基于双音多频智能安防产品的软硬件设计

王 鑫

（深圳市佳信捷智慧物联有限公司，广东深圳 518000）

现代化社会发展背景下，社会形势日渐复杂，对安防产品性能、质量提出了更高的要求，不仅需要具有较强的适应能力，能够对各类大型活动进行有效性适应，而且还要提高防范能力，加强防护效果。因此，需要融入现代化的智能技术、物联网技术、通信技术等，实现安防产品的技术创新，融入更多现代化高新技术，全面提高安防产品的研发技术水平和综合性能。文章以基于双音多频技术的智能报警系统为例，对系统软硬件设计进行综合性分析，从而提高系统使用性能，推动报警系统功能作用的有效性发挥。

1 概述

双音多频是美国贝尔公司实验室研发的，主要是在电话网络用户之间传输的指令，可以为电话与交换机之间的交互提供通道。通过该技术可以充分发挥传统连接、拨号的电话转接方式，提高拨号效率和速度，进行有效的信号识别。双音多频信号形式在电话网络、对讲通信系统等得到了广泛的应用，主要是传输十进制数据。双音多频技术的广范围应用，主要是在数字信号处理相关芯片的支持下发挥作用的，同时也推动了硬件性能的不断性提升，使其在视频、宽带通信、工业控制、无线通信等方面发挥了越来越大的作用。现阶段市面上越来越多的双音多频编解码相关芯片被研发和应用，在安防产品、工业控制等领域得到了广泛应用。

通过发送双音多频信号，可以在语音服务中选择相关操作，如查询消费账单、服务打分等。双音多频（DTMF）在编程中的应用，体现强化的处理功能，而且处理速度较快，对音频识别功能较高，硬件器件丰富多样，整体性能比较强大。其中DTMF在智能安防产品软硬件中的有效性应用，可以对间隔较短的信号进行有效性检测，而且使用成本较低，研发时间段，外观轻巧精细，适用范围广。图1 是HT9172DTMF 信号接收器的电路设计图，该接收器的实用功能较强，可以实现数字译码，并能够对杂波进行有效性过滤，对信号的接收性能较好，还可以利用其内含的放大模块对输入信号质量进行改善，并通过计数途径解码输入信号，使其形成4位码元输出，利用滤波模块还可以对输入信号进行有效性处理，使其转化为高频信号、低频信号。

图1 HT9172DTMF信号接收器的电路设计图

传输中的信号是由两个不同频率的信号叠加而成，其信号频率主要由行频组、列频组等预定义的频率组而来。DTMF 编码主要是在两个数字正弦振荡器的基础上形成的，每个频率组包含4个频率，利用线性组合的方式形成新的16种编码。其中两个编码叠加为一个数字。按照规定1 s 产生最多10个DTMF 音频，每个键按下的空隙最短是100 ms，并且整个按键的过程所需要的时间不能高于55 ms，也不能低于45 ms，通过以上的计算，每一个音频信号等待的时间是多于45 ms 的。DTMF 解码，所用的就是这个时间，利用这样的时间能够将双音频信号转换成相应的数字表达。本文所说的DTMF 编解码这个功能，能够在10～80 ms 的时间内检测出有效的音频信号，等待时间在10～80 ms。安防的安定宝相关协议利用DTMF规范的音频，使用数字组合，但是对于双音多频有一定的规则，例如一个1 400±3%取持续时间为100 士5 % ms，暂停100±5 % ms，一个2 300±3 %取持续时间为100±5 % ms，突然开启时间和突然关闭时间都按照50 ms（最低50 ms，最高60 ms）计算，在安防行业我们用到的有设置防护、撤销防护、报警机制、响铃、事件触发、区域限定。新的DTMF 音频能够获得更加短的间隔，它的频率也能够自己设置，这些都是它的相关扩展。

2 系统总体设计要点

DTMF 硬件框图如图2所示。其运行原理为：行人进入红外线对射范围内，红外对射感知到被遮挡，因而触发继电器，并输出低电平，分机电路板接收到信号后开始动作。即利通过DTMF 技术，把报警信号传输到终端主机控制器，并对接收到的信息实施显示，并开启声光报警。计算机管理中心可以结合信息分析精准定位报警位置、类型等，从而对其进行全面存储与查询。

图2 系统整体硬件框图

3 系统硬件设计

3.1 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。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。当系统检测到报警信号时，单片机的P3.7输出高电平，此时，三极管导通、继电器等启动，并实现总线与系统的有效性连接，程序设计过程中，需要设置一个1 s 的延时，通过分机实现数据外送；指令执行完成后，主控系统将其转变为P 低电平，并与三极管进行停止，断开继电器，分机与总线之间的连接断开。

3.2 主机控制器电路设计

主机控制器的功能是助力DTMF 解码的开展，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。主机控制器包含主控芯片AT89C2051、DTMF 解码芯片、RS232通信转换芯片等构件。在实际运行过程中，分机将其采集获得的报警信息输送到主机控制器，并通过检测合格后进行显示，最后输送到计算机控制系统中。一般情况下，主机处于掉线状态，这样可以减少雷击危害，接收到分机输送反馈的DTMF 信号的情况下，主机需要利用分机主机对电路的运行状态进行检测，从而判断分机是否进入接入状态，然后利用控制继电器的功能作用，将其与总线接通；此外，充分发挥DTMF 解码芯片的解码功能，从而对分机反馈信息数据开展精准解码，在LED 上全面显示；通过主机控制器，可以实时监测分机通信码的运行状态，一旦发现其存在超时现象就可以对其进行有效性处理，其具体表现为：一旦每隔10 min 接收不到通信码，就可以判定线路处于故障状态，从而通知专业检修人员开展全面的线路检测工作；还可以通过主机报警信息传送给计算机系统。主机检测电路如图3所示。

图3 主机检测电路

3.3 DTMF发码电路设计

利用DTMF 信号的有效性发送，可以达到远距离微机通信的目的，而且可以对信号进行远距离传输，并可以保障数据信号传输过程中的准确性，对外界因素的抗干扰能力较强。双音多频DTMF 信号抗干扰能力较强，而且传输距离较远，可以保障数据信号的准确性和清晰性，因此在通信、遥控等行业得到了广泛应用。

3.4 主机硬件的设计

主机控制器的核心器件主要是AT89C2051 单片机，并利用双音多频解码芯片对MT8870 进行解码。在系统设计中，往往会利用双音多频解码芯片MT8870，其外围电路结构比较简单，功率消耗不大，而且对各种影响因素的抵抗能力较强。通过电话线输送的双音多频信号，主要是在电容隔直后，将其输送到MT8870，并实施解码操作，之后将其输送到AT89C2051主控芯片，通过该芯片可以对相关数据开展全面精准的校验，明确数据正确无误后，就可以开展本地报警与显示动作。利用MAX232把报警信息传输到计算机系统中，并通过上位机软件实现数据显示、处理、保存和查询功能。

4 系统软件设计

4.1 分机软件设计

在对分机程序软件设计时，需要注意以下事项：间隔5 min 发送一次通信码，从而对断路报警的问题进行有效性解决。其主要的发送方式为检测Time5flag 标志位。Time5flag 应用，往往需要在中断程序时进行定时，每间隔5 min 对标志位进行重新设置。第一次报警之后，利用红外对射进行解决，如果仍为报警状态的情况下，需要继续报警，如果第3次报警后仍然处于报警状态，则需停止报警。在对分机中断程序进行设计时，需要利用定时器中断达到定时目的。在具体实施中，需要达到以下设计目标：①5 min 定时，时间到了就置Time5flag 标志位。②1 min 定时，需要满足特定条件，即红外报警信号触发报警后的1 min 开展检测。

4.2 主机控制器软件设计

在对主机程序软件进行设计时，需要注意以下问题：对超时报警标志dulflag 进行全面性检测，并在定时器中断程序时定时，间隔10 min 后如果没有收到通信码，则要置位dulflag，开展断路报警，并显示为“EE”，同时利用MAX232将相关信号数据传输到计算机系统中。在分机摘机进行检测的过程中，需要本机摘机，并将其链接到电话线上，开展DTMF 解码；对DTMF 译码功能进行有效性解决，一般需要利用累加求和的模式，对接收到的DTMF 信号开展精准性校验，在确保校验结果没有错误的情况下，就要利用MAX232把报警信息传输到计算机系统中。在对主机中断程序进行设计时，往往需要利用定时器中断实现定时目的，一般需要开展10 min 定时设计，时间到了就置dulflag 标志位，当再次收到接收码时，需要对标志码进行清除。

5 结束语

通过试验检测表明，基于双音多频技术的智能报警系统在实际应用中发挥了重要的效用，安防效果较好，对于提高安防产品的研发技术水平和总体性能做出了重要贡献。文章主要对智能报警系统的总体设计构架、软硬件设计等进行了综合性分析，研究其基本原理，推动了安防行业的高速发展。尤其是当前计算机技术、信息技术等的高速发展，对各行各业带来了极大的便利，也推动了住宅小区的智能化，促进了安防产品与安防系统在小区内的集中化安装与服务，满足了居民的安防需求，为人们创建更加安全、可靠的居住环境。