防盗报警系统中话线断线呼救无线网的研究与应用

2010-03-13李小伟潘永雄杜小伟

电子设计工程 2010年5期

李小伟，潘永雄，杜小伟

（广东工业大学物理与光电工程学院，广东广州510006）

在社会治安形势尚未彻底好转前，入屋盗窃、抢劫案件不时发生。常见的防盗网、防盗门、防盗锁等被动防盗设施效果有限，并没有给住户带来真正的安全，反而影响了市容、埋下了消防隐患。在这种情况下，各类防盗报警设备销量猛增，但多数防盗报警主机只能通过固话线路向外发送警情信息。据报道，在多数恶性入屋犯罪事件中，犯罪分子一般先提前破坏大门外布线规范、一眼就能找到固话线路，后才择机撬门或开锁入屋[1]。在这种情况下，报警主机除了借助警号阻吓外，无法将警情送出。为避免固话断线发送不了警情的弊端，个别品牌防盗报警器内置GSM模块，借助移动网络通信[2]。然而这类主机价格昂贵，日常维护费用大，普及率不高。因此，如何在防盗报警器中增加成本低廉、通信可靠的话线断线呼救系统成了一种必然趋势。

1 系统硬件电路

话线断线无线呼救系统硬件电路由话线断线检测电路、本地话机摘机检测电路、无线发射电路（调制方式、载波频率与报警主机内的无线接收模块相同）等部分组成[3-4]，如图1所示。

图1 断线无线呼救系统硬件框图

图2 话线断线与摘机检测电路

本地电话摘机检测电路由电阻R4、R5以及U2、U3组成。用户摘机时，话机电流流经R4，只要话机电流不小于15 mA[5]，则R4上的压降必定大于1.23 V，PC817光耦内发光二极管可靠导通。R4取值范围在82～100 Ω之间，过大则话机电压偏小，影响话机通话；反之，太小则可能造成其上压降小于1.2 V，PC817不能可靠导通。R5为发光二极管限流电阻，阻值在51～100 Ω之间。由于无法确定外线极性，需要由U2、U3的发光二极管反向并联构成双极性检测，这样无论L1为正极还是L2为正极均可保证在摘机状态下U2、U3总有一个处于导通状态。

外线经二极管VD1～VD4构成的极性变换电路后得到极性固定的馈电电压，加到U1光耦的1、2引脚。在挂机状态下，15 V稳压二极管VDZ击穿，光耦内发光二极管电流约0.4 mA（交换机馈电约为48 V），光敏三极管饱和导通，输出高电平，表示话线正常；反之，如果断线或挂接在外线上的其他话机被摘机等原因，则极性变换电路输出电压必定小于12 V，稳压二极管截止，光耦内光敏三极管也截止输出低电平。

有效通信距离与发射功率、天线形状与尺寸、载波频率、接收模块灵敏度等因素有关。即使采用2SC3356小功率发射管，对于一个设计优良的ASK调制发射电路（发射功率在4～6 mW之间），有效接收距离也小于200 m（开阔地带）。

图3 ASK调制的无线发射电路

因为防盗报警主机内一般已有无线接收、解调电路（其主要任务是接收无线探头、遥控器发出的编码信息），因此无须额外的无线接收、解调电路。

2 通信协议

2.1 呼救信息

在住房商品化时代，邻居之间电话号码、主机编号等均涉及个人隐私，因此断线后，呼救方必须提供接警中心用户编号（6位BCD码。注：报警主机普遍采用C.ID协议与接警中心通信，而C.ID协议中用户编号最多6位）警情代码、被触发的防区号、机主本地电话号码（不能用接警中心用户编号作为邻居主机拨通后告知机主的语音信息，原因是机主不熟悉该编号，只能用机主本地电话号码）、用户手机、小灵通或办公室固定电话号码等信息。为减少无线信道占用时间，将以上信息分3帧（每帧64 bit）送无线发射模块。相应的，接收方收到邻居呼救信号后，必须给出相应的应答信号，以便呼救方感知呼救信号是否已被附近同类主机可靠接收，同时阻止其他主机拨打呼救主机对应的机主电话，避免“一机呼救多机响应”现象。同样为尽可能减少信道占用时间，应答信息帧为32 bit（由1字节标识信息和3字节接警中心用户编号组成）。

2.2 信息帧格式与调制方式

呼救信息帧格式与应答信息帧格式如表1所示。

为了能够直接利用报警主机内无线接收、解调电路完成呼救信号接收与解调，呼救信号调试方式、载波频率与系统内其他无线发射设备相同。例如，当系统其他无线发射设备采用315 MHz ASK调制方式，信息帧编码方式[6]与2262编码器[4]兼容时，可利用信息帧同步头脉宽比的大小来区分信息类型。由于2262编码器同步头脉宽比为1：32（高低电平时间为4∶124），那么呼救信息同步头脉宽比可选定为1∶10（高低电平时间为4∶36），相应地应答信息同步头脉宽比选定为1∶17（高低电平时间为4∶64），如图4所示。

图4 不同信息帧同步头脉宽比

表1 呼救信息帧格式与应答信息帧格式

图中α为比例系数，与PT2262器件频率有关。这样利用软件解码方式，不难分辨、处理以上三类信息[7-8]。

3 信息收发与处理流程

话线断线处理过程大致如图5所示。话线断线时，检测主机当前状态，在撤防状态时，则触发蜂鸣器断续鸣叫；在布防状态时，则初始化、等待信道空闲。当有空闲信道时，依次发送3帧呼救信息，然后初始化等待应答信号时间、触发警号鸣响。与此同时等待附近同类主机的应答信号。在特定时间内没有应答信号，呼救次数减1。次数未减到0则继续等待信道空闲，然后发送呼救信息；如果呼救信息减到0则退出。

如果主机接收到附近主机的呼救成功的信息（应答标志为0x13），表示呼救成功，然后退出。

如果主机接收到附近主机响应（应答标志为0x15），表示附近主机转发的第一个呼救没人响应，则判断呼救次数，接着选择下一个用户电话号码并发送呼救信息的第2帧。然后再等待应答信号直到有用户响应或呼救次数减到0退出。

如果主机接收到附近主机的呼救成功信息（应答标志为0x11），则表示附近主机响应但接收的信息有误，则依次发送3帧呼救信息。再次判断呼救次数、等待应答标志转到相应的处理过程。

断线呼救信息接收处理过程大致如图6所示。为保证通信的可靠性，在发送断线信息、应答信号前，可利用报警主机内的无线接收电路探测无线信道是否处于空闲状态。