘，P1.6/DATA是命令數據輸出/輸入線，P1.7/KEY是按鍵有效輸出端。HD7279A器件控制8個LED數碼管動態顯示，并監測64鍵鍵盤。CLK時鐘頻率約100 kHz，由單片機編程延時決定。在CLK的同步時鐘作用下，控制命令、顯示數據以及采用查詢方式讀取鍵盤鍵值代碼數據等均由DATA端輸入/輸出[3-5]。

2 系統軟件設計

本系統硬件功能均由軟件控制實現，針對系統硬件特點，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。主程序負責對系統進行初始化，使之進入工作狀態，鍵盤查詢及顯示程序響應用戶的信息輸入與顯示，警情采集程序通過調用相應子程序實現自動報警。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。軟件調試采用仿真軟件Wave6000。

本文設計的家庭報警系統是對傳統系統功能的擴展和完善，解決了報警號碼難修改的問題。經測試，系統對警情反應及時，用戶修改報警號碼操作簡單。系統成本低，工作可靠，有實用意義。如和其他安全防范措施彼此協同，相互補充，即可構成一個立體安全防范體系，在居民區、公司、銀行、辦公區、庫房等場所的安全防范方面有廣闊的應用前景。

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.基于電話網的家用電器遠程控制系統的設計[J].現代電子技術，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設計[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2009，28（2）：207-210.

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

[4]李玉梅.基于MCS-51系列單片機原理的應用設計[M].北京：國防工業出版社，2006.

[5]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社,1993.