远程报警装置的设计与实现

2011-01-25张占胜孟庆宇王鑫正

沈阳化工大学学报 2011年4期

张占胜，孟庆宇，张濛，王鑫正

(沈阳化工大学信息工程学院，辽宁沈阳110142)

近年来，随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异地更新.在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件使用［1］.电话远程报警是一个比较新的课题，与常规的报警方式相比，显示出一定的优越性:不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染.同时，随着电子技术的发展和人们安全防范意识的增强，报警经历了不断的发展与改进.但是市场上常见的报警系统都或多或少地存在一些缺点.例如，利用手机发短信实现的报警器存在不能及时、快速通知用户的隐患，宽带也面临线路被切断的可能，且不易普及，现场报警和现场显示的缺点是必须有人职守等.因此，本设计针对在无人情况下可能出现的火灾等险情，制作一个远程自动报警装置，可以及时将报警信息通知给主人进行语音报警，达到探测灵敏、报警准确、抗干扰能力强的要求.同时，实现节能降耗的作用，使其在待机情况下耗电量最低;与电话并联，不影响电话的正常使用.

1 总体设计方案和基本思路

1.1 总体设计方案

总体设计方案如图1所示.

图1 总体设计方案Fig.1 The overall design

利用电话实现的远程报警装置由单片机构成主控部分［2］，进行主要的信息处理，以及接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录.接口电路是提供单片机与电话外线的接口.检测装置主要包括传感器、单片机和PT2262无线发送模块.报警系统主要包括单片机与PT2272无线接收模块的接口电路，电话振铃检测电路，电话自动摘机、挂机电路，DTMF信号解码电路，语音提示电路，以及音频放大电路.语音提示电路是该作品重要组成部分.语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音进行提示，并通过反馈电路反馈至电话外线，从而使用户可以及时、准确地知道家中发生的灾情，避免造成更大损失.

1.2 基本思路

(1)当没有警情时，远程报警装置作为电话机正常使用.DS18B20用来采集室内温度信息，它把温度信息传递给单片机(STC89C52)，单片机(STC89C52)对这些温度信号进行分析，当系统检测到被测的任意一个温度参数不在设置的标准范围内时，报警中断程序开始运行.

(2)单片机(STC89C52)将警情信号传递给PT2262，PT2262再将此警情信号发送给PT2272，PT2262和PT2272是一对无线发送和接收模块，然后PT2272又将警情信号传递给单片机(STC89C54).

(3)单片机(STC89C54)通过引脚驱动报警芯片进行现场报警，并调用拨号子程序进行拨号，然后对电话线上的回铃音进行检测，判定对方电话的状态.待对方摘机后，调用语音模块输出相关的语音报警信息.

2 硬件电路组成

2.1 警情检测电路

警情检测电路是一个独立的模块，原理图如2所示，它由单片机最小系统、无线发送模块和各种传感器组成.

图2 警情检测电路原理图Fig.2 The schematics of dangerous detection

2.2 PT2272与单片机接口电路

此部分主要由单片机最小系统和PT2272电路组成，电路原理图如图3所示.由于所设计的软件占用内存较大，所以，采用STC89C54单片机，它的ROM为16 kB，RAM为128 B，功能与51单片机相似.PT2272电路采用沿转换电路.原理:INT1只能采集到下降沿/低电平，而当PT2272接收到有效数据时VT为高电平.因此，当采集到有效信号时，VT产生上升沿.对于Q4来说，当饱和导通时，它相当于开关.

当VT=0时，INT1=1，Q8050处于截止状态.

当VT=1时，INT1=0，Q4处于饱和导通状态.

①当有信号时，VT=1，D0～D3为传输数据.

②当没有信号时，VT=0，D0～D3为无效.

图3 PT2272与单片机接口电路Fig.3 PT2272 and SCM interface circuit

2.3 现场报警电路

9561集成音乐芯片能产生枪声、警车警报声、消防车声、救护车声4种声音，声音区分见表1.现场报警的电路原理图如图4所示.

表1 9561集成音乐芯片的4种声音Table 1 Four sound of 9561

图4 报警电路原理图Fig.4 The schematics of alarming

由于9561芯片供电电压为3.5～4.2 V，而单片机的供电电源为5 V，所以，采用D1、D2降压，即5－(0.7+0.7)=3.6 V，保证了9561的正常供电.

2.4 DTMF解码电路

HT9200A双音多频信号发生器［3］，可以由指令控制产生16种双频信号和8种单频信号，并由DTMF引脚输出.电路如图5所示.其中，光耦起到隔离和信号传输作用.R5、R6和R7的连入，增加了单片机的带负载能力.当输出高电平时，单片机输出电流约为15 μA;当输出低电平时，单片机输入电流为1.6 mA，因为5V/R5＜1.6 mA，所以R＞3.125 kΩ，光耦的电流值约为1 mA时，光耦能正常工作.

图5 DTMF解码电路原理图Fig.5 The schematics of DTMF decoding

2.5 振铃检测

振铃检测电路如图6所示.

电话振铃信号通过电容C49、C50隔直、Z4稳压二极管、R75和R77限流电阻输入至光电耦合器U12B的输入端1口，C49、C50、Z4、R75和R77共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用.光电耦合器U12B起的是隔离作用，它以光电转换原理传输信息，使信息发出端(一次侧)与信息接收并输出端(二次侧)是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力［4］.

图6 振铃检测电路原理图Fig.6 The schematics of ringing detection

电容C51起到滤波作用，容值越大越好.振铃信号通过光耦U12B的16脚输出振铃正弦波，经过3个反向器的整形输出到单片机STC89C54的P3.2口，中断方式采用外部中断INT0，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测.

2.6 语音提示电路

语音提示电路主要由语音录放芯片ISD4004组成［5］，电路如图7所示.由此功能模块实现语音的存储和录放，从而在发生险情时能够语音告知主人是何种警情.

图7 语音提示电路原理图Fig.7 The schematics of voice prompt

3 软件的总体设计思想

本设计采用时间片轮询的方法进行系统编程［6］，定时器产生30 ms的时间片，当计时时间到时，对各个任务进行置位/复位.时间片触发系统时钟为就绪状态，在系统时间中，不停地对各个任务等待时间进行处理，当到达设定任务时，将任务标志位设为就绪状态，在主程序中不停地查询/判断任务标志位是否为就绪状态，如果是就绪状态，则进入相应子函数.主程序中，在其它状态都处于等待状态时，则执行扫描按键子程序.在各个任务子程序中，则把任务标志位设为等待状态，并设为等待时间.主程序采用优先级判断方法，在多个任务同时为就绪状态时，则先执行优先级高的，执行完后，返回主程序，再执行次级子程序.

在处理显示、按键等关联程序时，采用图片形式的处理方法:程序把各个显示界面看成一幅幅图片，并用picture标识现在正在运行哪个界面.在图片设计思路下，采用分级菜单式设计思路，共分成2个主界面:一是待机界面，二是设定界面.在设定界面中，又分为3个界面:(1)万年历设定;(2)报警号码设定;(3)录音设定.在报警号码设定时又包含3个子界面:火灾报警录音、煤气泄漏报警录音和无人自动接听.这些界面都由确定键进入相应子菜单，由返回键进入上级菜单，进入相应子菜单时，则对相应的全局变量初始化，这时加键、减键修改的值则是相应图片的参数.

主程序流程图如图8所示.

图8 主程序流程图Fig.8 The main program flowchart

系统上电后，首先对单片机系统的各个控制引脚初始化，以确保各块功能硬件正常工作.系统初始化后，则对任务初始化，使各个任务处于正常状态.在While循环中则不停地查询任务标志的状态，取出处于就绪状态的任务的标志.根据任务的标志调用相应的子函数，在子函数中使任务处于非就绪状态.当完成就绪的任务后，返回到主函数，继续查询任务状态.在主函数中，常量SYS_TIMER_TASK、PT2272PROCTASK、DETECTPROCTASK……的顺序是根据任务的紧急情况来排列的，即当2个以上的任务同时处于就绪状态时，则执行值小的(情况紧急的)事件，然后执行次级任务.