无线智能安防系统开发研究.pdf

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1、http:/ -1-无线智能安防系统开发研究无线智能安防系统开发研究 黄大骏1，杨明武2 1 中国科学技术大学近代物理系，安徽合肥（230026）2 合肥工业大学理学院，安徽合肥（230061）E-mail： 摘摘 要：要：本文结合了现代的红外探测技术和无线通信技术设计开发了一种无线智能电话报警系统。该系统分为无线红外探测器和报警主机两大部分。报警主机可通过电脑串口下载并存储报警号码，在收到红外探测器发出的无线报警信号后，可控制双音多频(DTMF)收发芯片MT8888 自动拨打用户设置的电话号码，并通过语音录放模块提示报警信息。当家中无人时，启动该系统可作为家中的守护者，发挥出“电话看家”的作

2、用。本系统可适用于家庭，商铺，办公室，宾馆，仓库，车间等有固定电话线路的场合，并且不影响正常电话机的使用，而且附加成本极低。关键词：关键词：电话报警器，MT8888，串口通信，AT24C02 中图分类号：中图分类号：TP27;TN916.7 1引言 1引言 随着智能小区和智能楼宇概念的提出1-3，安防系统逐渐走向民用市场。一般的安防系统（Security System）包括三大子系统：视频监控子系统、门禁识别子系统和防盗报警子系统。本文选择了其中的相对成本较低、开发周期较短的报警系统作为研究设计对象。虽然在科技含量和开发难度上都不及前两者，但是在智能家居和家庭安防系统还没有完全普及的今天，开发

3、这样一套系统不仅对于普通的民用和商用具有很好的实践意义，而且也是为将来开发更好安防系统做了一次极为有益的尝试。图 1 给出了本文研究开发的智能电话报警系统的整体框图。其中 PT2262 和 PT2272 是一对编解码芯片4，可以实现 12 位数据的编解码，其中含有 8 位的地址码和 4 位的数据码。PT2272 只对与其地址码相同的编码信号才解码。通过不同的数据码，主机可以区分不同的报警信号。AT24C02 是具有 I2C 总线接口的 E2PROM，用于掉电后保存预设的电话号码。MAX232是用于单片机和电脑串口通信的电平转换的芯片。MT8888是一个功能强大的DTMF收发芯片，最终用它实现自

4、动拨号报警。电话接口电路提供给单片机模拟摘挂机的接口，并为 MT8888和 ISD1810 语音模块提供音频接口。蜂鸣器模块则提供现场蜂鸣报警，起到驱赶盗贼的作用。图 1 智能电话报警系统整体框图 -2-2硬件电路设计 2硬件电路设计 硬件电路的设计主要包括：无线传感器电路设计，主控电路设计，无线遥控电路设计等，分别详述如下：2.1 无线传感器电路 2.1 无线传感器电路 2.1.1 BISS0001 热释电专用芯片 2.1.1 BISS0001 热释电专用芯片 BISS0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，静态电流极小，配以热释电红外传感器5和少量外接元器件即可构成被动式的热释

5、电红外开关。由其构成的红外传感器信号处理电路如图 2 所示。A1Vo2RR13RC14RC25RR26VSS7VC9VRF8IB10VDD112OUT122IN-131IN+14BISS00011OUT161IN-15U1BISS0001GND3OUT3IN1U2HT7133DSGH1HW6V3.3V1K R10Q3NPNQ1PNPVCC3.3KR73.3V231S1SW-SPDT3.3UC21.2MR3Q290143.3MR2ONONON3.3VR8R4C5C6C1C3C7R12R1R11R6R5C4R9C8R13 图 2 BISS0001 外围电路 作为安防系统的传感器，应该能在打开传感器

6、以后的一段时间里不触发报警信号，以方便操作人员的离开。VC 是 BISS 芯片的一个触发禁止端。当 VCVR 时允许触发(VR0.2VDD)。在图 2 中，本文利用这个禁止触发端设计了一个由 C2、Q2 和 R2构成的上电延时报警电路。实测的延时时间大约是 40 秒左右，该时间足够操作人员的离开。2.1.2 无线发射电路 2.1.2 无线发射电路 图 3 编码无线发射电路图 无线发射电路部分使用的是 ASK 调制发射电路。利用编码芯片 PT2262 输出的数字编码控制振荡电路的开和关。振荡部分采用 LC 移相网络，配合 SAW 滤波器选频滤波，频率稳定http:/ -3-度仅次于晶体，但工作频

7、率却可以比一般的晶振高出很多。本文选用的是中心频率为 315MHz的声表滤波器组成的无线发射电路，其电路图如图 3 所示。2.2 报警主机电路设计 2.2 报警主机电路设计 2.2.1 电话接口电路设计 2.2.1 电话接口电路设计 电话线路是整个报警器向外界报警的媒介，电话接口电路设计在整个电路中显得尤为重要。其设计目标是要能通过单片机完成对电话的模拟摘机、挂机，完成发送 MT8888 的 DTMF信号以及录音信号到电话线路上。本设计使用高压三极管作为开关切换的摘挂机电路，如图 4。四个二极管组成桥式极性保护电路，保证电路中的电位都比地电位高。2N5401 和 2N5551 的 ce 结击穿

8、电压都在 130V以上，这是为了防止来电时铃流的高电压击穿 Q1，Q2。其中 Q2 的 b 极接到单片机的 I/O 口（P1.1）。当 P1.1 输出为低电平时（需程序初始化），Q2 截止，Q1 也截止，电话处于挂机状态。当 P1.1 输出为高电平时，Q1 和 Q2 均饱和导通，电话线上的电流通过 R4 形成回路，电话进入摘机状态。Q22N5551Q12N54015KR3500R4Q39014200R5TONESP+DTMF_IN4.7UC510KR2VCCP1.1Bridge12P?PHONE 图 4 开关三极管模拟摘机与 DTMF 音频放大电路 图 5 DTMF 音频放大电路示意图 为了将

9、 MT8888 发出的 DTMF 信号送到电话线路上，本文设计了如图 4 中所示由 Q3、R4和 R5 组成的音频放大电路。实验表明，摘机后线路上的信号变为恒流信号，不论摘机电阻的在一定范围内（10K以下）如何变化，摘机电流恒定不变。则图 2.3 中的放大电路等效为图 5（a）构成的恒流源电路，R4 可以看作恒流源的内阻。由戴维南等效原理，又可等效于图 5（b）所示的常见共射放大电路。实测输出到电话线路上的 DTMF 幅值在 3.75V 左右。2.2.2 双音多频（DTMF）芯片 MT8888 2.2.2 双音多频（DTMF）芯片 MT8888 双音多频信号（DTMF）是电话系统中电话机与交换

10、机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。如表 1，其中ABCD 为保留按键。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号的叠加。MT8888 是一种功能较强的双音多频(DTMF)发送和接收芯片6。图 6 是它的引脚图。发送的 DTMF 信号从 TONE 端输出。WR，CS，RS0，RD 组成 MT8888 的控制总线。本文设计的 MT8888 外围电路及与单片机的接口电路如图 7 所示。1 2 3 A 697Hz4 5 6 B 770Hz7 8 9 C 852Hz*0#D 941Hz1209Hz1336Hz 1477Hz 1633Hz 表 1 DTMF 信号组合方式 http:/ -4-GS3

11、VDD20S/G19Est18D317D216D115D014IRQ/CP13RD12RS011Vref4IN+1IN-2VSS5OSC16OSC27TONE8WR9CS10U3MT8888390KR100.1UC8VCC10KR110.1UC9P2.7123.579545MTONE100KR730KR6100pFC6DTMF_INP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.610KR150.01UC13 图 6 MT8888 引脚图 图 7 MT8888 相关外围电路 2.2.3 其他模块 2.2.3 其他模块 在无线接收方面，选用的是超再生接收模块，通过和 PT2272 连接可完

12、成数据码的解码输出。如图 8 所示。为了使报警器能保存预设的报警电话号码，本文利用了具有 I2C 接口的AT24C02 来保存电话号码。为简化电路设计，本文使用了一种语音录放模块，其主控芯片是ISD1810。模块如图 9 所示，可直接外接麦克风和 8喇叭实现录放 12s 左右的音频信号。另外，本文使用 MAX232 芯片实现 TTL 和 232 电平的相互转化，方便报警主机和单片机之间的串口通信。图 8 超再生接收和 2272 解码电路连接图 图 9 录音模块工作示意图 2.3 200M 无线遥控器电路 2.3 200M 无线遥控器电路 无线遥控器同样使用 PT2262 编码的 ASK 调制发

13、射电路，其电路如图 10 所示。该遥控器有四个按键 A，B，C，D，分别对应电路图中 S1S4,任何一个按键按下，三极管 8550 导通给 PT2262 供电，PT2262 发送相应的地址码和数据码，通过 ASK 调制电路发射 315M 无线电信号。遥控器使用的是 12V 电池，故有较大的遥控距离。用户通过遥控器的控制可以对报警主机进行撤防、设防、紧急报警和状态检查等操作。A1A2A3A4A5A6A7A8VssD4D3D2D1TEPT2262OUTVddRt2Rt11.2MR710KR310KR410KR610KR5S2SW-SPSTS4SW-SPSTS3SW-SPSTS1SW-SPSTQ18

14、550LED10KR110KR2VCC3.9KR8Q4NPNQ3NPNL1PCB_L3pC2123SAW17pFC447KR97pFC3E1Antenna 图 10 200M 无线遥控器电路 图 11 报警主机电路 PCB 图 http:/ -5-2.4 报警主机 PCB 设计与整机制作 2.4 报警主机 PCB 设计与整机制作 2.4.1 PCB 设计 2.4.1 PCB 设计 本文使用 Protel 2004 DXP 对报警主机电路进行 PCB 布局布线设计。设计的目标是完成对单片机，MT8888，MAX232，DB-9 串口，PT2272 及超外差接收板，语音模块，电话接口等相关电路的单

15、面 PCB 布线，方便使用热转印法7手工制作单面 PCB。图 11 给出了本文设计的报警器主机电路的单面 PCB 布线图。2.4.2 单面 PCB 与整机制作 2.4.2 单面 PCB 与整机制作 图 12 是使用热转印法制作的单面 PCB 报警主机板和传感器实物图。图 13 是本系统的实物外观图。图 12 主机电路板实物图 图 13 实物外观图 3编程思想和软件设计 3编程思想和软件设计 3.1 单片机和 PC 串口通信设计 3.1 单片机和 PC 串口通信设计 3.1.1 总体设计思想 3.1.1 总体设计思想 两机通信必须要有一定的握手协议，以保证程序对通信对象的识别以及错误和状态的检测

16、。本设计采用如下的简易握手协议：用户要发送电话号码给单片机时，上位机首先发字符 R，请求单片机接收（Receive），单片机通过串口中断接收到R后，发送字符Y给 PC，表示已准备好。PC 确认接收到Y后，开始连续发送用户输入的电话号码，并在电话号码发完后再发一个回车符，ASCII码值为 0DH。单片机将接收到的数据放入 RAM 中的一段缓冲区，当检测到有回车符时就认为数据发送完毕，本次通信结束。用户要读取报警主机中的预存的电话号码时，上位机首先发送字符S，请求单片机发送（Send），单片机接收到S后，开始发送电话号码，在发送每个号码之前首先检测是否是回车符，如果是回车符则停止发送，本次通信即结

17、束。整个通信协议中使用回车符作为电话号码的结束标志。3.1.2 上位机部分 3.1.2 上位机部分 本设计使用 VB 在 WindowXP 环境下开发上位机的通信软件。由于 windows 操作系统屏蔽了用户对系统底层的操作，上位机编程时，本文使用 MsComm 控件8对串口的发送和接收进行控制。图 14 是本文设计的上位机（PC）部分的串口通信软件界面，从界面上可以看出软http:/ -6-件可以完成通信的串口选择，写入电话号码和读出报警主机中现有的电话号码等功能。图 14 串口通信软件界面 3.1.3 下位机部分 3.1.3 下位机部分 本设计中使用的是 6MHz 晶振，并使 T1 工作于

18、自动重装初值的 8 位定时方式 2。为使波特率为 1200bps，计算可得 T1 的初值应为 0F3H（243）。由于开放了串口中断，只要上位机有通信要求就会转入中断处理程序。在串口中断处理程序中要完成对接收数据的检测并根据协议要求决定以后的操作。程序的具体流程中还要对号码进行处理，其目的是识别数字 09，*，#和逗号，并进行相应处理。例如将数字 9 的 ASCII 码 39H 转化为 09H 再放入缓冲区中，以方便下次拨号时直接使用。本设计中使用 RAM 中从 21H 单元开始的内存空间作为电话号码的接收动态缓冲区，以回车符（0DH）作为缓冲区结束的标志，以满足不同长度的电话号码的要求。图

19、15 拨号报警流程图 拨号前准备 VT 变高？A0CH?撤防？SR 的 b1 位置位？A=0DH?预拨号码送 A 查表得 DTMF 编码送 A 发送 DTMF 延时 200ms 缓冲区指针加一 返回 撤防处理 CF_FLAG 位置位 延时 1s YY YYNNNNNYhttp:/ -7-3.2 单片机主控程序部分 3.2 单片机主控程序部分 3.2.1 报警拨号部分 3.2.1 报警拨号部分 本设计中报警拨号部分的流程图如图 15 所示，其中拨号前准备主要包括：启动 MT8888的突发模式和 CP 模式、初始化号码缓冲区等。在突发模式和 CP 模式下，MT8888 将以 102ms的突发和暂停

20、持续时间发送 TDR 中数据所对应的 DTMF 音频信号。3.2.2 呼叫检测部分 3.2.2 呼叫检测部分 由于忙音和回铃音分别是 0.35s 送、0.35s 断和 1s 送、4s 断的音频信号，频率相同，只是断续间隔不同。而在 CP 模式下，电话呼叫过程中的忙音和回铃音经 MT8888 限幅后可得到分别代表它们的方波信号，并由 IRQ/CP 引脚输出。在 5s 内，对 CP 脉冲进行计数，由于忙音和回铃音的间隔和持续时间不同，根据不同的计数范围就可得知电话的呼叫状态。如果检测到回铃音，则设置 MT8888 工作于 DTMF 模式和突发模式，目的是为了接收对方发送的DTMF 信号，本设计中约

21、定对方若发送的是#号，表示对方收到报警信息，主机则停止报警，并进入撤防状态。如果检测到忙音或对方振铃 10 次后，则挂机，延时 3s 后重拨。4结 论 4结 论 本文设计了一种电话智能安防报警系统，可应用于家庭、商铺、仓库等的防盗报警，能够有效地保护财产安全。具体工作内容总结如下：(1)运用 ProtelDXP 完成了报警主机和无线传感器的电路设计；(2)使用热转印法完成了主机印刷电路板的制作；(3)完成了无线传感器和报警主机实物的制作；(4)运用 Keil 软件完成了主机的汇编程序设计；(5)运用 MsComm 控件在 VB 环境下完成了上位机串口通信软件的设计。本系统通过小型无线遥控器来设

22、置不同的工作状态，操作、携带方便，报警主机和传感器之间使用无线通信，无需布线。通过和电脑连线可下载用户的手机号码、接警中心号码等作为报警号码，实现人机协防。整体电路工作稳定可靠，具有较好的性能。参考文献 1 高素萍智能小区安防系统的设计与实现J电气应用，2006，25(6)：120-124 2 魏平俊 方向前一种智能家居安防系统的电路设计J半导体技术，2006，31(8)：625-628 3 蒋炼 戴瑜兴基于电话线传输的家居无线安防报警系统J低压电器，2006(1)：36-39 4 王俊峰现代遥控技术及应用M北京：人民邮电出版社，2005109-201 5 吴英才 林华清热释电红外传感器在防盗

23、系统中的应用J传感器技术，2002，21(7)：47-48 6 李善姬一种简单实用的电话报警系统的设计J.微计算机信息，2006(05Z)：89-90,266 7 李敬伟电子工艺训练教程M北京：电子工业出版社，200558-70 8 李长林Visual Basic 串口通信技术与典型实例M北京：清华大学出版社，200632-45 Wireless Intelligent Security System Development Dajun Huang1，MW Yang2 1 Dept.of Modern Physics,University of Science and Technology o

24、f China,Hefei,Anhui,（230026）2 School of Science,Hefei University of Technology,Hefei,Anhui,(230061)Abstract By combining modern infrared detection technology and wireless communication technology,a http:/ -8-Wireless Intelligent Telephone Alarm System is designed and developed in this paper.The syst

25、em is divided into two parts:a wireless infrared detector and the alarm host.Through the PC serial port,the alarm host can download and store alarm numbers.After receiving the wireless alarm signal issued by the detector,the host controls MT8888,the DTMF transceiver,to dial the telephone number whic

26、h is set by users.When every boby is out,the system can be activated as a family protector,and play a home keeper role.The system can also be applied to shops,offices,hotels,warehouses,workshops,etc.for fixed telephone line occasions,and does not affect the normal telephone use,with low additional cost as well.Keywords:Telephone Alarm,MT8888,Serial Communication,AT24C02 http:/