遠(yuǎn)程報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張占勝， 孟慶宇， 張 濛， 王鑫正

(沈陽(yáng)化工大學(xué)信息工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110142)

近年來(lái)，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(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異地更新.在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件使用［1］.電話遠(yuǎn)程報(bào)警是一個(gè)比較新的課題，與常規(guī)的報(bào)警方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性:不需進(jìn)行專門(mén)的布線，不占用無(wú)線電頻率資源，避免了電磁污染.同時(shí)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人們安全防范意識(shí)的增強(qiáng)，報(bào)警經(jīng)歷了不斷的發(fā)展與改進(jìn).但是市場(chǎng)上常見(jiàn)的報(bào)警系統(tǒng)都或多或少地存在一些缺點(diǎn).例如，利用手機(jī)發(fā)短信實(shí)現(xiàn)的報(bào)警器存在不能及時(shí)、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(chǎng)報(bào)警和現(xiàn)場(chǎng)顯示的缺點(diǎn)是必須有人職守等.因此，本設(shè)計(jì)針對(duì)在無(wú)人情況下可能出現(xiàn)的火災(zāi)等險(xiǎn)情，制作一個(gè)遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警裝置，可以及時(shí)將報(bào)警信息通知給主人進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，達(dá)到探測(cè)靈敏、報(bào)警準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)的要求.同時(shí)，實(shí)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(jì)方案和基本思路

1.1 總體設(shè)計(jì)方案

總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示.

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

利用電話實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程報(bào)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(hào)，并完成對(duì)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(cè)裝置主要包括傳感器、單片機(jī)和PT2262無(wú)線發(fā)送模塊.報(bào)警系統(tǒng)主要包括單片機(jī)與PT2272無(wú)線接收模塊的接口電路，電話振鈴檢測(cè)電路，電話自動(dòng)摘機(jī)、掛機(jī)電路，DTMF信號(hào)解碼電路，語(yǔ)音提示電路，以及音頻放大電路.語(yǔ)音提示電路是該作品重要組成部分.語(yǔ)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(guò)反饋電路反饋至電話外線，從而使用戶可以及時(shí)、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(méi)有警情時(shí)，遠(yuǎn)程報(bào)警裝置作為電話機(jī)正常使用.DS18B20用來(lái)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(duì)這些溫度信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到被測(cè)的任意一個(gè)溫度參數(shù)不在設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警中斷程序開(kāi)始運(yùn)行.

(2)單片機(jī)(STC89C52)將警情信號(hào)傳遞給PT2262，PT2262再將此警情信號(hào)發(fā)送給PT2272，PT2262和PT2272是一對(duì)無(wú)線發(fā)送和接收模塊，然后PT2272又將警情信號(hào)傳遞給單片機(jī)(STC89C54).

(3)單片機(jī)(STC89C54)通過(guò)引腳驅(qū)動(dòng)報(bào)警芯片進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，并調(diào)用撥號(hào)子程序進(jìn)行撥號(hào)，然后對(duì)電話線上的回鈴音進(jìn)行檢測(cè)，判定對(duì)方電話的狀態(tài).待對(duì)方摘機(jī)后，調(diào)用語(yǔ)音模塊輸出相關(guān)的語(yǔ)音報(bào)警信息.

2 硬件電路組成

2.1 警情檢測(cè)電路

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

圖2 警情檢測(cè)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(jì)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(shí)VT為高電平.因此，當(dāng)采集到有效信號(hào)時(shí)，VT產(chǎn)生上升沿.對(duì)于Q4來(lái)說(shuō)，當(dāng)飽和導(dǎo)通時(shí)，它相當(dāng)于開(kāi)關(guān).

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

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

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

②當(dāng)沒(méi)有信號(hào)時(shí)，VT=0，D0～D3為無(wú)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(chǎng)報(bào)警電路

9561集成音樂(lè)芯片能產(chǎn)生槍聲、警車警報(bào)聲、消防車聲、救護(hù)車聲4種聲音，聲音區(qū)分見(jiàn)表1.現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警的電路原理圖如圖4所示.

表1 9561集成音樂(lè)芯片的4種聲音Table 1 Four sound of 9561

圖4 報(bào)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(hào)發(fā)生器［3］，可以由指令控制產(chǎn)生16種雙頻信號(hào)和8種單頻信號(hào)，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(hào)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(shí)，單片機(jī)輸出電流約為15 μA;當(dāng)輸出低電平時(shí)，單片機(jī)輸入電流為1.6 mA，因?yàn)?V/R5＜1.6 mA，所以R＞3.125 kΩ，光耦的電流值約為1 mA時(shí)，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(cè)

振鈴檢測(cè)電路如圖6所示.

電話振鈴信號(hào)通過(guò)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(hào)變換電路，它們使輸入電壓和電流不會(huì)太大，對(duì)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(duì)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(cè)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(hào)通過(guò)光耦U12B的16腳輸出振鈴正弦波，經(jīng)過(guò)3個(gè)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(cè).

2.6 語(yǔ)音提示電路

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

圖7 語(yǔ)音提示電路原理圖Fig.7 The schematics of voice prompt

3 軟件的總體設(shè)計(jì)思想

本設(shè)計(jì)采用時(shí)間片輪詢的方法進(jìn)行系統(tǒng)編程［6］，定時(shí)器產(chǎn)生30 ms的時(shí)間片，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，對(duì)各個(gè)任務(wù)進(jìn)行置位/復(fù)位.時(shí)間片觸發(fā)系統(tǒng)時(shí)鐘為就緒狀態(tài)，在系統(tǒng)時(shí)間中，不停地對(duì)各個(gè)任務(wù)等待時(shí)間進(jìn)行處理，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定任務(wù)時(shí)，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(shí)，則執(zhí)行掃描按鍵子程序.在各個(gè)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(shí)間.主程序采用優(yōu)先級(jí)判斷方法，在多個(gè)任務(wù)同時(shí)為就緒狀態(tài)時(shí)，則先執(zhí)行優(yōu)先級(jí)高的，執(zhí)行完后，返回主程序，再執(zhí)行次級(jí)子程序.

在處理顯示、按鍵等關(guān)聯(lián)程序時(shí)，采用圖片形式的處理方法:程序把各個(gè)顯示界面看成一幅幅圖片，并用picture標(biāo)識(shí)現(xiàn)在正在運(yùn)行哪個(gè)界面.在圖片設(shè)計(jì)思路下，采用分級(jí)菜單式設(shè)計(jì)思路，共分成2個(gè)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(gè)界面:(1)萬(wàn)年歷設(shè)定;(2)報(bào)警號(hào)碼設(shè)定;(3)錄音設(shè)定.在報(bào)警號(hào)碼設(shè)定時(shí)又包含3個(gè)子界面:火災(zāi)報(bào)警錄音、煤氣泄漏報(bào)警錄音和無(wú)人自動(dòng)接聽(tīng).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(jí)菜單，進(jìn)入相應(yīng)子菜單時(shí)，則對(duì)相應(yīng)的全局變量初始化，這時(shí)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(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)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(duì)任務(wù)初始化，使各個(gè)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(lái)排列的，即當(dāng)2個(gè)以上的任務(wù)同時(shí)處于就緒狀態(tài)時(shí)，則執(zhí)行值小的(情況緊急的)事件，然后執(zhí)行次級(jí)任務(wù).

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著生活水平的提高，人們的家居安全意識(shí)也在加強(qiáng)，同時(shí)，家居安全問(wèn)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(wèn)題是可以避免的.現(xiàn)在，家居自動(dòng)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(shí)際應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計(jì)出可以檢測(cè)多種突發(fā)事件，并自動(dòng)循環(huán)撥打預(yù)先按優(yōu)先級(jí)存儲(chǔ)的號(hào)碼，直到有人接聽(tīng)為止，進(jìn)行語(yǔ)音提示，告知主人是何種險(xiǎn)情的遠(yuǎn)程報(bào)警裝置.此報(bào)警裝置是一種具有前瞻性的實(shí)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(bào)警裝置也必將有一個(gè)更為廣闊的市場(chǎng)前景和未來(lái).

［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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