基于双音多频技术的智能报警系统设计

李荃高，范雪琴

（1.沈阳大学 信息工程学院，辽宁 沈阳 110044；2.丹东机床有限责任公司，辽宁 丹东 118000）

随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对安全防范的要求也大大提高.如何利用现有的计算机及通信技术对安全防范进行集中管理，已经成为信息产业的热点［1－3］.目前，报警系统大都采用232通信和485通信，但通信距离有限，而DTMF传输距离远（实测达到8km），适用于仓库、小区的报警系统［4－6］.本文介绍了一种基于双音多频技术的智能报警系统.系统以AT89C2051单片机作为主控制器，以对射式红外线收发模块作为报警传感器，利用DTMF技术实现数据的远程传输.同时，利用软件方法解决了红外对射报警的误报、错报问题.

1 系统总体设计

本系统由电脑、主机控制器、DTMF通信线路和各个分机组成.系统的整体硬件框图如图1所示.

图1 系统整体硬件框图Fig.1 Block diagram of system hardware

本系统的工作过程是：当有人经过红外线对射区域时，红外对射被遮挡，会触发继电器给出低电平，通知分机电路板；分机电路板得到此信号后，利用双音多频技术，将报警信号传到终端主机控制器，主机控制器对分机送来的信息进行显示、声光报警，同时将报警数据送给中心计算机管理系统；通过计算机管理系统将报警地点及种类等信息显示到相应的地理位置，并对报警信息进行存储，以便对报警信息进行查询.

2 系统硬件设计

2.1 分机电路设计

分机电路由主控制器AT89C2051、红外对射接口、DTMF编码芯片UM95085和电话摘机电路组成，电路图如图2所示.

红外对射的输出接到单片机的P3.3引脚上，正常时，红外对射输出为常开点，此时，单片机的P3.6为高电平；当有人或物体遮挡到红外接收头的一端时，红外对射输出的接点闭合，使P3.3为低电平.单片机检测到低电平后，通过控制DTMF编码芯片UM95085将报警信息以DTMF编码的方式发送给主机.

在系统的安全上，为了防止雷击，各个分机平时不挂在总线上，如图2所示.当系统检测到报警信号时，单片机的P 3.7输出高电平，此时，三极管导通，继电器开始工作，系统接入总线，在进行程序设计时，此时有一个延时，延时长度约1s，然后分机再向外发送数据；当用户执行完命令操作之后（如向外报警过程完成后），主控系统使其P3.7变为低电平，三极管截止，继电器断开，分机与总线脱离.

图2 分机电路图Fig.2 Schematic of extension

由于双音多频DTMF信号具有抗干扰能力强、传输距离远、数据准确等特点，因而可广泛应用于通讯、遥控等领域.利用DTMF信号可实现双总线的远距离微机通讯，以完成控制或数据的传输.本文采用DTMF信号编码芯片UM95085与AT89C2051单片机的硬件接口电路，通过AT89C2051的P1口控制UM95085的C1～C4、R1～R4，通过软件实现DTMF编码的任务.UM95085的编码规则如表1所示.

表1 UM95085编码表Table 1 Coding table UM95085

在软件方面，为了防止断路报警，解决漏报问题，在最尾端加一个专门发通信码的分机，每隔3 min发送一个通信码，若主机收到，则证明线路良好；当大于3次没收到通信码，即约10min收不到通信码时，证明线路出现了故障，可以通过专门人员进行线路检测.同时，为了防止短路报警，解决误报问题，笔者采取软件处理的方法，对该分机三次检测，若该分机仍为低电平，则证明该分机出现了故障，红外对射存在外界干扰.

2.2 主机控制器电路设计

主机控制器主要完成DTMF解码，同时将该报警信息通过RS232发送给智能报警计算机管理系统.因此，主机控制器主要由主控芯片AT89C2051、DTMF解码芯片和RS232通信转换芯片组成.主机控制器检测分机发送来的报警信息并进行显示，同时发给计算机.首先，为了防止雷击，主机平时不挂在线上，当有分机发送DTMF信号时，主机通过分机摘机检测电路能够检测到分机是否接入，再通过控制继电器接通总线.其次，通过DTMF解码芯片对分机发送过来的信息进行解码，并通过LED进行显示.再次，主机能够对分机通信码进行超时处理，即若10min收不到通信码，则证明线路出现了故障，可以通过专门人员进行线路检测.最后，主机可实现与计算机通信，将报警信息传送给计算机系统.摘机检测电路如图3所示.平时电话线的电压为48V直流电压，所以经整流桥之后，经稳压管D2及电阻R28加到Q1的基极，此时电压较高，使D2击穿，Q1饱和，所以P3.3点电压为低电平.当分机摘机以后，电话线电压降到12V，这个电压不能使D2击穿，所以，Q1基极没有电流，Q1截止，P3.3为高电平，检测到分机已经摘机.

图3 摘机检测电路Fig.3 Off hook detection circuit

CM8870译码规则如表2所示.

表2 CM8870译码表Table 2 Decoding table of CM8870

3 系统软件设计

3.1 分机软件设计

分机程序主要解决以下几个问题：首先是每5min发一次通信码，用于解决断路报警问题.通过检测Time5flag标志位来进行发送.Time5flag主要是在其中断程序中定时，每5min置一次该标志位.其次是解决断路报警问题，当报一次警后，若红外对射仍为报警状态继续报警，但如果三次报警后仍为报警状态，则停止报警.其软件流程如图4所示.

3.2 主机控制器软件设计

主机程序主要解决以下几个问题：首先是检测超时报警标志Dluflag，其在定时器中断中定时，如果10min没有收到通信码，则置位Dluflag，进 行 断 路报警，显 示 “EE”，并 通 过MAX232发给计算机.其次当检测到分机摘机时，本机摘机，链接到总线上，进行DTMF解码.最后是解决DTMF译码功能，通过累加求和的方法对接收的DTMF信号进行校验，若校验正确，则将报警信息通过MAX232发给计算机.其软件流程图如图5所示.

图4 分机软件流程图Fig.4 Flow chart of extension software

图5 主机控制器软件流程图Fig.5 Flow chart of host controller software

4 试验及结果

为了检验系统的效果，在某仓库系统的6个子库门前布置了红外对射装置，当有人通过1号分机红外对射时，1号库显示红色，表示1号红外对射分机检测到报警，并通过DTMF技术发给主机控制器，同时主机控制器将该报警信息发送给上位机，与上位机通信为波特1 200baud，无校验位，8位通信位，1位停止位的通信格式，上位机显示界面如图6所示.

图6 上位机显示界面Fig.6 Display interface upper computer

5 结 语

本文以AT89C2051为主控制器，设计了一种基于双音多频技术的智能报警系统.给出系统的总体设计方案和工作原理，阐述了分机和主机控制器电路的详细设计.在某仓库系统试验中，实验结果表明，本系统最大通信距离可达8km，能够有效地避免误报和漏报问题，可以获得良好的报警效果.但本设计也有不足之处，文中的分机地址是通过在程序中指定加以区分的，当系统中有较多的分机时，要有较多的分机程序，且在设备安装时有一些不便.解决方法有两种：第一，采用相同引脚及封装的STC12C5204，该芯片具有片内的EEPROM，同时，在分机程序中增加串口程序，当从串口中输入固定某一格式的数据时，当数据中的地址解析出来，存入EEPROM中，本方法不用改变硬件设计，仅在软件上便可以处理地址方法的不足；第二，重新设计硬件，更换更多引脚的CPU，如STC12C5204－LQFP32，其有32个引脚，在某一端口加一DIP开关，用作地址设置.

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